新教材2023_2024学年高中物理第5章第3节大显身手的传感器分层作业课件鲁科版选择性必修第二册
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
“执行器”,在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯。下列有关该机器人
“眼睛”的说法正确的是( B )
A.该机器人的“眼睛”利用了力传感器
B.该机器人的“眼睛”利用了视觉传感器
C.该机器人的“眼睛”利用了温度传感器
D.该机器人的“眼睛”利用了声音传感器
解析 遇到障碍物会绕开,说明该机器人“眼睛”利用了视觉传感器,故选项B
铁吸合铁片时,3、4之间接通;不吸合时,3、4之间断开。③电磁起重机
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
10.电饭锅是应用温度传感器工作的,它的敏感元件是感温铁氧体,由氧化
锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧制而成,其特点是常温下具有磁性,能够被
磁铁吸引,温度达到103 ℃,失去磁性,这个温度叫居里温度,又称居里点。
电饭锅的自动控制结构如图所示,根据以上信息回答:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
(1)开始煮饭时为什么要压下开关按钮?手松开这个按钮是否会恢复到图示
的状态?为什么?
(2)煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度?
(3)饭熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会有什么变化?这时电饭锅会自动
地发生哪些动作?
请结合本题中电磁开关内部结构图说明。
③任意举出一个其他的电磁铁应用的例子。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
解析 (2)①Um=ImR=100×10-3×200 V=20 V,E=I(R2+R),其中50
mA<I≤100 mA,故R2在160~520 Ω之间。
答案 (1)
(2)①20
160~520 ②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧,保证当电磁
于50 mA时,3、4接通。励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路,画出电路原理图。
光敏电阻 R1,符号
灯泡 L,额定功率 40 W,额定电压 36 V,符号
保护电阻 R2,符号
电磁开关,符号
蓄电池E,电压36 V,内阻很小;开关S,导线若干。
较强(如白天)时电阻几乎为0,照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大。
利用光敏电阻作为传感器,借助电磁开关,可以实现路灯自动在白天关闭、
黑天打开。电磁开关的内部结构如图所示。1、2两接线柱之间是励磁线
圈,3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于50
mA时,电磁铁吸合铁片,弹簧片和触点分离,3、4断开;当励磁线圈中电流小
解析 当F向上压膜片电极时,两电极之间的距离变小,使得电容变大,选项A
错误;当灵敏电流计有示数时,说明电容式传感器正在进行充放电,而电容
式传感器始终与电源相连,即电压不变,所以说明其电容在发生变化,一定
是压力F发生了变化,选项B正确;由于电容式传感器固定电极接在电源的
正极,灵敏电流计有向右的电流通过,则说明电流流向电容式传感器的固定
电极,所以电容在变大,即间距在减小,力F在变大,选项C正确,D错误。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
9.采用风力发电给蓄电池充电,为路灯提供电能,是现代城市“亮化”工程的
方向。用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关,实现自动控制。光敏
电阻的阻值随照射光的强弱而变化,作为简化模型,可以近似认为,照射光
(3)如果在调试报警器达到最低报警温度时,无论如何调节滑动变阻器的滑
片P都不能使报警器工作,且电路连接完好,各电路元件都能处于工作状态,
则造成工作电路不能工作的原因可能是____________________________
电源提供电压太小,导致电磁
_____________________________________。
解析 由恒温箱原理图可知,无论热敏电阻出现故障或温度设定出现故障,
都会向控制器传递错误信息,导致控制器发出错误指令,C正确,A、B错误;
若加热器出现故障,只有一种可能,即不能加热,而题中加热器一直加热才
会使温度持续升高,D错误。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2.机器人装有作为眼睛的“传感器”,犹如大脑的“控制器”,以及可以行走的
酒精气体浓度有了对应关系。如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电
阻r'的倒数与酒精气体的浓度成正比,那么,电压表示数U与酒精气体浓度c
