1 认识传感器
课后·训练提升
基础巩固
选择题(第1~5题为单选题,第6~7题为多选题)
1.关于传感器及其作用,下列说法正确的是( )
A.传感器一定是把非电学量转换为电学量
B.传感器一定是把非电学量转换为电路的通断
C.传感器把非电学量转换为电学量是为了方便地进行测量、传输、处理和控制
D.电磁感应是把磁学的量转换为电学的量,所以电磁感应也是传感器
2.有些洗衣机设有多段式水位自动感应装置,该装置采用的传感器是( )
A.温度传感器 B.压力传感器
C.生物传感器 D.红外线传感器
3.如图,有一种火灾报警器是应用烟雾对光的散射来工作的。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
4.有一种在光照或温度升高时都能启动排气扇的自动控制装置,下列说法正确的是( )
A.两个传感器都是光电传感器
B.两个传感器分别是光电传感器和温度传感器
C.两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器
D.只有光照和温度都适合时排气扇才能工作
5.下图为一种温度自动报警器的原理图,在水银温度计的顶端封入一段金属丝,以下说法正确的是( )
A.温度升高至74 ℃时,灯L1亮报警
B.温度升高至74 ℃时,灯L2亮报警
C.温度升高至78 ℃时,灯L1亮报警
D.温度升高至78 ℃时,灯L2亮报警
6.(2023·重庆统考一模)传感器的使用使我们的生活更加方便、安全和舒适,下列应用了力传感器的是( )
A.无人管理自动灌溉系统
B.商场使用的电子秤
C.酒店大厅的自动门
D.给货车称重的地磅
7.如图所示,干簧管放在磁场中时两个舌簧能被磁化。关于干簧管,下列说法正确的是( )
A.干簧管接入电路中相当于电阻的作用
B.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
C.干簧管接入电路中相当于开关的作用
D.干簧管是作为电控元件以实现自动控制的
能力提升
选择题(第1~5题为单选题,第6~7题为多选题)
1.普通电熨斗中用到的传感器是( )
A.温度传感器 B.生物传感器
C.压力传感器 D.声音传感器
2.如图所示,两块水平放置的金属板距离为d,用导线、开关S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。S断开时传感器上有示数,S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( )
A.正在增强,
B.正在减弱,
C.正在减弱,
D.正在增强,
3.右图为大型电子地磅电路图,电源电动势为E,内阻不计。不称物体时,滑片P在A端,滑动变阻器接入电路的有效电阻最大,电流较小;称物体时,在压力作用下滑片P下滑,使滑动变阻器的有效电阻变小,电流变大。这样把电流对应的重力值刻在刻度盘上,就可以读出被称物体的重力值。若滑动变阻器上A、B间距离为l,最大阻值等于定值电阻的阻值R0,已知两弹簧的总弹力与形变量成正比,比例系数为k,则所称重物的重力G与电流I的关系为( )
A.G=kl B.G=kl
C.G=kl D.G=kIl
4.传感器在日常生活中的应用越来越广泛,温度传感器(实质是自动开关)是其中的一种。某一食品消毒柜就是利用温度传感器来自动控制电路的。常温下,该温度传感器是闭合的;当温度达到某一设定值时,传感器自动断开,从而切断整个电路。下列关于该消毒柜的几种电路图中(图中S为电源开关)连接正确的是( )
5.许多手机都有指纹解锁功能,用的指纹识别传感器是电容式传感器。指纹的凸起部分叫“嵴”,凹下部分叫“峪”。传感器上有大量面积相同的小极板,当手指贴在传感器上时,这些小极板和正对的皮肤表面部分形成大量的小电容器,这样在嵴处和峪处形成的电容器的电容大小不同,此时传感器给所有的电容器充电后达到某一电压值,然后,电容器放电,电容小的电容器放电较快,根据放电快慢的不同,就可以探测到嵴和峪的位置,从而形成指纹图像数据。根据文中信息,下列说法正确的是( )
A.用指纹的照片蒙在传感器上,也可以实现手机解锁功能
B.手指轻按和重按均可以解锁,说明形成的电容大小是相同的
C.潮湿的手指头不能形成指纹识别,是因为嵴和峪没有电容差别了
D.在峪处形成的电容器放电较慢
6.下列说法正确的是( )
A.传感器担负着信息采集的任务
B.干簧管是一种能够感知磁场的传感器
C.传感器不是电视遥控接收器的主要元件
D.传感器是把力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具
7.人体含水量约为70%,水中有钠离子、钾离子等离子存在,因此容易导电,脂肪则不容易导电。当人两手握住脂肪测量仪的两把手时,就可知道人体脂肪所占的比例。下列说法正确的是( )
A.脂肪测量仪的工作原理是通过人体电阻不同来判断人体脂肪所占的比例
B.脂肪测量仪的工作原理是通过人体体重不同来判断人体脂肪所占的比例
C.激烈运动之后,脂肪测量仪显示人体脂肪所占比例的测量数据会不准确
D.人在沐浴之后,脂肪测量仪显示人体脂肪所占比例的测量数据会不准确
1 认识传感器
课后·训练提升
基础巩固
选择题(第1~5题为单选题,第6~7题为多选题)
