高中物理-有答案-人教版选修3-2第六章第2节传感器的应用同步练习

高中物理人教版选修3-2第六章第2节传感器的应用同步练习
一、选择题（共4题；）
1. 下列说法中正确的是（）
A.电饭锅中的敏感元件是光敏电阻
B.测温仪中测温元件可以是热敏电阻
C.机械式鼠标中的传感器接收到连续的红外线，输出不连续的电脉冲
D.火灾报警器中的光传感器在没有烟雾时呈现低电阻状态，有烟雾时呈现高电阻状态
2. 有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，下列说法正确的是（）
A.两个传感器都是光电传感器
B.两个传感器分别是光电传感器和温度传感器
C.两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器
D.只有光照和温度都适合时排气扇才能工作
3. 办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开或关，利用的传感器是( )
A.生物传感器
B.红外传感器
C.温度传感器
D.压力传感器
4. 电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装置。

由于电容器的电容C取
决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发
生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而又可推出另一个物理量的值的变化，如
图所示是四种电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用列下说法不正确的是（）
A.甲图的传感器可以用来测量角度
B.乙图的传感器可以用来测量液面的温度
C.丙图的传感器可以用来测量压力
D.丁图的传感器可以用来测量位移
二、多项选择题（共4题；）
关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是（）
A.应变片是由导体材料制成的
B.当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小
C.传感器输出的是应变片上的电压
D.外力越大，输出的电压差值也越大
如图是自动调温式电熨斗，下列说法错误的是（）
A.常温时上下触点是接触的
B.双金属片温度升高时，上金属片形变较大，双金属片将向下弯曲
C.原来温度控制在80∘C断开电源，现要求60∘C断开电源，应使调温旋钮下调一些
D.由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些
如图所示是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103∘C，下列说法中正确
的是（）
A.常温下感温磁体具有较强的磁性
B.当温度超过103∘C时，感温磁体的磁性较强
C.饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103∘C，这时开关按钮会自动跳起
D.常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103∘C，开关按钮就不会自动跳起
为了锻炼身体，小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计，如图所示是原理
图．轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起（弹簧的电阻不计，P与R1间的摩擦不计），弹簧劲度系数为100N/cm．定值电阻R0=10Ω，ab是一根长为10cm的均匀电阻丝，
阻值R1=25Ω，电源输出电压恒为U=6V，理想电流表的量程为0∼0.6A．当拉环不
受力时，滑片P处于a端．下列关于这个电路的说法正确的是（不计电源内阻)（）
A.小明在电路中连入R0的目的是保护电路
B.当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0.1A
C.当电流表指针指在0.3A处时，拉力为600N
D.当拉力为200N时，电流表指针指在0.2A处
三、填空题（共2题；）
将一个力传感器连接到计算机上，我们就可以测量快速变化的力．图中所示就是用这
种方法测得的小滑块在半球形碗内在竖直平面内来回滑动时，对碗的压力大小随时间
变化的曲线．从这条曲线提供的信息，可以判断滑块约每隔________s经过碗底一次；
若滑块质量为0.1kg，半圆形碗的半径为15cm，则从图像中能观察到滑块运动过程中
的最大速度为________m/s．
如图甲为在温度为10∘C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= 20kΩ，R2=10kΩ，R3=40kΩ，R t为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙
所示．当a、b端电压U ab<0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当U ab>0时，电压鉴别器使S断开，停止加热，恒温箱内的温度恒
定在________∘C．
四、计算题（共2题；）
如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置的示意图，A为光源，B
为光电接收器，A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，D为与C同轴相连的齿轮。

车
轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B接收并转换
成电信号，由电子电路记录和显示。

若实验显示单位时间内的脉冲数为n，累计脉冲数为N，试完成下列问题的解答：
（1）要测出小车的速度和行程，还必须测量的物理数据有哪些？
（2）推导小车速度的表达式。

