18-19课时分层作业13传感器的应用

课时分层作业（十三）
［基础达标练］
（时间：15分钟分值：50分）
一、选择题（本题共6小题，每小题6分）
1 •在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上
装有的传感器是（）
A .光传感器
B .温度传感器
C.声传感器 D .压力传感器
【解析】在电梯门口放置一障碍物，电梯门不停地开关，说明电梯门口有一个
光传感器，故A选项正确.
【答案】A
2.如图6-2-12所示，两块水平放置的金属板距离为d,用导线、开关K与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中.两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电荷量为+ q的小球.K断开时传感器上有示数，K闭合时传感器上恰好无示数.则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是（）
图6-2-12
A .正在增强，晋=m qg d
B .正在减弱，晋=嚅
C.正在减弱，备罟 D .正在增强，f =嚅
【解析】K闭合时传感器上恰好无示数，说明小球受竖直向上的电场力，且电场力大小等于重力，由楞次定律可判断磁场B正在增强，根据法拉第电磁感应
定律E= n云=U，又qd = mg得石=需，故D正确.
【答案】D
3 .在探究超重和失重规律时，某重为G的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作.传感器和计算机相连，经计算机处理后得到压力F随时间t变化的图象，则下列图象中可能正确的是（）
【解析】对人的运动过程分析可知，人在加速下蹲的过程中，有向下的加速度，
处于失重状态，此时人对传感器的压力小于人的重力；在减速下蹲的过程中，加速度方向向上，处于超重状态，此时人对传感器的压力大于人的重力，所以 D 正确．
【答案】 D 4．(多选)为了保证行车安全和乘客身体健康，动车上装有烟雾报警装置，其原理如图6-2-13所示.M为烟雾传感器，其阻值R M随着烟雾浓度的改变而变化，电阻R 为可变电阻．车厢内有人抽烟时，烟雾浓度增大，导致S 两端的电压增大，装置发出警报．下列说法正确的是( )
【导学号：57272142】
图6-2-13
A．R M 随烟雾浓度的增大而增大
B．R M 随烟雾浓度的增大而减小
C •若要提高报警灵敏度可增大R
D.若要提高报警灵敏度可减小R
【解析】S两端电压U增大，故传感器两端电压一定减小•当有烟雾，使传感
器电阻变化，即R M变小，则有R M随着烟雾浓度的增大而减小，故A错误，B 正确；R越大，M与R并联的电阻R并越接近R M，U增大越明显，导致S上电压变化越明显，故C正确，D错误.
【答案】BC
5．(多选)如图6-2-14所示，用光敏电阻LDR 和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是( )
图6-2-14
A •严重污染时，LDR是高电阻
B. 轻度污染时，LDR是高电阻
C. 无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定
D. 该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响
【解析】严重污染时，透过污水照到LDR 上的光线较少，LDR 电阻较大，A
正确，B错误；LDR由半导体材料制成，受光照影响，电阻会发生变化，C错误；
白天和晚上自然光的强弱不同，或多或少会影响LDR 的电阻， D 正确．
【答案】AD
6 •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6-2-15,下列对故障判断正确的是()
图6-2-15
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
【解析】由恒温箱原理图可知，若热敏电阻出现故障或温度设定装置出现故障
都会向控制器传递错误信息，导致控制器发出错误指令，故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，故D错误.
【答案】C
二、非选择题(14分)
7•如图6-2-16甲是某金属材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图象，图中R o 表示该电阻在0 C时的电阻值，已知图线的斜率为k.若用该电阻与电池(电动势为E、内阻为r)、理想电流表A、滑动变阻器R'串联起来，连接成如图乙所示的电路•用该电阻做测温探头，把电流表A的电流刻度改为相应的温度刻度，
就得到了一个简单的“金属电阻温度计”.
图6-2-16
(1) 根据图甲，温度为t(t>0 C)时电阻R的大小为__________ .
⑵在标识“金属电阻温度计”的温度刻度时，需要弄清所测温度和电流的对应关系•请用E、R。

、R'(滑动变阻器接入电路的阻值)、k等物理量表示待测温度t与电流I 的关系式t= ____________________________ .
(3)如果某次测量时，指针正好指在温度刻度的10 C到20 C的正中央，则测量
值_______ 选填“大于” “小于”或“等于” )15 C .
【解析】⑴题图象的斜率为k,纵截距为R。

