高中物理第3章传感器第4节用传感器制作自控装置课后提能训练粤教版选修.docx

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高中物理第3章传感器第4节用传感器制作自控装置课后提能训练粤教版选修

2019-2020年高中物理第3章传感器第4节用传感器制作自控装置课后提能训练粤教版选修

基础达标

一、选择题（在每小题给出的四个选项中，第1～3题只有一项符合题目要求，第4～5题有多项符合题目要求）

1．在应用光敏电阻制作的光控自动照明电路实验中，下列说法不正确的是（　　）

A．实验中利用了光敏电阻光照增强，电阻变大的特性

B．实验中利用了光敏电阻光照增强，电阻变小的特性

C．实验中二极管的作用是负向截止，正向导通

D．晶闸管在未加触发电压时，具有正向阻断能力

【答案】A

2．在制作光控电路实验中，某同学按电路图将元件安装完毕后，发现将装置置入黑暗环境中，接通电源，灯泡不发光，原因不可能是（　　）

A．二极管两极接反

B．电阻R1与光敏电阻位置颠倒

C．电阻R1阻值太小

D．灯泡被断路

【答案】C

3．机器人可以通过外部传感器来感知外部环境和外界事物，下列说法有误的是（　　）

A．温度传感器让其感知温度变化，此传感器是热敏电阻，阻值一定随温度升高而增大

B．光电传感器可以作为眼睛，此传感器若是光敏电阻，阻值一定随光亮度增加而减小

C．超声波传感器可以作为耳朵，让其听到常人听不到的声音

D．压力传感器可以使其有“手感”

【答案】A

4．下列说法正确的是（　　）

A．温度升高时，负温度系数热敏电阻的阻值增大

B．晶体二极管具有单向导电性

C．晶体三极管能够将其他形式的能转化为电能

D．当晶闸管承受正向电压时，仅在VS门电极处于高电平时，才导通

【答案】BD

5．高温超导限流器被公认为目前最好的且唯一行之有效的短路故障电流限制装置，中国科学院电工研究所完成了一项具有自主知识产权的高温超导限流器样机的研制工作，并进行了并网挂机实验．超导限流器由超导部件和限流电阻并联组成，如图所示．超导部件有一个超导临界电流IC，当通过限流器的电流I>IC时，将造成超导体失超，从超导态（本题认为电阻为零）转变为正常态（本题认为是一个纯电阻），以此来限制电力系统的故障电流．已知超导部件的正常电阻为R1＝3Ω，超导临界电流IC＝1.2A，限流电阻R2＝6Ω，小灯泡L上标有“6V　6W”，电源电动势E＝8V，内阻r＝2Ω.原来电路正常工作，现L突然发生短路．则（　　）

A．短路前通过R1的电流为

A

B．超导部件将由超导态转为正常态

C．短路后通过R1的电流为2A

D．短路后通过R1的电流为

A

【答案】BD

二、非选择题

6．如图是热水器中的恒温集成电路，R0是热敏电阻，温度较低时其阻值很大，温度较高时阻值很小．如图热水器中没有水或水温较高时，继电器会放开弹簧片，发热器断路，反之会吸住簧片接通发热器．如果热水器中没有水时，电路中BC部分就处于__________（填“断路”或“短路”），则在电路图的虚线框内的门电路应是__________门，当温度较低时，门电路的输入端A是__________电势（填“高”或“低”）．

【答案】断路　与　高

【解析】热水器没有水时，电路中BC部分处于断路，B处于低电势，电路图中的虚线框内为与门，则继电器中没电流，继电器放开簧片，发热器断路．当热水器有水时，B处于高电势；若水温较高，R0阻值很小，A处于低电势，因与门使继电器放开弹簧片，发热器断路；若水温低，R0阻值很大，A处于高电势，此时继电器接通发热器．

7．如图甲所示，斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号，当加在它的输入端A的电势逐渐上升到1.6V，输出端Y会突然从高电平跳到低电平0.25V，而当输入端A的电势下降到0.8V时，输出端Y会从低电平跳到高电平3.4V.