（3）推导小车行程的表达式。

如图所示为检测某传感器的电路图．传感器上标有“3V、0.9W”的字样（传感器可看做一个纯电阻），滑动变阻器R0上标有“10Ω、1A”的字样，电流表的量程为0.6A，电压表
的量程为3V．
（1）根据传感器上的标注，计算该传感器的电阻和额定电流．
（2）若电路各元件均完好，检测时，为了确保电路各部分的安全，在a、b之间所加的电源电压最大值是多少？
（3）根据技术资料可知，如果传感器的电阻变化超过1Ω，则该传感器就失去了作用．实际检测时，将一个电压恒定的电源加在图中a、b之间（该电源电压小于上述所求电压的最大值），闭合开关S，通过调节R0来改变电路中的电流和R0两端的电压．检测记录如下；
用？此时a、b间所加的电压是多少？
参考答案与试题解析
高中物理人教版选修3-2第六章第2节传感器的应用同步练习
一、选择题（共4题；）
1.
【答案】
B
【考点】
传感器在生产、生活中的应用
【解析】
传感器是将温度、力、光等非电学量转化为电学量．结合传感器的特点解答即可．【解答】
解：A、电饭锅中的敏感元件将热学量转换为电学量，是热敏电阻．故A错误；
B、测温仪中测温元件将热学量转换为电学量，是热敏电阻．故B正确；
C、机械式鼠标中的传感器接收到的是不连续的电脉冲，输出不连续的电脉冲．故C错误．
D、火灾报警器中的光传感器在没有烟雾时呈现高电阻状态，有烟雾时呈现低电阻状态．故D错误．
故选：B
2.
【答案】
B
【考点】
传感器在生产、生活中的应用
【解析】
传感器是将温度、力、光等非电学量转化为电学量．结合转换的特点解答即可．
【解答】
有光照或温度升高时排气风扇都能起动，这个过程是利用了传感器，将光信号转换为电信号的是光传感器，将温度信号转化we电信号的是温度传感器。

故B正确。

3.
【答案】
B
【考点】
传感器
【解析】
人在白天或黑夜均发出红外线，传感器接收到人体发出的红外线后传给自动控制装置的电动机，实现自动开门，所以自动门使用的是红外线传感器．
【解答】
自动门的自动控制要求灵敏、可靠，若以温度控制，人的体温与夏季气温接近，在夏季自动门可能误动作．自动门实际使用的是红外线传感器，红外线属于不可见光，人在白天或黑夜均发出红外线，传感器接收到人体发出的红外线后传给自动控制装置的电动机，实现自动开门，所以是红外传感器．
故选B
4.
【答案】
B
【考点】
传感器在生产、生活中的应用
【解析】
，当电容器两极间正对面积变化时会引起电容的变化，其他电容器的决定式C=es
4πkd
条件不变的情况下成正比。

