第五章 传感器单元检测-2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册（word版含答案）
文档属性
| 名称 | 第五章 传感器单元检测-2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册（word版含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 322.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-09-03 11:19:05 | ||
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文档简介
《第五章 传感器》单元检测
(时间:90分钟 满分:100分)
一、选择题(共10小题,每小题4分,共40分,在每小题给出的四个选项中,第1~7小题只有一个选项符合题目要求,第8~10小题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分)
1.光电式感烟探测器(简称烟感器)由光源、光电元件和电子开关组成。利用光散射原理对火灾初期产生的烟雾进行探测,并及时发出报警信号。该报警器利用的传感器是( )
A.力传感器
B.声传感器
C.位移传感器
D.光传感器
2.对于确定的一个霍尔元件,若保持通入的恒定电流不变,当磁感应强度增加时,霍尔电压UH应( )
A.不变 B.减小
C.增大 D.不确定
3.下图是观察热敏电阻阻值随温度变化情况的示意图。现在把杯中的水由冷水变为热水,关于欧姆表的读数变化情况正确的是( )
A.如果R为金属热电阻,读数变大,且变化非常明显
B.如果R为金属热电阻,读数变小,且变化不明显
C.如果R为负温度系数热敏电阻,读数变小,读数变化非常明显
D.如果R为负温度系数热敏电阻,读数变小,读数变化不明显
4.笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开启时磁体远离霍尔元件,电脑正常工作:当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件,屏幕熄灭,电脑进入休眠状态。如图所示,一块宽为a、长为c的矩形半导体霍尔元件,元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子,通入方向向右的电流时,电子的定向移动速度为v。当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中,于是元件的前、后表面间出现电压U,以此控制屏幕的熄灭。则元件的( )
A.前表面的电势比后表面的低
B.前、后表面间的电压U与v无关
C.前、后表面间的电压U与c成正比
D.自由电子受到的洛伦兹力大小为
5.电熨斗能自动控制温度,在熨烫不同的织物时,设定的温度可以不同。下图为电熨斗的结构图,电熨斗内部装有双金属片,双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属,若把熨烫的棉麻衣物换成丝绸衣物,则下列调节调温旋钮的方式可行的是( )
织物材料 尼龙 合成纤维 丝绸 羊毛 麻
熨烫温度 低→高
A.向下旋转 B.向上旋转
C.保持原状 D.不能确定
6.图甲为在温度为10 ℃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=20 kΩ、R2=10 kΩ、R3=40 kΩ,RT为热敏电阻,它的电阻随温度变化的图线如图乙所示。a、b端电压Uab≤0时,电压鉴别器会令开关S接触,恒温箱内的电热丝发热,使箱内温度升高;当a、b端电压Uab>0时,电压鉴别器会令开关S断开,停止加热。则恒温箱内的温度可保持在( )
A.10 ℃ B.20 ℃ C.35 ℃ D.45 ℃
7.为了保证汽车刹车时车轮不被抱死,使车轮仍有一定的滚动而不是纯滑动,需要一种测定车轮是否还在转动的装置,这样既可以提高刹车效果,又不使车轮失去控制。这种检测装置称为电磁脉冲传感器,如果该装置检测出车轮不再转动,它就会自动放松刹车机构,让车轮仍保持转动状态,这就是ABS防抱死系统。下图是电磁脉冲传感器示意图,B是一根永久磁体,外面绕有线圈,它们的左端靠近一个铁质齿轮A,齿轮与转动的车轮是同步的。以下说法正确的是( )
A.车轮转动时,由于齿轮在永久磁体的磁场中切割磁感线,产生感应电流
B.车轮转动时,由于齿轮被磁化使线圈中的磁场发生变化,产生感应电流
