2012高二人教版物理选修3-2课后巩固练习：第6章 2 传感器的应用

2　传感器的应用
一、单项选择题
1．电子秤使用的是( C )
A．超声波传感器 B．温度传感器
C．压力传感器 D．红外线传感器
2．下列关于电子秤中应变式力传感器的说法不正确的是( C )
A．应变片多由半导体材料制成
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，输出的电压差值也越大
3．关于电饭锅的说法正确的是( B )
A．电饭锅中的温度传感器其主要元件是氧化铁
B．铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性
C．用电饭锅烧水，水开时能自动断电
D．用电饭锅煮饭时，若温控开关自动断电后，它能自动复位
解析：电饭锅中的温度传感器是由氧化锰、氧化锌、氧化铁烧制而成．
4．如图6－2－10所示是一火警报警器的部分电路示意图，其中R3为用半导体热敏材料制成的传感器．值班室的显示器为电路中的电流表，a、b之间接报警器．当传感器R3所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是( C )
图6－2－10
A．I变大，U变大 B．I变大，U变小
C．I变小，U变小 D．I变小，U变大
解析：出现火情时，环境温度升高，使得热敏电阻R3的电阻减小，R2与R3并联，总电阻将变小，这部分获得的电压减小，即R2两端电压减小，所以R2电流减小即安培表读数减小，外电路的总电阻减小，所以外电压即报警器两端的电压减小，即C正确．
二、双项选择题
5．下列说法正确的是( AC )
A．应变式力传感器可以测重力，也可以用来测牵引力
B．电子秤的核心元件是应变片，它多用金属材料制成，是一种敏感元件
C．应变片能把力学量(物体形变)转换为电学量(电压)
D．所有电子秤都应用了应变式力传感器
6．利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，如图6－2－11甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示，若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2 m，则下述说法正确的是( BC )
图6－2－11
A．传送带运动的速度是0.1 m/s
B．传送带运动的速度是0.2 m/s
C．该传送带每小时输送3600个工件
D．该传送带每小时输送7200个工件
解析：从图中可看出，每秒钟传送带运动的位移是0.2 m，则传送带运动的速度是0.2 m/s.1秒钟经过传感器一个，所以一小时输送3600个工件．
7．用力传感器悬挂一钩码沿竖直方向由静止开始运动．如图6－2－12中实线是传感器记录的拉力大小变化情况，则( AC )
图6－2－12
A．钩码的重力约为4 N
B．钩码的重力约为3 N
C．A、B、C、D四段图线中，钩码处于超重状态的A、D，失重状态的是B、C
D．A、B、C、D四段图线中，钩码处于超重状态的A、B，失重状态的是C、D
解析：刚开始砝码静止，拉力与重力平衡，所以重力为4 N．A、D阶段拉力大于重力，有向上的加速度，超重．B、C阶段拉力小于重力，所以有向下的加速度，失重．
8．(2011年汕头一模)如图6－2－13是火警报警装置的一部分电路示意图，其中R2是半导体热敏传感器，它的阻值随温度升高而减小，当R2处发生火情时( BD )
图6－2－13
A．电流表示数将变小
B．电流表示数将变大
C．a、b两点间电压变大
D．a、b两点间电压变小
解析：R2处温度升高时，其阻值减小，则回路中电流增大，电流表示数变大，a、b两点间是路端电压，电流增大时，内压降变大，路端电压减小．
9．传感器是一种采集信息的重要器件，图6－2－14是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力为F作用于可动膜片电极上时，以下说法中正确的( BD )
图6－2－14
A．若F向上压膜片电极，电路中有从a到b的电流
B．若F向上压膜片电极，电路中有从b到a的电流
C．若F向上压膜片电极，电路中不会出现电流
D．若电流表有示数，则说明压力F发生变化
解析： F向上压膜片电极，使得电容器的正对距离变小，电容变大，所以容纳电荷的能力更强了，这样电源就继续对电容器充电，电表也就有示数了，直到再次充满．
三、非选择题
10．实验表明，通过某种金属氧化物制成的均匀棒中的电流I跟电压U之间遵循I＝kU 3的规律，其中U表示棒两端的电势差，k＝0.02 A/V3.现将该棒与一个可变电阻器R串联在一起后，接在一个内阻可以忽略不计，电动势为6.0 V的电源上．求：
(1)当串联的可变电阻器阻值R多大时，电路中的电流为0.16 A
(2)当串联的可变电阻器阻值R多大时，棒上消耗的电功率是电阻R上消耗电功率的？
解：画出示意图如图9所示．(1)由I ＝kU 3和I＝0.16 A，可求得棒两端电压为2 V，因此变阻器两端电压为4 V，由欧姆定律得阻值为25 Ω.