之间的对应关系正确的是( B )
A.U越大,表示c越大,c与U成正比
B.U越大,表示c越大,但是c与U不成正比
C.U越大,表示c越小,c与U成反比
D.U越大,表示c越小,但是c与U不成反比
时,线圈中有电流,磁铁吸引衔铁,灯L2被接通,所以灯L2亮且报警,温度升高
至74 ℃时,线圈中没有电流,只是灯L1亮,不会报警。故D正确。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
8.(多选)传感器是一种采集信息的重要器件,一种测定压力的电容式传感
器如图所示,当待测压力F作用于可动膜片电极上时,可使膜片产生形变,引
当a、b端电压Uab<0时,电压鉴别器会令开关S
接通,恒温箱内的电热丝加热,使箱内温度升
高;当Uab>0时,电压鉴别器会令开关S断开,停
止加热,恒温箱内的温度恒定在 35 ℃。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
解析 设电路的路端电压为U,当Uab=0时,是电热丝加热的临界状态。此时,
R1=
使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移
D.电熨斗中的双金属片是一种半导体材料
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
解析 电熨斗主要是利用双金属片的膨胀系数不同而自动控制温度的,选项
A错误;常温下,上、下触点是接触的,温度过高时,双金属片发生弯曲使上、
下触点分离,选项B正确;需要较高温度熨烫时,要调节调温旋钮,使升降螺
丝下移并推动弹性铜片下移,选项C正确;电熨斗中的双金属片是金属材料,
选项D错误。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
4.如图所示,图甲为温度在10 ℃左右的环境中
工作的某自动恒温箱原理简图,箱内的电阻
R1=20 kΩ,R2=10 kΩ,R3=40 kΩ,RT为热敏电
阻,它的电阻随温度变化的图线如图乙所示。
铁磁性太弱或弹簧劲度系数太大
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
解析 (1)热敏电阻RT在温度升高时阻值变小,电路中电流变大,电磁铁磁性
增强,把右侧衔铁吸引过来,与a接触,故c应接在a处。
(2)为使启动报警的温度提高,则报警时热敏电阻RT阻值应更小,滑动变阻
器的阻值应调大,即滑片应左移。
(3)工作电路不能工作的原因可能是报警电路不能接通导致的。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
解析 传感器电阻 r'的倒数与浓度 c
1
是正比关系,即'=kc。电路中的电流为
0
I='++ + ,电压表示数 U=IR0='++ +
0
0
=
0
1
(+0 +)+
,可见电压与浓度的关
系不是正比关系,但随浓度的增加而增加。故 B 正确。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
电磁开关内部结构图
(2)回答下列问题:
①如果励磁线圈的电阻为200 Ω,励磁线圈允许加的最大电压为
V,保护电阻R2的阻值范围为
Ω。
②在有些应用电磁开关的场合,为了安全,往往需要在电磁铁吸合铁片时,
接线柱3、4之间从断开变为接通。为此,电磁开关内部结构应如何改造?
起电容的变化,将电容式传感器、灵敏电流计和电源串接成如图所示的闭
合电路。那么下列说法正确的是( BC )
A.当F向上压膜片电极时,电容将减小
B.若灵敏电流计有示数,则压力F发生了变化
C.若灵敏电流计有向右的电流通过,则压力F在增大
D.若灵敏电流计有向右的电流通过,则压力F在减小
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
7.如图所示为一种温度自动报警法正确的是( D )
A.温度升高至74 ℃时,L1亮灯报警
B.温度升高至74 ℃时,L2亮灯报警
C.温度升高至78 ℃时,L1亮灯报警
D.温度升高至78 ℃时,L2亮灯报警
解析 当温度低于78 ℃时,线圈中没有电流,此时灯L1亮;当温度升高到78 ℃
正确,A、C、D错误。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
3.(多选)如图所示为电熨斗的结构图,下列关于电熨斗的说法正确的是
( BC )
A.电熨斗能自动控制温度主要利用了双金属片,两片金属的膨胀系数相同
B.常温下,上、下触点是接触的,温度过高时,双金属片发生弯曲使上、下
触点分离
C.需要较高温度熨烫时,要调节调温旋钮,
A级
必备知识基础练
1. 小强用恒温箱进行实验时,发现恒温箱的温度持续升高,无法自动控制。
经检查,恒温箱的控制器没有故障。参照图如图所示,下列对故障判断正确
的是( C )
A.只可能是热敏电阻出现故障
B.只可能是温度设定装置出现故障
C.热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障
D.可能是加热器出现故障
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
(4)如果用电饭锅烧水,能否在水沸腾后自动断电?