C.车轮转速减慢时,输出电流的周期变小,电流也变小
D.车轮转速减慢时,输出电流的周期变大,电流也变大
8.计算机光驱的主要部分是激光头,它可以发射脉冲激光信号,激光扫描光盘时,激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统,再通过计算机显示出相应信息。光敏电阻自动计数器的示意图如图所示,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻,此光电计数器的基本工作原理是( )
A.当有光照射R1时,处理系统获得高电压
B.当有光照射R1时,处理系统获得低电压
C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
9.下图是霍尔元件的示意图,一块通电的铜板放在磁场中,板面垂直于磁场,板内通有图示方向的电流,a、b是铜板上、下表面的两点,则( )
A.电势φa>φb
B.电势φb>φa
C.电流增大时,|φa-φb|增大
D.其他条件不变,将铜板改为NaCl水溶液时,电势结果仍然一样
10.下图是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数装置的示意图,其中A是发光仪器,B是光敏电阻,R是普通定值电阻,下列说法正确的是( )
A.当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变小,电压表读数变小
B.当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变大,电压表读数变大
C.当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变小,电压表读数变小
D.当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变大,电压表读数变大
二、填空题(共2小题,共18分)
11.(6分)利用负温度系数热敏电阻制作的温度传感器一般体积很小,可以用来测量很小范围内的温度变化,反应快,而且精确度高。
(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和电阻串联成一个电路,如图甲所示,其他因素不变,只要热敏电阻所处区域的温度降低,电路中电流将变 (选填“大”或“小”)。
(2)上述电路中,我们将电流表中的电流刻度(如图乙所示)换成相应的温度刻度,就能直接显示出热敏电阻附近的温度。如果刻度盘正中的温度为20 ℃,则25 ℃的刻度应在20 ℃的刻度的 (选填“左”或“右”)侧。
12.(12分)如图所示,一热敏电阻RT放在控温容器M内;A为毫安表,量程为6 mA,内阻为数十欧姆;E为直流电源,电动势约为3 V,内阻很小;R为电阻箱,最大阻值为999.9 Ω;S为开关。已知RT在95 ℃时的阻值为150 Ω,在20 ℃时的阻值约为550 Ω。现要求在降温过程中测量在20~95 ℃之间的多个温度下RT的阻值。
(1)在图中画出连线,完成实验原理电路图。
(2)完成下列实验步骤中的填空。
a.依照实验原理电路图连线。
b.调节控温容器M内的温度,使得RT的温度为95 ℃。
c.把电阻箱调到适当的初值,以保证仪器安全。
d.闭合开关,调节电阻箱,记录电流表的示数I0,并记录 。
e.将RT的温度降为T1(20 ℃f.温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1= 。
g.逐步降低T1的数值,直至20 ℃为止;在每一温度下重复步骤e、f。
三、论述计算题(共4小题,共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
13.(8分)下图为神舟七号飞船发射升空时火箭内测试仪平台上放置的一个压力传感器,传感器上面压一质量为m的物体。火箭点火后从地面向上加速升空,当升到某一高度时,加速度a为,压力传感器此时显示出物体对平台的压力为点火前压力的。已知地球的半径为R,g为地面附近的重力加速度,试求此时火箭离地面的高度。
14.(12分)图甲是一种自动测定油箱内油面高度的装置。其中R是滑动变阻器,阻值范围是0~100 Ω,它的金属滑片是杠杆的一端;油量表是由电流表改装而成的,实际是量程为0~0.6 A的电流表,从指针所指的刻度可知油箱内油面的高度;R'为校准电阻。已知电源电压为12 V,油箱空和油箱满时金属滑片恰在滑动变阻器的两端点a、b处。
甲
乙