（1）斯密特触发器相当于一种________门电路．

（2）如图乙所示是一个温度报警器的简易电路图，RT为热敏电阻，R1为可变电阻（最大阻值为1kΩ），蜂鸣器工作电压3V～5V，热敏电阻的阻值随温度变化如图丙所示，若要求热敏电阻在感测到80℃时报警，则R1应调至________kΩ；若要求热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，R1的阻值应________（选填“增大”“减小”或“不变”）．

甲

乙　　　　　　　　　　　丙

【答案】

（1）非　

（2）0.42　减小

【解析】

（1）输出状态和输入状态相反，相当于非门电路．

（2）热敏电阻在80℃时的电阻是RT＝80Ω，斯密特触发器输入端A的电势是0.8V时，输出端Y的电压为3.4V，这时蜂鸣器开始工作．由串联电路分压特点知：

＝

＝

＝

；

所以R1＝80×

Ω＝420Ω＝0.42kΩ.

由热敏电阻的阻值随温度变化的图象可知，温度升高时，热敏电阻的阻值减小，而斯密特触发器输入端的电压仍保持不变，则电阻R1的阻值应减小．

能力提升

8．车床在工作时是不允许将手随便接近飞转的工件的．为了防止万一，设计了下面的光电自动制动安全电路，只要人手不小心靠近了工件，机器就自动停转，请简述其工作原理．图中的A为车床上的电动机；B为随电动机高速转动的工件；C为光源，它发出的光照到光敏电阻D上；E为电磁铁；F为衔铁；G为电源；H为弹簧．

【答案】见解析

【解析】当手在C、D间靠近工件时，遮挡住射向光敏电阻的光，光敏电阻的阻值迅速变大，电路中的电流减小，使电磁铁磁性减弱从而放开衔铁，造成电动机断路，使工件停转以保证安全．

9．热敏电阻是传感电路中常用的电子元件．现用伏安法研究热敏电阻的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整．已知常温下待测热敏电阻的阻值为4～5Ω.热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水，其他备用的仪表和器具有：

盛有热水的热水瓶（图中未画出）、电源（3V、内阻可忽略）、直流电流表（内阻约1Ω）、直流电压表（内阻约5kΩ）、滑动变阻器（0～20Ω）、开关、导线若干．

（1）在下面方框中画出实验电路图，要求测量误差尽可能小．

（2）根据电路图，在下图的实物图上连线．

（3）简要写出完成接线后的主要实验步骤_______________________________________

【答案】

（1）电路图如下图所示

（2）实物图如下图所示

（3）①往保温杯中加一些热水，待温度稳定时读出温度计值；

②调节滑动变阻器，快速测出几组电流表和电压表的值；

③重复步骤①、②，测量不同温度下的数据；

④绘出各测量温度下热敏电阻的伏安特性曲线．

10．用负温度系数的热敏电阻作为传感器，设计一个简单的自动控制装置，可供选择的器材如下：

热敏电阻、小灯泡（或门铃）、电池组、继电器、滑动变阻器、开关、导线等．要求：

温度高时，灯泡亮或门铃报警．请选出需要的器材，画出原理图，并作简要说明．

【答案】见解析

【解析】假设用热敏电阻来控制一个小灯泡的点亮和熄灭．电池组的输出电压要等于继电器的工作电压，但是高于小灯泡的额定电压，可以用一个滑动变阻器和小灯泡串联来调节，其工作原理如下图所示，这样可以共用一个电池组．所选取的器材有继电器、热敏电阻、开关、电池组、滑动变阻器、小灯泡和连接导线等．

其工作过程是：

闭合开关S，把继电器、热敏电阻和电池组接通，由于热敏电阻的温度较低，它的阻值较大，使通过继电器的电流较小，不足以把铁片吸下来，所以小灯泡中没有电流通过，是熄灭的；当热敏电阻的温度升高到某一特定值后，它的阻值迅速减小，使通过继电器的电流迅速增大，电磁铁产生较强的磁场将铁片吸下来与触点P连接，将小灯泡与电池组接通，小灯泡发光．当热敏电阻的温度降到某特定温度以下时，它的电阻值迅速增大，使通过继电器的电流减小，铁片被弹簧拉动而离开触点P，小灯泡熄灭．这样，由热敏电阻的温度变化可引起继电器回路的电流变化，从而达到控制小灯泡亮、灭的目的．

11.某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力（比例系数为k），如图所示．测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为零；然后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U.