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
解析 (1)煮饭时压下开关按钮,感温铁氧体与永磁体相吸结合在一起,触点
相接,电路接通,开始加热。手松开后,由于锅内的温度低,感温铁氧体与永
磁体相互吸引而不能使按钮恢复到图示的状态。
(2)煮饭时水沸腾后锅内的温度基本保持在水的沸点。
(3)饭熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会升高,当温度上升到居里温度时,
感温铁氧体失去磁性,永磁铁与之分离,开关自动断开,且不能自动复位。
(4)如果用电饭锅烧水,水沸腾后水温保持100 ℃,不会再升高,故不能自动
断电。
答案 见解析
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
R3 解得RT=20
1 +2
3 +T
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
kΩ,由题图乙知,当RT=20 kΩ时,t=35 ℃。
5.传感器担负着信息采集的任务,在自动控制中发挥着重要作用,传感器能
够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电
学量),例如热传感器,主要是应用半导体材料制成的热敏电阻。某热敏电
阻RT阻值随温度变化的图线如图甲所示,图乙是由该热敏电阻RT作为传感
器制作的简单自动报警器线路图。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
(1)为了使温度过高时报警器铃响,c应接在
a
(选填“a”或“b”)处。
(2)若要使启动报警的温度提高些,应将滑动变阻器的滑片P向 左
(选
填“左”或“右”)移动。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
B 级 关键能力提升练
6.酒精测试仪用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车及其他严禁酒后作业
人员的现场检测,它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器。酒
精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化,在如图所示的电路中,
不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻,这样,显示仪表的指针就与
“眼睛”的说法正确的是( B )
A.该机器人的“眼睛”利用了力传感器
B.该机器人的“眼睛”利用了视觉传感器
C.该机器人的“眼睛”利用了温度传感器
D.该机器人的“眼睛”利用了声音传感器
解析 遇到障碍物会绕开,说明该机器人“眼睛”利用了视觉传感器,故选项B
铁吸合铁片时,3、4之间接通;不吸合时,3、4之间断开。③电磁起重机
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
10.电饭锅是应用温度传感器工作的,它的敏感元件是感温铁氧体,由氧化
锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧制而成,其特点是常温下具有磁性,能够被
磁铁吸引,温度达到103 ℃,失去磁性,这个温度叫居里温度,又称居里点。
电饭锅的自动控制结构如图所示,根据以上信息回答:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
(1)开始煮饭时为什么要压下开关按钮?手松开这个按钮是否会恢复到图示
的状态?为什么?
(2)煮饭时水沸腾后锅内是否会大致保持一定的温度?
(3)饭熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会有什么变化?这时电饭锅会自动
地发生哪些动作?