(1)当油箱满时,电流表示数恰好为满偏刻度0.6 A,求校准电阻R'的阻值和油箱空时电流表的示数。
(2)若将电流表改换为电压表,用电压表的指针指示的刻度显示油箱内油面的高度,要求油面上升时电压表的读数增大,请将电压表画在图乙中,并标明电压表的“+”“-”接线柱。若改装后电路中校准电阻的阻值不变,求电压表示数的变化范围。
15.(10分)为设计一个白天自动关灯、黑夜自动开灯的自动控制装置,可供选择的仪器如下:光敏电阻、继电器、电池、交流电源、开关、导线若干和灯泡等。
(1)用导线连接各仪器。
(2)简述其工作原理。
16.(12分)下图为检测某传感器的电路图。传感器上标有“3 V 0.9 W”的字样(传感器可看作一个纯电阻),滑动变阻器R0上标有“10 Ω 1 A”的字样,电流表的量程为0.6 A,电压表的量程为3 V。
(1)求传感器的电阻和额定电流。
(2)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)如果传感器的电阻变化超过标准值1 Ω,则该传感器就失去作用。实际检测时,将一个恒压电源加在图中a、b之间,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。检测记录如下表所示。
实验次数 电压表示数U/V 电流表示数I/A
第一次 1.48 0.16
第二次 0.91 0.22
若不计检测电路对传感器电阻的影响,你认为这个传感器是否仍可使用 此时a、b间所加的电压是多少
参考答案
一、选择题
1.答案:D
解析:由于光电式感烟探测器是利用光散射原理对火灾初期产生的烟雾进行探测,故该报警器利用的传感器是光传感器,选项D正确。
2.答案:C
解析:由UH=k可得,当磁感应强度B增加时,UH增大。
3.答案:C
解析:当R为金属热电阻时,水的温度升高,电阻的阻值变大,欧姆表的示数会变大,但由于热传导需要时间,故其电阻变化不灵敏,选项A、B错误。若电阻为负温度系数热敏电阻,其阻值随着温度的升高会迅速减小,欧姆表的示数也会迅速减小,选项C正确,D错误。
4.答案:D
解析:由题意知电流从左向右流动,因此电子的运动方向为从右向左,根据左手定则可知电子偏转到后表面,因此前表面的电势比后表面的高,故选项A错误。电子在运动过程中洛伦兹力和静电力平衡,有F洛=evB,F电=eE=e,故F洛=e,故选项D正确。由evB=e得电压U=avB,故前后表面的电压与速度有关,与a成正比,故选项B、C错误。
5.答案:B
解析:常温下,上、下触点是接触的,这样插上电源时,电熨斗开始加温,当温度升高时,双金属片上层形变大,双金属片向下弯曲,触点分离,停止加热。现把棉麻衣物换成丝绸衣物,熨烫温度变低,要使温度低时就断开,应把调温旋钮向上旋转,这样在金属形变较小时就能断开电路。
6.答案:C
解析:由题可知Uab=0是一个电压的临界点,对应着开关S的动作,而开关的动作对应着温度的上升或下降。由电路图可知,在R1、R2、R3给定的条件下,热敏电阻RT的阻值决定了Uab的正负。设电源负极的电势为零,则φa=U,φb=U,其中U为电源的路端电压,令φa=φb,即Uab=0,则可得,代入数据得RT=20 kΩ,查表得对应的温度为35 ℃,选项C正确。
7.答案:B
解析:此传感器是利用线圈中磁通量的变化产生感应电流的原理来实现检测的。当车轮转动时,带动齿轮转动,相当于将磁体插入和拔出线圈,从而使线圈中磁通量发生变化而产生感应电流,故选项A错误,B正确。当车轮转速减慢时,线圈中磁通量的变化减慢,产生的感应电流的周期变大,由E=可知,电流变小,故选项C、D错误。
8.答案:AD
解析:R1、R2和电源组成一个闭合电路,当激光照到光敏电阻时,R1的阻值变小,总电流变大,则R2两端获得高电压,选项A正确,B错误。只有R2两端获得高电压时,处理系统才能进行信号处理,选项C错误,D正确。
9.答案:AC
解析:铜板中的自由电荷是电子,电子定向移动的方向与电流的方向相反,由左手定则可判断出电子因受洛伦兹力作用向b侧偏转,所以φa>φb,选项A正确,B错误。因|φa-φb|=k,所以电流增大时,|φa-φb|增大,选项C正确。若将铜板改为NaCl溶液,溶液中的正、负离子均向b侧偏转,|φa-φb|=0,即不产生霍尔效应,选项D错误。
10.答案:AD
解析:B是光敏电阻,其阻值随光照强度的增强而减小。当没有物品挡住光时,光射向B,B的阻值减小,其电流变大,由U=E-Ir知电压表读数变小,选项A正确,B错误。有物品时,光被挡住,B的阻值增大,电流减小,电压表读数变大,选项C错误,D正确。
二、填空题
