教科版高中物理选修32练习第三章 传感器第34节Word格式.docx
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【方法技巧练】
传感器问题的分析技巧
5．电熨斗在达到设定的温度后就不再升温，当温度降低时又会继续加热，使它总与设定的温度相差不多．在熨烫不同的织物时，设定的温度可以不同，进行这样的控制，靠的是温度传感器．电熨斗中装有双金属片温度传感器，这种双金属片的作用是控制电路的通断，如图4所示为电熨斗的结构图，图中双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属的膨胀系数，请结合所学知识回答以下问题：
图4
（1）常温下，上、下触点应当是接触的还是分离的？
当温度过高时双金属片将起怎样的作用？
（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何利用调温旋钮来实现的？
6．如图5所示为某种电子秤的原理示意图，AB为一均匀的滑线电阻，阻值为R，长度为L，两边分别有P1、P2两个滑动头，P1可在竖直绝缘光滑的固定杆MN上保持水平状态而上下自由滑动，弹簧处于原长时，P1刚好指着A端，P1与托盘固定相连，若P1、P2间出现电压，该电压经过放大，通过信号转换后在显示屏上将显示物体重力的大小．已知弹簧的劲度系数为k，托盘自身质量为m0，电源电动势为E，内阻不计，当地的重力加速度为g.求：
图5
（1）托盘上未放物体时，在托盘自身重力作用下，P1离A的距离x1；
（2）托盘上放有质量为m的物体时，P1离A的距离x2；
（3）在托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是：
调节P2，使P2离A的距离也为x1，从而使P1、P2间的电压为零．校准零点后，将物体m放在托盘上，试推导出物体质量m与P1、P2间的电压U之间的函数关系式．
1．如图6所示，将一光敏电阻连入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时表针的偏角为θ，现用手掌挡住部分光线，表针的偏角变为θ′，则可判断（ ）
图6
A．θ′＝θB．θ′<
θ
C．θ′>
θD．不能确定θ和θ′的关系
2．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
3.惯性制导系统已广泛应用于弹道式导弹工程中，这个系统的重要元件之一是加速度计．加速度计构造和原理的示意图如图7所示：
沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一质量为m的滑块，滑块两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连；
两弹簧的另一端与固定壁相连．滑块原来静止，弹簧处于自然长度，滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导．设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离O点的距离为x，则这段时间内导弹的加速度（ ）
图7
A．方向向左，大小为kx/m
B．方向向右，大小为kx/m
C．方向向左，大小为2kx/m
D．方向向右，大小为2kx/m
4．某小型电磁继电器，其中L为含铁芯的线圈．P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱．电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求如图8所示．其工作方式是（ ）
图8
A．A与B接信号电压，C与D跟被控电路串联
B．A与B接信号电压，C与D跟被控电路并联
C．C与D接信号电压，A与B跟被控电路串联
D．C与D接信号电压，A与B跟被控电路并联
5．下列器件不是应用温度传感器的是（ ）
A．电熨斗B．话筒C．电饭锅D．测温仪
6．某市为了节约能源，合理适时地使用路灯，要求夜晚亮、白天熄，利用半导体的某种特性制成自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制．这是利用半导体的（ ）
A．压敏性B．光敏性
C．热敏性D．三种特性都利用了
7．如图9所示为一种自动跳闸的闸刀开关，O是转动轴，A是绝缘手柄，C是闸刀卡口，M、N接电源线，闸刀处于垂直纸面向里、B＝1T的匀强磁场中，CO间距离为10cm，当磁场力为0.2N时，闸刀开关会自动跳开．则要使闸刀开关能跳开，CO中通过的电流的大小和方向为（ ）
图9
A．电流方向C→OB．电流方向O→C
C．电流大小为1AD．电流大小为0.5A
8．利用传感器和计算机可以研究快速变化的力的大小．实验时，把图10甲中的小球举高到绳子的悬点O处，然后让小球自由下落．用这种方法获得的弹性绳的拉力随时间的变化图线如图乙所示．根据图线所提供的信息，以下判断正确的是（ ）
图10
A．t2时刻小球所处位置是运动中最高点
B．t1～t2期间小球速度先增大后减小
C．t3时刻小球动能最小
D．t2与t5时刻小球速度大小不同
9．如图11所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、电键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11
A．正在增加，＝B．正在减弱，＝
C．正在减弱，＝D．正在增加，＝
题 号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
答 案
10．一般的电熨斗用合金丝做发热元件，合金丝电阻随温度t变化的关系如图12中实线①所示．由于环境温度以及熨烫的衣服厚度、干湿等情况不同，熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大的范围内波动，易损坏衣物．有一种用主要成分为BaTiO3，被称为“PTC”的特殊材料做发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点．PTC材料的电阻随温度变化的关系如图12中实线②所示．
图12
根据图线分析：
（1）为什么处于冷态的PTC熨斗刚通电时比普遍电熨斗升温快？
（2）通电一段时间后电熨斗温度t自动地稳定在______＜t＜______范围之内．
11．青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能．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13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50mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；
电流小于50mA时，3、4接通．励磁线圈中允许通过的最大电流为100mA.