【解答】
A、图示电容器为可变电容器，通过转动动片改变正对面积，改变电容，可以用来测量角度，故A正确。

B、图示电容器的一个极板时金属芯线，另一个极板是导电液，故是通过改变电容器两极间正对面积而引起电容变化的，可以用来测量液面的高度，故B错误；
C、丙图是通过改变极板间的距离，改变电容器的，可以用来测量压力，故C正确；
D、可变电容器，通过改变电介质，改变电容，直接测量的是正对面积，进而测量位移，故D正确；
题目要求选错误的，
二、多项选择题（共4题；）
【答案】
B,D
【考点】
传感器在生产、生活中的应用
【解析】
电子秤的工作原理是：弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片（多由半导体制成），在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸、下表面压缩，上面应变片的电阻变大，下表面的电阻变小．力F越大，弯曲形变越大，应片的电阻变化就越大．如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上面应变片两端的电压变大，下面应变片两端的电压变小．传感器把这两个电压的差值输出．力F越大，输出的电压差值也就越大．应变片能够把物体形变这个力学量转换为电压电学这个电学量．据此可做判定．
【解答】
解：
A、应变片是由半导体材料制成的，故A错误．
B、当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小，故B正确．
C、传感器输出的是应变片上电压的差值，故C错误．
D、外力越大，输出的电压差值也越大，故D正确．
故选：BD
【答案】
C
【考点】
传感器在生产、生活中的应用
【解析】
电熨斗温度自动控制装置能控制电源的通断．常温时，上、下触点应是接触的，当双金属片温度升高时，上下层形变不同，上层形变大，双金属片发生弯曲，使电路断开．原来温度上升到80∘C时，断开电源，现在要求60∘C时断开电源，弹性铜片与触点接触面积要减小，应逆时针调节调温旋钮．
【解答】
解：A、常温时，通电电热丝能发热，所以上、下触点应是接触的．故A正确．
B、双金属片上下金属片的膨胀系数不同，温度升高时，上层形变大，双金属片向下发生弯曲，使电路断开．故B正确．
C、原来温度上升到80∘C时，断开电源，现在要求60∘C时断开电源，弹性铜片与触点
接触面积要减小，应逆时针调节调温旋钮，即应使调温旋钮上调一些，故C错误．
D、由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，温度要高一点，由C的分析可知，
应使调温旋钮下移一些，故D正确．
本题选择错误的，故选：C．
【答案】
A,C,D
【考点】
传感器
【解析】
常温下感温磁体的磁性较强，当按下开关按钮，永磁体与感温磁体相互吸引而接通电路，而感温磁体的居里温度是103∘C，常压下只要锅内有水，锅内温度就不可能达到100∘C，开关就不会自动断开；饭熟后，水分被吸收，锅底温度就会达到103∘C，感温
磁体磁性消失，在弹簧的作用下开关自动跳起．综上所述A、C、D三项正确．
根据传感器的工作原理分析．
【解答】
此题暂无解答
【答案】
A,C,D
【考点】
传感器在生产、生活中的应用
闭合电路的欧姆定律
【解析】
此题暂无解析
【解答】
解：A．开关闭合后，外电路的电阻值不能是0，所以小明在电路中连入R0的目的是保
护电路，故A正确；
B．由图可知，R0与R1连入电路部分的电阻是串联，当拉环不受拉力时滑片在R1的a端，
电路中的电流I1=U
R0+R1=6
10+25
A≈0.17A，故B错误；
C．当电流为0.3A时，电路中的电阻R=U
I =6
0.3
Ω=20Ω，R1连入电路中的电阻值
R bP=R−R0=20Ω−10Ω=10Ω，所以R1连入电路中的长度为x=10
25
×10cm=4cm，滑片向右移动的距离：ΔL=10cm−4cm=6cm，作用在拉环上的力F=kΔL=
100N/cm×6cm=600N，故C正确；
D．当拉力为200N时，滑片向右移动的距离：ΔL′=F′
k =200N
100N/cm
=2cm，连入电路中
的长度：x′=10cm−2cm=8cm，接入电路中的电阻值：R′=8
10
×25Ω=20Ω，所
以电路中的电流值：I′=E
R0+R′=6
10+20
A=0.2A，故D正确．
故选ACD．
三、填空题（共2题；）【答案】
1.0,0.95
【考点】
单摆周期公式
向心力
牛顿第二定律的概念
【解析】
滑块每次经过最低点时，速度最大，弹力最大；在最低点，重力和支持力的合力提供向心力，根据牛顿第二定律列式求解最大速度．
【解答】
滑块每次经过最低点时，速度最大，弹力最大；从图像可以看出，每经过1s，弹力最大，故每经过1s小球到碗底；
由图像，最大支持力为1.6N，根据牛顿第二定律，有：N−mg＝m v 2
r
，解得：
v=√(N−mg)r
m =√(1.6−1)×0.15
0.1
≈0.95m/s；
【答案】
35
【考点】
闭合电路的欧姆定律
常见传感器的工作原理
【解析】
由题意得：当a、b端电压U ab<0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当U ab>0时，电压鉴别器使S断开，停止加热，
则当U ab=0时，恒温箱保持稳定，根据电阻和电压的关系可以求出R t的值，根据乙图
就可以知道温度．
【解答】
解：由题意得：当U ab=0时，恒温箱保持稳定，
根据串并联电路电压与电阻的关系可知：R1:R2=2:1只有R3:R4也为2:1的时候，
U ab=0，此时电桥平衡．所以可知R t电阻为20kΩ，从图乙可以看出，电阻为20kΩ时，温度为35摄氏度．
故答案为：35
四、计算题（共2题；）
【答案】
解:小车的速度等于车轮的周长与单位时间内车轮转动圈数的乘积。