11.答案:(1)小 (2)右
解析: (1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时电阻增大,故电路中电流会变小。
(2)温度越高,负温度系数热敏电阻越小,电流越大,25 ℃的刻度应对应较大电流,故在20 ℃对应电流刻度的右侧。
12.答案:(1)实验原理电路图如图所示
(2)d.电阻箱的读数R0
e.仍为I0 电阻箱的读数R1
f.R0-R1+150 Ω
解析:(1)电阻箱的最大阻值与热敏电阻的最大阻值相差不大,因此电阻箱应与热敏电阻串联。
(2)本实验原理是当电路的电流相等时,外电路的总电阻相等,所以95 ℃和T1时RT对应的电路的电阻相等,有150 Ω+R0=RT1+R1,即RT1=R0-R1+150 Ω。
三、论述计算题
13.答案:
解析:设此时火箭升空高度为h,此处重力加速度为g',则有F-mg'=ma ①
由万有引力定律可得 ②
又因为F=mg ③
由①②③得h=。
14.答案:(1)20 Ω 0.1 A (2)图见解析 2~12 V
解析:(1)当电流表示数为满偏刻度0.6 A时,金属滑片在b处,此时滑动变阻器连入电路的电阻R1=0
R'= Ω=20 Ω
油箱空时,滑动变阻器连入电路的电阻R2=100 Ω
则电流表的示数为I1= A=0.1 A。
(2)为符合油面上升时,电压表读数增大的要求,应使电压表与校准电阻R'并联,如图所示。电压表示数变化的范围,由滑片在a、b两处时校准电阻R'两端的电压决定。
U1==2 V,U2=12 V
故电压表示数的变化范围为2 ~12 V。
15.答案:(1)电路连接如图所示。
(2)当天亮时,光线照射光敏电阻A,其阻值迅速减小,控制回路中电流增大,电磁继电器B工作,吸住衔铁使触点断开,路灯熄灭。当夜晚降临时,光线变暗,光敏电阻A的阻值增大,控制回路中电流减小,弹簧将衔铁拉起,使触点接通,路灯点亮。
16.答案:(1)10 Ω 0.3 A
(2)6 V
(3)此传感器仍可使用 3 V
解析:(1)R传= Ω=10 Ω
I传= A=0.3 A。
(2)最大电流I=I传=0.3 A
电源电压最大值
Um=U传+U0,U传为传感器的额定电压,U0为R0m=10 Ω时R0两端的电压,即
U0=I传·R0m=0.3×10 V=3 V
Um=U传+U0=3 V+3 V=6 V。
(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
根据第二次实验记录数据有U=I2R传'+U2
代入数据,解得R传'=9.5 Ω,U=3 V
传感器的电阻变化为ΔR=R传-R传'=10 Ω-9.5 Ω=0.5 Ω<1 Ω,
所以此传感器仍可使用。
(时间:90分钟 满分:100分)
一、选择题(共10小题,每小题4分,共40分,在每小题给出的四个选项中,第1~7小题只有一个选项符合题目要求,第8~10小题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选不全的得2分,有选错或不答的得0分)
1.光电式感烟探测器(简称烟感器)由光源、光电元件和电子开关组成。利用光散射原理对火灾初期产生的烟雾进行探测,并及时发出报警信号。该报警器利用的传感器是( )
A.力传感器
B.声传感器
C.位移传感器
D.光传感器
2.对于确定的一个霍尔元件,若保持通入的恒定电流不变,当磁感应强度增加时,霍尔电压UH应( )
A.不变 B.减小
C.增大 D.不确定
3.下图是观察热敏电阻阻值随温度变化情况的示意图。现在把杯中的水由冷水变为热水,关于欧姆表的读数变化情况正确的是( )
A.如果R为金属热电阻,读数变大,且变化非常明显
B.如果R为金属热电阻,读数变小,且变化不明显
C.如果R为负温度系数热敏电阻,读数变小,读数变化非常明显
D.如果R为负温度系数热敏电阻,读数变小,读数变化不明显
4.笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开启时磁体远离霍尔元件,电脑正常工作:当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件,屏幕熄灭,电脑进入休眠状态。如图所示,一块宽为a、长为c的矩形半导体霍尔元件,元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子,通入方向向右的电流时,电子的定向移动速度为v。当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中,于是元件的前、后表面间出现电压U,以此控制屏幕的熄灭。则元件的( )