图9
(2)由于棒和变阻器是串联关系，电流相等，电压跟功率成正比，棒两端电压为1 V，由I ＝kU 3得电流为0.02 A，变阻器两端电压为5 V，因此电阻为250 Ω.
11．如图6－2－15的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度．该装置是在矩形箱子的前后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器．用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块，滑块可以无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出．现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后．汽车静止时，传感器a、b的示数均为10 N．(g取10 m/s2)
(1)若传感器a的示数为14 N，b的示数为6.0 N，求此时汽车加速度的大小和方向．
(2)当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零？
图6－2－15
解：(1)如图所示左侧弹簧对滑块向右的推力F1＝14 N，右侧弹簧对滑块的向左的推力F2＝6.0 N，滑块所受合力产生加速度a1，由牛顿第二定律得：F1－F2＝ma1，所以a1＝4 m/s2.同方向，(向右)．
(2)传感器a的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F′1＝0，所以右测弹簧的弹力变为F′2＝20 N，由牛顿第二定律有：F′2＝ma2，所以a2＝10 m/s2.方向向左．
12．如图6－2－16所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图，罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时光电三极管接收不到LED发生的光呈现高电阻状态，发生火灾时，下列说法正确的是( C )
图6－2－16
A．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报
B．发生火灾时，光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报
C．发生火灾时，进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报
D．以上说法均不正确
解析：火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的．发生火灾时，烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小，检测电路检测出这种变化发出警报．
13．(双选)如图6－2－17所示为用热敏电阻R和继电器L等组成的一个简单的恒温控制电路，其中热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小．电源甲与继电器、热敏电阻等组成控制电路，电源乙与恒温箱加热器(图中未画出)相连接．则( BD )
图6－2－17
A．当温度降低到某一数值，衔铁P将会被吸下
B．当温度升高到某一数值，衔铁P将会被吸下
C．工作时，应该把恒温箱内的加热器接在C、D端
D．工作时，应该把恒温箱内的加热器接在A、B端
解析：当温度升高时，热敏电阻中的阻值会减小，电磁铁中电流增大，磁性会增强，衔铁P将会被吸下．工作时，应该把恒温箱内的加热器接在A、B端，温度低时，正常加热，温度过高，停止工作，使温度始终保持在某一范围．
14．一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动，在圆盘上沿半径开有一条宽度为2 mm的均匀狭缝．将激光器与传感器上下对准，使二者间连线与转轴平行，分别置于圆盘的上下两侧，且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移动，激光器连续向下发射激光束．在圆盘转动过程中，当狭缝经过激光器与传感器之间时，传感器接收到一个激光信号，并将其输入计算机，经处理后画出相应图线．图6－2－18甲为该装置示意图，图乙为所接收的光信号随时间变化的图线，横坐标表示时间，纵坐标表示接收到的激光信号强度，图中Δt1＝1.0×10－3 s，Δt2＝0.8×10－3 s.
(1)利用图乙中的数据求1s时圆盘转动的角速度；
(2)说明激光器和传感器沿半径移动的方向；
(3)求图乙中第三个激光信号的宽度Δt3.
　
图6－2－18
解：(1)由图线读得，转盘的转动周期T＝0.8 s①
角速度ω＝＝ rad/s＝7.85 rad/s.②
(2)激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动(理由为：由于脉冲宽度在逐渐变窄，表明光信号能通过狭缝的时间逐渐减少，即圆盘上对应探测器所在位置的线速度逐渐增加，因此激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动)．
(3)设狭缝宽度为d，探测器接收到第i个脉冲时距转轴的距离为ri，第i个脉冲的宽度为Δti，激光器和探测器沿半径的运动速度为v.
Δti＝T③
r3－r2＝r2－r1＝vT④
r2－r1＝⑤
r3－r2＝⑥
由④、⑤、⑥式解得
Δt3＝＝
＝0.67×10－3 s.