设车轮的半径为R，单位时间内车轮转动圈数为k，
则有v＝2πRk
若齿轮的齿数为P，则齿轮转一圈电子电路显示的脉冲数即为P
解:已知单位时间内的脉冲数为n，所以单位时间内齿轮转动圈数为n
P。

由于齿轮与车轮
同轴相连，它们在单位时间内转动圈数相等，即k＝n
P
由以上两式可得v＝2πRn
P
解:同理，设车轮转动的累计圈数为k′，则有路程x＝2πRk′
且k′＝N
P ，所以x＝2πRN
P
可见，要测出小车的速度v和行程x，除单位时间内的脉冲数n和累计脉冲数N外，还必须测出车轮半径R和齿轮的齿数P。

【考点】
利用打点计时器研究匀变速直线运动
向心力
测定电源的电动势和内阻
【解析】
描述圆周运动物理量有线速度：等于周长与转速的乘积；同轴转动转速相同；转速：单位时间内转过的圈数．
【解答】
此题暂无解答
【答案】
（1）该传感器的电阻和额定电流各是10Ω，0.3A；
（2）在a、b之间所加的电源电压最大值6V；
（3）传感器仍可使用，电压为3V．
【考点】
闭合电路的欧姆定律
简单的逻辑电路
【解析】
本题目非常有意思，循序渐进，步步加深，考查学生能否灵活利用所学的知识解决问题．第一问非常简单，根据传感器上的铭牌标志，利用电功率公式便可求出电阻和电流，而第二问就必须求出各用电器所能通过的电流，从而比较得出干路最大电流，然后利用相关公式求出最大电压．第三问就得利用所知物理量，及要求未知量，结合数学中的二元一次方程组来解决，最后便可求出所加电压．
【解答】
解：（1）传感器的电阻为：R
传=
U
传
2
P
传
=32
0.9
=10Ω
I 传=
P
传
U
传
=0.9
3
=0.3A
（2）要求电路各部分安全，则要求电路的最大电流：I=I
传
=0.3A，
此时电源电压最大值：U m=U传+U0，
U
传
为传感器的额定电压，U0为R0调至最大值R0m=10Ω时，R0两端的电压，即，U0=
I
传
R0m=0.3A×10Ω=3V，
电源电压最大值：U m=U传+U0=3V+3V=6V；
（3）设实际检测时，加在a、b间的电压为U，传感器的实际电阻为R′
传
．
根据第一次实验记录数据有：U=I1R′传+U1=0.16A×R′传+1.48V①
根据第二次实验记录数据有：U=I2R′传+U2=0.22A×R′传+0.91V②
由①、②两式解得：R
传
′=9.5Ω，U=3V
传感器的电阻变化为△R=R
传一R
传
′=l0Ω−9.5Ω<1Ω
∴此传感器仍可使用．
答：（1）该传感器的电阻和额定电流各是10Ω，0.3A；（2）在a、b之间所加的电源电压最大值6V；
（3）传感器仍可使用，电压为3V．。