A.前表面的电势比后表面的低
B.前、后表面间的电压U与v无关
C.前、后表面间的电压U与c成正比
D.自由电子受到的洛伦兹力大小为
5.电熨斗能自动控制温度,在熨烫不同的织物时,设定的温度可以不同。下图为电熨斗的结构图,电熨斗内部装有双金属片,双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属,若把熨烫的棉麻衣物换成丝绸衣物,则下列调节调温旋钮的方式可行的是( )
织物材料 尼龙 合成纤维 丝绸 羊毛 麻
熨烫温度 低→高
A.向下旋转 B.向上旋转
C.保持原状 D.不能确定
6.图甲为在温度为10 ℃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=20 kΩ、R2=10 kΩ、R3=40 kΩ,RT为热敏电阻,它的电阻随温度变化的图线如图乙所示。a、b端电压Uab≤0时,电压鉴别器会令开关S接触,恒温箱内的电热丝发热,使箱内温度升高;当a、b端电压Uab>0时,电压鉴别器会令开关S断开,停止加热。则恒温箱内的温度可保持在( )
A.10 ℃ B.20 ℃ C.35 ℃ D.45 ℃
7.为了保证汽车刹车时车轮不被抱死,使车轮仍有一定的滚动而不是纯滑动,需要一种测定车轮是否还在转动的装置,这样既可以提高刹车效果,又不使车轮失去控制。这种检测装置称为电磁脉冲传感器,如果该装置检测出车轮不再转动,它就会自动放松刹车机构,让车轮仍保持转动状态,这就是ABS防抱死系统。下图是电磁脉冲传感器示意图,B是一根永久磁体,外面绕有线圈,它们的左端靠近一个铁质齿轮A,齿轮与转动的车轮是同步的。以下说法正确的是( )
A.车轮转动时,由于齿轮在永久磁体的磁场中切割磁感线,产生感应电流
B.车轮转动时,由于齿轮被磁化使线圈中的磁场发生变化,产生感应电流
C.车轮转速减慢时,输出电流的周期变小,电流也变小
D.车轮转速减慢时,输出电流的周期变大,电流也变大
8.计算机光驱的主要部分是激光头,它可以发射脉冲激光信号,激光扫描光盘时,激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统,再通过计算机显示出相应信息。光敏电阻自动计数器的示意图如图所示,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻,此光电计数器的基本工作原理是( )
A.当有光照射R1时,处理系统获得高电压
B.当有光照射R1时,处理系统获得低电压
C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
9.下图是霍尔元件的示意图,一块通电的铜板放在磁场中,板面垂直于磁场,板内通有图示方向的电流,a、b是铜板上、下表面的两点,则( )
A.电势φa>φb
B.电势φb>φa
C.电流增大时,|φa-φb|增大
D.其他条件不变,将铜板改为NaCl水溶液时,电势结果仍然一样
10.下图是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数装置的示意图,其中A是发光仪器,B是光敏电阻,R是普通定值电阻,下列说法正确的是( )
A.当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变小,电压表读数变小
B.当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变大,电压表读数变大
C.当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变小,电压表读数变小
D.当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变大,电压表读数变大
二、填空题(共2小题,共18分)
11.(6分)利用负温度系数热敏电阻制作的温度传感器一般体积很小,可以用来测量很小范围内的温度变化,反应快,而且精确度高。
(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和电阻串联成一个电路,如图甲所示,其他因素不变,只要热敏电阻所处区域的温度降低,电路中电流将变 (选填“大”或“小”)。
(2)上述电路中,我们将电流表中的电流刻度(如图乙所示)换成相应的温度刻度,就能直接显示出热敏电阻附近的温度。如果刻度盘正中的温度为20 ℃,则25 ℃的刻度应在20 ℃的刻度的 (选填“左”或“右”)侧。