图13
（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40W，额定电压36V，符号
保护电阻R2，符号
电磁开关，符号
蓄电池E，电压36V，内阻很小；
开关S，导线若干．
（2）回答下列问题：
①如果励磁线圈的电阻为200Ω，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？
请结合本题中电磁开关内部结构图说明．
答：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
③任意举出一个其它的电磁铁应用的例子．
答案
课前预习练
1．温度 湿度 气体 光
2．水位 负载量 水温 布质 洗涤粉
3．硅板 电子设备
4．C [空调机根据温度调节工作状态，所以内部使用了温度传感器，故C正确．]
5．D [鼠标器中的传感器是红外线接收管，属于光传感器；
火灾报警器中传感器是光电三极管，属于光传感器；
测温仪用的是温度传感器；
电子秤的敏感元件是应变片，是力传感器，D正确．]
6．A [遥控器发出红外线，电视中的传感器感知红外线，是红外线传感器，所以A选项正确．]
课堂探究练
1．见解析
解析
（1）冰箱内温度较高时，密封系统中的压强增大，盒体膨胀，膜盒3通过小柱体带动弹簧片4，使动触点5与静触点6接触，控制压缩机自动开始工作，而在达到设定的温度时弹簧带动弹簧片4将触点5、6断开，使压缩机停止工作．
（2）凸轮逆时针转动会加大连杆9对弹簧7的拉力，该拉力与弹性金属膜盒3共同控制弹簧片4的运动，而弹簧7上弹力的变化会改变设定的温度．
2．见解析
解析
（1）开始煮饭时用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸触点接通，电热板通电加热；
手松开后，由于永磁体与感温磁体的吸引，按钮不会恢复到图示状态．
（2）煮饭时，水沸腾后锅内保持100℃不变，因为水的沸点为100℃，只要有水温度就不变．
（3）水分被大米吸收后，锅底温度升高，当温度升至“居里点103℃”时，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热．
（4）如果用电饭锅烧水，水沸腾后，锅内保持100℃不变，温度低于“居里点103℃”电饭锅不能自动断电，只有水烧干后，温度升高到103℃才能自动断电．
3．见解析
解析 将光敏电阻用黑纸包住使它不被光照亮，如果发光二极管不亮，则调节电位器R1，直到发光二极管发光为止．然后将包裹光敏电阻的黑纸打开，看它是否熄灭，如果此时发光二极管不熄灭，则再调节电位器．反复使光敏电阻遮光或见光，直到可以实现发光二极管在光敏电阻有光照时熄灭，无光照时发光为止．
4．见解析
解析 只需将上题光控电路中的光敏电阻RG换成热敏电阻RT即可，用讯响器发声代表电加热器通电，电路如下图所示
调试时：
调试R1使RT的温度低于某一指定值时M741后面的电路接通，使RT的温度高于某一指定值时M741后面的电路断开．
5．
（1）常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片上、下表面受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小．则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热，温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用．
（2）熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性铜片升降，从而改变触点接触的位置，达到控制不同温度的目的．
6．
（1）
（2） （3）m＝U
解析 托盘的移动带动P1移动，使P1、P2间出现电势差，电势差的大小反映了托盘向下移动距离的大小，由于R为均匀的滑线电阻，则其阻值与长度成正比．
（1）由力的平衡知识知m0g＝kx1，解得x1＝
（2）放上重物重新平衡后m0g＋mg＝kx2
解得x2＝
（3）由闭合电路欧姆定律知E＝IR，
由部分电路欧姆定律知U＝IR串，
由＝，其中x为P1、P2间的距离，则x＝x2－x1＝
联立解得m＝U
方法总结 分析传感器问题要注意四点
（1）感受量分析
要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等．
（2）输出信号分析
明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律．
（3）电路结构分析
认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律．
（4）执行机构工作分析
传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程．
课后巩固练
1．B [光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，开始时有光照射，光敏电阻的阻值较小，当手掌挡住部分光线时，光敏电阻的阻值增大，因为欧姆表的零刻度在表盘的右侧，所以欧姆表测电阻时，阻值越大，指针张角越小，所以选项B正确．]
2．D [当电梯门碰到人或其他障碍物时立即停止关门以防挤伤人，故为压力传感器．]
3．D [滑块随导弹一起做加速运动，向左偏离O点的距离为x，使左侧弹簧被压缩，右侧弹簧被拉长，则滑块所受合力为2kx，方向向右，故加速度方向向右．由牛顿第二定律得：
2kx＝ma，滑块加速度大小为：
a＝2kx/m，故选D.]