现有下列器材：

力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变电阻器、干电池各一个、电键及导线若干、待测物体（可置于力转换器的受压面上）．

请完成对该物体质量的测量．

（1）设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在虚线方框中画出完整的测量电路图；

（2）简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m；

（3）请设想实验中可能会出现的一些问题．

【答案】见解析

【解析】

（1）设计的电路如图所示．

（2）测量步骤与结果：

①调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零；

②将砝码放在转换器的受压面上，记下输出电压U0，

由U0＝km0g，得k＝

；

③将待测物体放在转换器的受压面上，记下输出电压U，

由U＝kmg得m＝

U.

（3）①因电源电压不够而输出电压调不到零．

②待测物体质量超出转换器量程．

2019-2020年高中物理第3章打开电磁学的大门章末综合测评鲁科版选修

一、选择题（本题共8个小题，每小题6分，共48分．在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确．全部选对的得6分，选不全的得3分，有选错或不答的得0分．）

1．发电机和电动机的发明使人类步入电气化时代．其中电动机依据的物理原理是（　　）

A．磁场对电流的作用　　　B．磁铁间的相互作用

C．惯性定律D．万有引力定律

【解析】　电动机依据的物理原理是磁场对电流的作用．

【答案】　A

2．关于洛伦兹力的特点下列说法正确的是（　　）

A．洛伦兹力既垂直磁场方向又垂直电荷运动方向

B．洛伦兹力是运动电荷在磁场中受到的力，静止的电荷不会受到洛伦兹力

C．当电荷运动方向和磁场方向相同或相反的时候，电荷不受洛伦兹力

D．只要电荷放在磁场中，就一定受到洛伦兹力

【解析】　静止的电荷在磁场中不受洛伦兹力，当电荷运动方向与磁场方向平行时，也不受洛伦兹力，故只有D错误．

【答案】　ABC

3．来自宇宙的质子流，以与地球表面垂直的方向射向赤道上空的某一点，则这些质子在进入地球周围的空间时，将（　　）

A．竖直向下沿直线射向地面

B．相对于预定地点，稍向东偏转

C．相对于预定地点，稍向西偏转

D．相对于预定地点，稍向北偏转

【解析】　地球表面地磁场方向由南向北，质子是氢原子核，带正电．根据左手定则可判定，质子自赤道上空竖直下落过程中受洛伦兹力方向向东．

【答案】　B

4．如图所示的四个实验现象中，不能表明电流能产生磁场的是（　　）

甲　　　乙　　　丙　　丁

A．图甲中，导线通电后磁针发生偏转

B．图乙中，通电导线在磁场中受到力的作用

C．图丙中，当电流方向相同时，导线相互靠近

D．图丁中，当电流方向相反时，导线相互远离

【解析】　图甲中导线通电后小磁针发生偏转是导线中电流产生的磁场所至，图丙、图丁中两通电导线间的相互作用，也是一导线电流形成的磁场对另一通电导线产生作用所至，图乙是通电导线在永磁体的磁场中受安培力作用产生偏离，故选B.

【答案】　B

5．关于回旋加速器，下列说法正确的是（　　）

A．回旋加速器是利用磁场对运动电荷的作用使带电粒子的速度增大的

B．回旋加速器使粒子获得的最大动能与加速电压成正比

C．回旋加速器是通过多次电场加速使带电粒子获得高能量的

D．带电粒子在回旋加速器中不断被加速，因而它做圆周运动一周所用的时间越来越短

【解析】　回旋加速器是利用电场加速，磁场偏转的，粒子在磁场中运动的时间与运动速度的大小无关，由R＝

得vm＝

所以Ekm＝

mv

＝

，即粒子获得的最大动能与加速电压无关，故只有C正确．

【答案】　C

6．如图1所示，水平桌面上放一根条形磁铁，磁铁正中央上方吊着跟磁铁垂直的导线，当导线中通入指向纸内的电流时（　　）

图1

A．悬线上的拉力将变大

B．悬线上的拉力将不变

C．磁铁对水平桌面的压力将变大

D．磁铁对水平桌面的压力将不变

【解析】　如图所示，画出一条通过导线所在处的磁感线，磁场方向水平向左，由左手定则知，导线受安培力方向竖直向上，所以悬线的拉力将变小，A、B均错；根据牛顿第三定律可知，通电导线对磁铁的作用力方向竖直向下，所以磁铁对桌面压力增大，C对D错．