12.(12分)如图所示,一热敏电阻RT放在控温容器M内;A为毫安表,量程为6 mA,内阻为数十欧姆;E为直流电源,电动势约为3 V,内阻很小;R为电阻箱,最大阻值为999.9 Ω;S为开关。已知RT在95 ℃时的阻值为150 Ω,在20 ℃时的阻值约为550 Ω。现要求在降温过程中测量在20~95 ℃之间的多个温度下RT的阻值。
(1)在图中画出连线,完成实验原理电路图。
(2)完成下列实验步骤中的填空。
a.依照实验原理电路图连线。
b.调节控温容器M内的温度,使得RT的温度为95 ℃。
c.把电阻箱调到适当的初值,以保证仪器安全。
d.闭合开关,调节电阻箱,记录电流表的示数I0,并记录 。
e.将RT的温度降为T1(20 ℃
g.逐步降低T1的数值,直至20 ℃为止;在每一温度下重复步骤e、f。
三、论述计算题(共4小题,共42分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案不能得分,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
13.(8分)下图为神舟七号飞船发射升空时火箭内测试仪平台上放置的一个压力传感器,传感器上面压一质量为m的物体。火箭点火后从地面向上加速升空,当升到某一高度时,加速度a为,压力传感器此时显示出物体对平台的压力为点火前压力的。已知地球的半径为R,g为地面附近的重力加速度,试求此时火箭离地面的高度。
14.(12分)图甲是一种自动测定油箱内油面高度的装置。其中R是滑动变阻器,阻值范围是0~100 Ω,它的金属滑片是杠杆的一端;油量表是由电流表改装而成的,实际是量程为0~0.6 A的电流表,从指针所指的刻度可知油箱内油面的高度;R'为校准电阻。已知电源电压为12 V,油箱空和油箱满时金属滑片恰在滑动变阻器的两端点a、b处。
甲
乙
(1)当油箱满时,电流表示数恰好为满偏刻度0.6 A,求校准电阻R'的阻值和油箱空时电流表的示数。
(2)若将电流表改换为电压表,用电压表的指针指示的刻度显示油箱内油面的高度,要求油面上升时电压表的读数增大,请将电压表画在图乙中,并标明电压表的“+”“-”接线柱。若改装后电路中校准电阻的阻值不变,求电压表示数的变化范围。
15.(10分)为设计一个白天自动关灯、黑夜自动开灯的自动控制装置,可供选择的仪器如下:光敏电阻、继电器、电池、交流电源、开关、导线若干和灯泡等。
(1)用导线连接各仪器。
(2)简述其工作原理。
16.(12分)下图为检测某传感器的电路图。传感器上标有“3 V 0.9 W”的字样(传感器可看作一个纯电阻),滑动变阻器R0上标有“10 Ω 1 A”的字样,电流表的量程为0.6 A,电压表的量程为3 V。
(1)求传感器的电阻和额定电流。
(2)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)如果传感器的电阻变化超过标准值1 Ω,则该传感器就失去作用。实际检测时,将一个恒压电源加在图中a、b之间,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。检测记录如下表所示。
实验次数 电压表示数U/V 电流表示数I/A
第一次 1.48 0.16
第二次 0.91 0.22
若不计检测电路对传感器电阻的影响,你认为这个传感器是否仍可使用 此时a、b间所加的电压是多少
参考答案
一、选择题
1.答案:D
解析:由于光电式感烟探测器是利用光散射原理对火灾初期产生的烟雾进行探测,故该报警器利用的传感器是光传感器,选项D正确。
2.答案:C
解析:由UH=k可得,当磁感应强度B增加时,UH增大。
3.答案:C
解析:当R为金属热电阻时,水的温度升高,电阻的阻值变大,欧姆表的示数会变大,但由于热传导需要时间,故其电阻变化不灵敏,选项A、B错误。若电阻为负温度系数热敏电阻,其阻值随着温度的升高会迅速减小,欧姆表的示数也会迅速减小,选项C正确,D错误。
4.答案:D
解析:由题意知电流从左向右流动,因此电子的运动方向为从右向左,根据左手定则可知电子偏转到后表面,因此前表面的电势比后表面的高,故选项A错误。电子在运动过程中洛伦兹力和静电力平衡,有F洛=evB,F电=eE=e,故F洛=e,故选项D正确。由evB=e得电压U=avB,故前后表面的电压与速度有关,与a成正比,故选项B、C错误。
5.答案:B
解析:常温下,上、下触点是接触的,这样插上电源时,电熨斗开始加温,当温度升高时,双金属片上层形变大,双金属片向下弯曲,触点分离,停止加热。现把棉麻衣物换成丝绸衣物,熨烫温度变低,要使温度低时就断开,应把调温旋钮向上旋转,这样在金属形变较小时就能断开电路。