4．A [A、B接电磁继电器线圈，所以A、B应接信号电压，线圈随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用．故正确答案为A.]
5．B
6．B [题目中半导体应能感知光照强度变化，并输出电信号，控制电路通断，所以利用了半导体的光敏性，故B正确．]
C，由B＝得I＝＝2A．→C，由B＝得I＝＝2A．]
8．B [
小球下落的轨迹如右图所示，B处为绳子原长处，C处为小球重力与绳上拉力相等处，D处为小球下落的最低点，在F－t图中，0～t1小球在OB间下落，t1～t2小球在BD间下落，t2～t3小球由D回到B处，t3～t4小球在BO间上升，而后下落至B点．由F－t图知，小球在t2时刻下落到最大距离，然后最大距离在逐渐减小，由以上分析知，小球的最大速度出现在C点，对应于t1～t2之间，A错，B对．小球动能最小出现在t2时刻
或t3～t4间某时刻，C错误．t2和t5分别对应小球先后两次下落过程中经过最低点的时刻，速度大小为零，D错误．]
9．D [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＝U，又q＝mg得＝，故D正确．]
10．
（1）见解析
（2）T6 T7
解析
（1）由于冷态时PTC材料电阻很小，故由P＝知，其发热功率很大，所以升温很快．
（2）在T6～T7之间，电熨斗放出的热量和产生的热量才有可能相等，达到热平衡状态，所以电熨斗温度t自动地稳定在T6＜t＜T7范围之内．
11．
（1）见解析
（2）①20 160～320
②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；
不吸合时，3、4之间断开
③电磁起重机
解析
（1）要使光敏电阻能够对电路进行控制，且有光照时路灯熄灭，光敏电阻应与1、2串联，3、4与路灯串联，则电路图如右图所示．
（2）①由U＝IR得励磁线圈允许加的最大电压Um＝ImR＝0.1×
200V＝20V；
依据允许通过励磁线圈的电流最大值和最小值计算得R2min＝＝Ω＝160Ω，R2max＝＝Ω＝320Ω，因此保护电阻R2的阻值范围为160～320Ω；
不吸合时，3、4之间断开．
③电磁起重机．
小学语文学习必须了解的59个通假字，你的孩子都知道吗？
1、说（yuè
）：
通“悦”，愉快。
学而时习之，不亦说乎？
（《论语十则》）
2、女：
通“汝”，你。
知：
通“智”，聪明。
诲女知之乎？
……是知也。
3、还：
通“旋”，回转，掉转。
扁鹊望桓侯而还走。
（扁鹊见蔡桓公））
4、齐：
通“剂”。
在肠胃，火齐之所及也。
（《扁鹊见蔡桓公》）
5、止：
通“只”。
担中肉尽，止有剩骨。
（《狼》）
6、亡：
通“无”
河曲智叟亡以应。
（《愚公移山》）
亡：
通“无”。
日之其所亡。
（《乐羊子妻》）
7、屏：
通“摒”。
屏弃而不用，其与昏与庸无以异也。
（《为学》）
8、帖：
通“贴”。
火：
通“伙”。
对镜帖花黄。
……火伴皆惊忙。
（《木兰诗》）
9、尔：
通“耳”，相当于“罢了”。
无他，但手熟尔。
（《买油翁》）
10、争：
通“怎”。
争渡，争渡，惊起一滩鸥鹭。
（《如梦令》李清照）
11、见，通“现”。
路转溪头忽见。
（《西江月》辛弃疾）
见：
通“现”。
才美不外见……（《马说》）
何时眼前突兀见此屋。
（《茅屋为秋风所破歌》）
12、（《口技》）坐：