请结合本题中电磁开关内部结构图说明。
③任意举出一个其他的电磁铁应用的例子。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
解析 (2)①Um=ImR=100×10-3×200 V=20 V,E=I(R2+R),其中50
mA<I≤100 mA,故R2在160~520 Ω之间。
答案 (1)
(2)①20
160~520 ②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧,保证当电磁
于50 mA时,3、4接通。励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路,画出电路原理图。
光敏电阻 R1,符号
灯泡 L,额定功率 40 W,额定电压 36 V,符号
保护电阻 R2,符号
电磁开关,符号
蓄电池E,电压36 V,内阻很小;开关S,导线若干。
较强(如白天)时电阻几乎为0,照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大。
利用光敏电阻作为传感器,借助电磁开关,可以实现路灯自动在白天关闭、
黑天打开。电磁开关的内部结构如图所示。1、2两接线柱之间是励磁线
圈,3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于50
mA时,电磁铁吸合铁片,弹簧片和触点分离,3、4断开;当励磁线圈中电流小
解析 当F向上压膜片电极时,两电极之间的距离变小,使得电容变大,选项A
错误;当灵敏电流计有示数时,说明电容式传感器正在进行充放电,而电容
式传感器始终与电源相连,即电压不变,所以说明其电容在发生变化,一定
是压力F发生了变化,选项B正确;由于电容式传感器固定电极接在电源的
正极,灵敏电流计有向右的电流通过,则说明电流流向电容式传感器的固定
电极,所以电容在变大,即间距在减小,力F在变大,选项C正确,D错误。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
9.采用风力发电给蓄电池充电,为路灯提供电能,是现代城市“亮化”工程的
方向。用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关,实现自动控制。光敏
电阻的阻值随照射光的强弱而变化,作为简化模型,可以近似认为,照射光
(3)如果在调试报警器达到最低报警温度时,无论如何调节滑动变阻器的滑
片P都不能使报警器工作,且电路连接完好,各电路元件都能处于工作状态,
则造成工作电路不能工作的原因可能是____________________________
电源提供电压太小,导致电磁
_____________________________________。
解析 由恒温箱原理图可知,无论热敏电阻出现故障或温度设定出现故障,
都会向控制器传递错误信息,导致控制器发出错误指令,C正确,A、B错误;
若加热器出现故障,只有一种可能,即不能加热,而题中加热器一直加热才
会使温度持续升高,D错误。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2.机器人装有作为眼睛的“传感器”,犹如大脑的“控制器”,以及可以行走的
酒精气体浓度有了对应关系。如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电
阻r'的倒数与酒精气体的浓度成正比,那么,电压表示数U与酒精气体浓度c
之间的对应关系正确的是( B )
A.U越大,表示c越大,c与U成正比
B.U越大,表示c越大,但是c与U不成正比
C.U越大,表示c越小,c与U成反比
D.U越大,表示c越小,但是c与U不成反比
时,线圈中有电流,磁铁吸引衔铁,灯L2被接通,所以灯L2亮且报警,温度升高
至74 ℃时,线圈中没有电流,只是灯L1亮,不会报警。故D正确。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
8.(多选)传感器是一种采集信息的重要器件,一种测定压力的电容式传感
器如图所示,当待测压力F作用于可动膜片电极上时,可使膜片产生形变,引
当a、b端电压Uab<0时,电压鉴别器会令开关S
接通,恒温箱内的电热丝加热,使箱内温度升
高;当Uab>0时,电压鉴别器会令开关S断开,停
止加热,恒温箱内的温度恒定在 35 ℃。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
解析 设电路的路端电压为U,当Uab=0时,是电热丝加热的临界状态。此时,
R1=
使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移
D.电熨斗中的双金属片是一种半导体材料
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
解析 电熨斗主要是利用双金属片的膨胀系数不同而自动控制温度的,选项
A错误;常温下,上、下触点是接触的,温度过高时,双金属片发生弯曲使上、
下触点分离,选项B正确;需要较高温度熨烫时,要调节调温旋钮,使升降螺
丝下移并推动弹性铜片下移,选项C正确;电熨斗中的双金属片是金属材料,
选项D错误。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
4.如图所示,图甲为温度在10 ℃左右的环境中
工作的某自动恒温箱原理简图,箱内的电阻
R1=20 kΩ,R2=10 kΩ,R3=40 kΩ,RT为热敏电
阻,它的电阻随温度变化的图线如图乙所示。
铁磁性太弱或弹簧劲度系数太大
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
解析 (1)热敏电阻RT在温度升高时阻值变小,电路中电流变大,电磁铁磁性
增强,把右侧衔铁吸引过来,与a接触,故c应接在a处。
(2)为使启动报警的温度提高,则报警时热敏电阻RT阻值应更小,滑动变阻
器的阻值应调大,即滑片应左移。
(3)工作电路不能工作的原因可能是报警电路不能接通导致的。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
解析 传感器电阻 r'的倒数与浓度 c
1
是正比关系,即'=kc。电路中的电流为
0
I='++ + ,电压表示数 U=IR0='++ +
0
0
=
0
1
(+0 +)+
,可见电压与浓度的关
系不是正比关系,但随浓度的增加而增加。故 B 正确。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
电磁开关内部结构图
(2)回答下列问题:
①如果励磁线圈的电阻为200 Ω,励磁线圈允许加的最大电压为
V,保护电阻R2的阻值范围为
Ω。
②在有些应用电磁开关的场合,为了安全,往往需要在电磁铁吸合铁片时,
接线柱3、4之间从断开变为接通。为此,电磁开关内部结构应如何改造?