6.答案:C
解析:由题可知Uab=0是一个电压的临界点,对应着开关S的动作,而开关的动作对应着温度的上升或下降。由电路图可知,在R1、R2、R3给定的条件下,热敏电阻RT的阻值决定了Uab的正负。设电源负极的电势为零,则φa=U,φb=U,其中U为电源的路端电压,令φa=φb,即Uab=0,则可得,代入数据得RT=20 kΩ,查表得对应的温度为35 ℃,选项C正确。
7.答案:B
解析:此传感器是利用线圈中磁通量的变化产生感应电流的原理来实现检测的。当车轮转动时,带动齿轮转动,相当于将磁体插入和拔出线圈,从而使线圈中磁通量发生变化而产生感应电流,故选项A错误,B正确。当车轮转速减慢时,线圈中磁通量的变化减慢,产生的感应电流的周期变大,由E=可知,电流变小,故选项C、D错误。
8.答案:AD
解析:R1、R2和电源组成一个闭合电路,当激光照到光敏电阻时,R1的阻值变小,总电流变大,则R2两端获得高电压,选项A正确,B错误。只有R2两端获得高电压时,处理系统才能进行信号处理,选项C错误,D正确。
9.答案:AC
解析:铜板中的自由电荷是电子,电子定向移动的方向与电流的方向相反,由左手定则可判断出电子因受洛伦兹力作用向b侧偏转,所以φa>φb,选项A正确,B错误。因|φa-φb|=k,所以电流增大时,|φa-φb|增大,选项C正确。若将铜板改为NaCl溶液,溶液中的正、负离子均向b侧偏转,|φa-φb|=0,即不产生霍尔效应,选项D错误。
10.答案:AD
解析:B是光敏电阻,其阻值随光照强度的增强而减小。当没有物品挡住光时,光射向B,B的阻值减小,其电流变大,由U=E-Ir知电压表读数变小,选项A正确,B错误。有物品时,光被挡住,B的阻值增大,电流减小,电压表读数变大,选项C错误,D正确。
二、填空题
11.答案:(1)小 (2)右
解析: (1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时电阻增大,故电路中电流会变小。
(2)温度越高,负温度系数热敏电阻越小,电流越大,25 ℃的刻度应对应较大电流,故在20 ℃对应电流刻度的右侧。
12.答案:(1)实验原理电路图如图所示
(2)d.电阻箱的读数R0
e.仍为I0 电阻箱的读数R1
f.R0-R1+150 Ω
解析:(1)电阻箱的最大阻值与热敏电阻的最大阻值相差不大,因此电阻箱应与热敏电阻串联。
(2)本实验原理是当电路的电流相等时,外电路的总电阻相等,所以95 ℃和T1时RT对应的电路的电阻相等,有150 Ω+R0=RT1+R1,即RT1=R0-R1+150 Ω。
三、论述计算题
13.答案:
解析:设此时火箭升空高度为h,此处重力加速度为g',则有F-mg'=ma ①
由万有引力定律可得 ②
又因为F=mg ③
由①②③得h=。
14.答案:(1)20 Ω 0.1 A (2)图见解析 2~12 V
解析:(1)当电流表示数为满偏刻度0.6 A时,金属滑片在b处,此时滑动变阻器连入电路的电阻R1=0
R'= Ω=20 Ω
油箱空时,滑动变阻器连入电路的电阻R2=100 Ω
则电流表的示数为I1= A=0.1 A。
(2)为符合油面上升时,电压表读数增大的要求,应使电压表与校准电阻R'并联,如图所示。电压表示数变化的范围,由滑片在a、b两处时校准电阻R'两端的电压决定。
U1==2 V,U2=12 V
故电压表示数的变化范围为2 ~12 V。
15.答案:(1)电路连接如图所示。
(2)当天亮时,光线照射光敏电阻A,其阻值迅速减小,控制回路中电流增大,电磁继电器B工作,吸住衔铁使触点断开,路灯熄灭。当夜晚降临时,光线变暗,光敏电阻A的阻值增大,控制回路中电流减小,弹簧将衔铁拉起,使触点接通,路灯点亮。
16.答案:(1)10 Ω 0.3 A
(2)6 V
(3)此传感器仍可使用 3 V
解析:(1)R传= Ω=10 Ω
I传= A=0.3 A。
(2)最大电流I=I传=0.3 A
电源电压最大值
Um=U传+U0,U传为传感器的额定电压,U0为R0m=10 Ω时R0两端的电压,即
U0=I传·R0m=0.3×10 V=3 V
Um=U传+U0=3 V+3 V=6 V。
(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
根据第二次实验记录数据有U=I2R传'+U2
代入数据,解得R传'=9.5 Ω,U=3 V
传感器的电阻变化为ΔR=R传-R传'=10 Ω-9.5 Ω=0.5 Ω<1 Ω,
所以此传感器仍可使用。