通“座”。
满坐寂然，无敢哗者。
13、扳：
通“攀”，牵，引。
日扳仲永环谒于邑人。
（《伤仲永》）
14、反：
通“返”。
寒暑易节，始一反焉。
15、惠：
通“慧”，聪明。
甚矣，汝之不惠。
16、厝：
通“措”，放置。
一厝逆东，一厝雍南。
17、那：
通“哪”，怎么。
问渠那得清如许。
（《观书有感》）
18、阙：
通“缺”。
两岸连山，略无阙处。
（《三峡》）
19、强：
通“僵”，僵硬。
昂首观之，项为之强。
（《闲情记趣》）
20、道：
通“导”，引导。
傧者更道，从大门入。
（《晏子故事两篇》）
21、曷：
通“何”。
缚者曷为者也？
22、熙：
通“嬉”，开玩笑。
圣人非所与熙也。
23、辑：
通“缉”，连缀。
饰以玫瑰，辑以翡翠。
（《买椟还珠》）
24、遽：
通“讵”，岂。
此何遽不为福乎？
（《塞翁失马》）
25、距：
通“拒”，挡。
……子墨子九距之。
（《公输》）
26、诎：
通“屈”，折服。
公输盘诎，而曰……（《公输》）
27、有：
通“又”。
舟首尾长约八分有奇。
（《核舟记》）
28、衡：
通“横”。
左手倚一衡木。
衡：
通“横”，梗塞，这里指不顺。
困于心，衡于虑。
（《生于忧患，死于安乐》）
29、甫：
通“父”。
虞山王毅叔远甫刻。
30、简：
通“拣”，挑选。
盖简桃核修狭者为之。
31、错：
通“措”。
以君为长者，故不错意也。
（《唐雎不辱使命》）
32、仓：
通“苍”。
要离之刺庆忌也，仓鹰击于殿上。
33、裁：
通“才”，仅仅。
数至八层，裁如星点。
（《山市》）
34、適：
通“谪”。
发闾左適戍渔阳九百人。
（《陈涉世家》）
35、唱：
通“倡”，倡导。
为天下唱，宜多应者。
36、以：
通“已”。
得鱼腹中书，固以怪之矣。
37、被：
通“披”。
将军身被坚执锐。
被：
同舍生皆被绮绣。
（《送东阳马生序》）
38、食：
通“饲”，喂。
食马者不知其能千里而食也。
（《马说》）
39、材：
通“才”。
食之不能尽其材。
40、邪：
通“耶”，表示疑问，相当于“吗”。
其真无马邪？
41、僇：
通“戮”，遭到贬谪。
自余为僇人，……（《始得西山宴游记》）
42、暴：
通“曝”。
而游者皆暴日中。
（《峡江寺飞泉亭记》）
43、畔：
通“叛”。
寡助之至，亲戚畔之。
（《得道多助，失道寡助》）
44、曾：
通“增”。
曾益其所不能。
45、拂：
通“弼”，辅佐。
入则无法家拂士。
46、具：
通“俱”，全，皆。
政通人和，百废具兴。
（《岳阳楼记》）
47、属：
通“嘱”。
属予作文以记之。
48、赀：
通“资”，资财，钱财。
馔酒食，持其赀去。
（《越巫》）
49、不：
通“否”。
客问元方：
“尊君在不？
”（《陈太丘与友期》）
50、直：
通“值”。
玉盘珍馐直万钱。
（《行路难》其一）
51、辟：
通“避”，躲避。
故患有所不辟也。
（《鱼我所欲也》）
52、辩：
通“辨”，辨别。
万钟则不辩礼义而受之。
53、得：
通“德”，恩惠，这里是感激。
与：
通“欤”，语气词。
所识穷乏者得我与？
54、乡：
通“向”，从前。
乡为身死而不受。
55、信：
通“伸”。
欲信大义于天下。
（《隆中对》）
56、已：
通“以”。
自董卓已来……（《隆中对》）
57、徧：
通“遍”，遍及，普及。
小惠未徧，民弗从
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