起电容的变化,将电容式传感器、灵敏电流计和电源串接成如图所示的闭
合电路。那么下列说法正确的是( BC )
A.当F向上压膜片电极时,电容将减小
B.若灵敏电流计有示数,则压力F发生了变化
C.若灵敏电流计有向右的电流通过,则压力F在增大
D.若灵敏电流计有向右的电流通过,则压力F在减小
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
7.如图所示为一种温度自动报警法正确的是( D )
A.温度升高至74 ℃时,L1亮灯报警
B.温度升高至74 ℃时,L2亮灯报警
C.温度升高至78 ℃时,L1亮灯报警
D.温度升高至78 ℃时,L2亮灯报警
解析 当温度低于78 ℃时,线圈中没有电流,此时灯L1亮;当温度升高到78 ℃
正确,A、C、D错误。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
3.(多选)如图所示为电熨斗的结构图,下列关于电熨斗的说法正确的是
( BC )
A.电熨斗能自动控制温度主要利用了双金属片,两片金属的膨胀系数相同
B.常温下,上、下触点是接触的,温度过高时,双金属片发生弯曲使上、下
触点分离
C.需要较高温度熨烫时,要调节调温旋钮,
A级
必备知识基础练
1. 小强用恒温箱进行实验时,发现恒温箱的温度持续升高,无法自动控制。
经检查,恒温箱的控制器没有故障。参照图如图所示,下列对故障判断正确
的是( C )
A.只可能是热敏电阻出现故障
B.只可能是温度设定装置出现故障
C.热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障
D.可能是加热器出现故障
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
(4)如果用电饭锅烧水,能否在水沸腾后自动断电?
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
解析 (1)煮饭时压下开关按钮,感温铁氧体与永磁体相吸结合在一起,触点
相接,电路接通,开始加热。手松开后,由于锅内的温度低,感温铁氧体与永
磁体相互吸引而不能使按钮恢复到图示的状态。
(2)煮饭时水沸腾后锅内的温度基本保持在水的沸点。
(3)饭熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会升高,当温度上升到居里温度时,
感温铁氧体失去磁性,永磁铁与之分离,开关自动断开,且不能自动复位。
(4)如果用电饭锅烧水,水沸腾后水温保持100 ℃,不会再升高,故不能自动
断电。
答案 见解析
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
R3 解得RT=20
1 +2
3 +T
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
kΩ,由题图乙知,当RT=20 kΩ时,t=35 ℃。
5.传感器担负着信息采集的任务,在自动控制中发挥着重要作用,传感器能
够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电
学量),例如热传感器,主要是应用半导体材料制成的热敏电阻。某热敏电
阻RT阻值随温度变化的图线如图甲所示,图乙是由该热敏电阻RT作为传感
器制作的简单自动报警器线路图。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
(1)为了使温度过高时报警器铃响,c应接在
a
(选填“a”或“b”)处。
(2)若要使启动报警的温度提高些,应将滑动变阻器的滑片P向 左
(选
填“左”或“右”)移动。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
B 级 关键能力提升练
6.酒精测试仪用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车及其他严禁酒后作业
人员的现场检测,它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器。酒
精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化,在如图所示的电路中,
不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻,这样,显示仪表的指针就与