，为一次函数，所以图象的表达式
为R= R0+ kt.
(2) 根据闭合回路欧姆定律可得：E= I(R+ R' + r)
1 E
将R= R0+ kt 代入可得t =匚了一R' + r + R0 .
⑶根据⑵中关系式可知此时测量值小于15 °C .
1 E
【答案】⑴R o + kt （2斥了一R'+ r + R D
⑶小于
［能力提升练］
（时间：25分钟分值：50分）
一、选择题（本题共4小题，每小题6分）
1 •如图所示，是四类热敏电阻的R-t特征图线，如果想用热敏电阻作传感器，并与继电器相连，构成一个简单的自动报警线路，当温度过高时，由继电器接通电路报警，采用哪个图示的热敏电阻较好（）
【解析】当温度过高时，要求继电器接通电路报警，说明温度变化不大时要求
电阻变化不明显，但是温度高到一定程度时电阻才有明显的变化，故A符合要求，B、C、D不符合要求.
【答案】A
2.（多选）下列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
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，输出的电压值也越大
【解析】应变片多用半导体材料制成，故选项A错误；当应变片拉伸时，其
电阻变大，选项B正确；传感器输出的是上、下两应变片上的电压差值，并且
随着外力的增大，输出的电压差值越大，故选项C错误，选项D正确.
【答案】BD
3•如图6-2-17所示是家用电冰箱的压缩启动装置的电路•其中的运行绕组是电冰箱在工作时的电动机定子，由于家用交流电是单相的，启动时必须依靠启动绕组的帮助才能产生旋转磁场•在启动绕组的支路中串联有一个PTC元件，这是
一种以钛酸钡为主要材料的热敏电阻器•电流流过PTC元件，元件发热，它的
电阻率随温度升高而发生显著变化，当电动机转动起来正常以后，PTC元件温度较高，电阻很大，启动绕组电流很小•则以下判断正确的是（）
①电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少②电冰箱的电动机正常工作时
比启动时耗电少③电冰箱启动后，启动绕组功率不变，运行绕组功率是变化的
④电冰箱启动后，启动绕组功率是变化的，运行绕组功率不变
【导学号：57272143】
图6-2-17
A •①③
B •②④
C •①④
D •②③
【解析】启动时，由于PTC元件温度低电阻小，故耗电多，②正确；启动后，
随PTC元件温度升高，PTC元件电阻增大，通过启动绕组的电流减小，故启动
绕组功率是变化的，而运行绕组电压不变，故功率不变，则④正确.
【答案】B
4. 温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的.如图6-2-18甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源
的电动势E = 9.0 V，内电阻不计；G为灵敏电流表，其内阻R g保持不变；R为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示.闭合开关S,当R的温度等于20 °C 时，电流表示数|1 = 2 mA;当电流表的示数12 = 3.6 mA时，热敏电阻的温度是（）
图6-2-18
A. 60 C
B. 80 C
C. 100 C D . 120 C
【解析】由题图乙可知，当R的温度等于20 C时，热敏电阻的阻值R1 = 4 k莒
则由I1= —可得R g = 0.5 k Q，当电流I2= 3.6 mA时，由I2= —可得R2 R1 + R g R2 + R g
=2 k約结合题图乙知此时热敏电阻的温度为120 C,故选D.
【答案】D
二、非选择题（本题共3小题，共26分）
5. （8分）图6-2-19甲是利用激光测转速的原理示意图，图中圆盘可绕固定轴转动，
盘边缘侧面上有一小段涂有很薄的反光材料.当盘转到某一位置时，接收器可以接收到反光涂层反射的激光束，并将所收到的光信号转变成电信号，在示波器显示屏上显示出来（如图乙所示）.
甲乙
图6-2-19
(1) 若图乙中示波器显示屏横向的每大格(5小格)对应的时间为5.00X 10「2 s,则圆
盘的转速为________ r/s.计算结果保留3位有效数字)
(2) 若测得圆盘直径为10.20 cm,则可求得圆盘侧面反光涂层的长度为 ________ cm.
(计算结果保留3位有效数字)
【解析】(1)由题图乙可知圆盘转动的周期为
T = 22.00X 10-2 s,
1
所以转速为n = 〒= 4.55 r/s.
、 2 n
(2)圆盘半径为r= 5.10 cm,其边缘线速度为v=3 r 3=〒，
反光涂层长度为s= v A t,
代入数据解得s= 1.46 cm.
【答案】(1)4.55⑵1.46
6. (8分)自己设计一个以热敏电阻为传感器的简易自动报警器，当温度过高时，小灯泡亮或响铃报警，所用的实验器材可能有电磁继电器、电铃、小灯泡、热敏电阻、干电池、滑动变阻器、开关.
【解析】实验电路图如图所示：
当温度升高时，热敏电阻的阻值减小，通过电磁继电器螺线管的电流增大，磁性增强，吸下金属片，触点接通，灯泡亮或电铃响，起到报警作用•通过调节滑动
变阻器的阻值，可以达到调节报警温度的目的.
【答案】见解析
7. (10分)如图6-2-20所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的示意图，A为光源，B为光电接收器，A、B均固定在小车上，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
示单位时间的脉冲数为n,累积脉冲数为N.试完成下列问题.
图6-2-20
(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.
【导学号：57272144】
【解析】（1）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. 所以还要测量车轮的半径R和齿轮的齿数p.
⑵齿轮转一圈电子电路显示的脉冲数即为p.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
【答案】（1）车轮的半径R和齿轮的齿数p
(2)v=2 n R
P
(3)s=
2n NR
P
则有小车速度的表达式v= 2 n R
P .
（3）小车行程的表达式2n NR
s=。