【答案】　C

7．如图2所示，一根有质量的金属棒MN，两端用细软导线连接后悬挂于a、b两点．棒的中部处于方向垂直纸面向里的匀强磁场中，棒中通有电流，方向从M流向N，此时是线上有拉力．为了使拉力等于零，可以（　　）

图2

A．适当减小磁感应强度

B．使磁场反向

C．适当增大电流强度

D．使电流反向

【解析】　由左手定则可知棒MN所受安培力方向竖直向上，此时线上有拉力说明安培力大小小于棒的重力，要使拉力等于零，必须保持安培力的方向不变，增大安培力的大小，所以只有C可能．

【答案】　C

8．一长方形金属块放在匀强磁场中，将金属块通以电流，磁场方向和电流方向如图3所示，则在金属块两表面M、N上（　　）

图3

A．M集聚了电子B．M集聚了正电荷

C．N集聚了电子D．N集聚了正电荷

【解析】　在金属中自由电子的定向移动形成电流，所以图中的电流可以看成是相反方向运动的电子流，由左手定则可知电子受洛伦兹力向上，所以M面上聚集了电子．

【答案】　AD

二、非选择题（本题共4个小题，共52分，解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不得分．有数值计算的题，答案中应明确写出数值和单位．）

9．（10分）通电直导线A与圆形通电导线环B固定放置在同一水平面上，通有如图4所示的电流时，通电直导线A受到水平向________的安培力作用．当A、B中电流大小保持不变，但同时改变方向时，通电直导线A所受到的安培力方向水平向________．

图4

【解析】　由图可知，直导线A位于导线环B产生的垂直向里的磁场中，根据左手定则，可判断导线A受到的安培力方向向右．当A、B中的电流方向改变时，A导线处于导线B产生的垂直向外的磁场中，同时导线A的电流方向改变，依据左手定则可以判定，A受安培力仍水平向右．

【答案】　右　右

10．（10分）如图5所示，匀强磁场的磁感应强度B＝0.5T，方向

图5

垂直纸面向外，在纸面内放置长L＝0.5m的直导线ab，当通以I＝2A的电流（b→a）时，导线受到的安培力大小为__________，方向为________．

【解析】　由安培力F＝BIL得：

F＝0.5×2×0.5N＝0.5N；再由左手定则可确定方向是垂直导线ab、磁场方向向右．

【答案】　0.5N　垂直导线和磁场方向向右

11．（16分）一初速度为v的带电粒子，垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，已知带电粒子的质量是m，电量是q，求带电粒子所受的洛伦兹力和轨道半径的大小．

【解析】　因为B与v垂直，所以带电粒子所受的洛伦兹力F＝qvB

由洛伦兹力提供向心力，则qvB＝m

所以r＝

.

【答案】　见解析

12．（16分）电磁炮是一种理想的兵器，它的主要原理如图6所示.1982年澳大利亚国立大学制成了能把2.2g的弹体（包括金属杆EF的质量）加速到10km/s的电磁炮（常规炮弹的速度约为2km/s），若轨道宽2m，长为100m，通过的电流为10A，试问轨道间所加匀强磁场的磁感应强度是多大？

（轨道摩擦不计）

图6

【解析】　由于弹体做匀加速直线运动，由运动学公式v2＝2as

得a＝

＝

m/s2＝5×105m/s2

由牛顿第二定律得F安＝ma

得F安＝2.2×10－3×5×105N＝1.1×103N

由安培力公式F安＝BIl

得B＝

＝

T＝55T.

【答案】　55T