1.关于传感器及其作用,下列说法正确的是( )
A.传感器一定是把非电学量转换为电学量
B.传感器一定是把非电学量转换为电路的通断
C.传感器把非电学量转换为电学量是为了方便地进行测量、传输、处理和控制
D.电磁感应是把磁学的量转换为电学的量,所以电磁感应也是传感器
答案C
解析传感器是指一种元件或装置,它能感受力、温度、光、声、磁、化学成分等非电学量,并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量,或转换为电路的通断,选项A、B错误。其作用和目的是更方便地测量、传输、处理、控制非电学量,找出非电学量和电学量之间的对应关系,选项C正确。电磁感应是原理,不是元件和装置,不能称为传感器,选项D错误。
2.有些洗衣机设有多段式水位自动感应装置,该装置采用的传感器是( )
A.温度传感器 B.压力传感器
C.生物传感器 D.红外线传感器
答案B
解析水位不同,洗衣机桶壁所受压力不同,所以应该采用压力传感器,选项B正确。
3.如图,有一种火灾报警器是应用烟雾对光的散射来工作的。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
答案D
解析当有火灾时,会有烟产生,烟进入火灾报警器时,由于光的散射,从而触发开关报警,选项D正确。
4.有一种在光照或温度升高时都能启动排气扇的自动控制装置,下列说法正确的是( )
A.两个传感器都是光电传感器
B.两个传感器分别是光电传感器和温度传感器
C.两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器
D.只有光照和温度都适合时排气扇才能工作
答案B
解析题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动启动,由此可见两个传感器一个是光电传感器,一个是温度传感器,而且排气扇自动启动只需光照和温度其中一个满足条件即可,A、C、D错误,B正确。
5.下图为一种温度自动报警器的原理图,在水银温度计的顶端封入一段金属丝,以下说法正确的是( )
A.温度升高至74 ℃时,灯L1亮报警
B.温度升高至74 ℃时,灯L2亮报警
C.温度升高至78 ℃时,灯L1亮报警
D.温度升高至78 ℃时,灯L2亮报警
答案D
解析当温度低于78℃时,继电器线圈中没有电流,此时灯L1亮;当温度升高到78℃时,继电器线圈中有电流,磁铁吸下衔铁,灯L2被接通,所以灯L2亮报警,故选项A、B、C错误,D正确。
6.(2023·重庆统考一模)传感器的使用使我们的生活更加方便、安全和舒适,下列应用了力传感器的是( )
A.无人管理自动灌溉系统
B.商场使用的电子秤
C.酒店大厅的自动门
D.给货车称重的地磅
答案BD
解析无人管理自动灌溉系统,应用的是湿度传感器,选项A错误;商场使用的电子秤应用了力传感器,选项B正确;酒店大厅的自动门应用的是红外传感器,选项C错误;给货车称重的地磅应用了力传感器,选项D正确。
7.如图所示,干簧管放在磁场中时两个舌簧能被磁化。关于干簧管,下列说法正确的是( )
A.干簧管接入电路中相当于电阻的作用
B.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
C.干簧管接入电路中相当于开关的作用
D.干簧管是作为电控元件以实现自动控制的
答案CD
解析干簧管能感知磁场,因为两个舌簧由软磁性材料制成,当周围存在磁场时,两个舌簧被磁化,就会相互吸引,所以是作开关来使用,作为控制元件以实现自动控制的,选项C、D正确。
能力提升
选择题(第1~5题为单选题,第6~7题为多选题)
1.普通电熨斗中用到的传感器是( )
A.温度传感器 B.生物传感器
C.压力传感器 D.声音传感器
答案A
2.如图所示,两块水平放置的金属板距离为d,用导线、开关S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。S断开时传感器上有示数,S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( )
A.正在增强,
B.正在减弱,
C.正在减弱,
D.正在增强,
答案D
解析S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,则上极板带负电,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得E=n=U,又q·=mg,得,故选项D正确。
3.右图为大型电子地磅电路图,电源电动势为E,内阻不计。不称物体时,滑片P在A端,滑动变阻器接入电路的有效电阻最大,电流较小;称物体时,在压力作用下滑片P下滑,使滑动变阻器的有效电阻变小,电流变大。这样把电流对应的重力值刻在刻度盘上,就可以读出被称物体的重力值。若滑动变阻器上A、B间距离为l,最大阻值等于定值电阻的阻值R0,已知两弹簧的总弹力与形变量成正比,比例系数为k,则所称重物的重力G与电流I的关系为( )
A.G=kl B.G=kl
C.G=kl D.G=kIl
答案A
解析物体在地磅上,所以G=kΔx;在回路中,因为,所以Rx=;因为整个回路I=,则E=I;解得G=lk,选项A正确。
4.传感器在日常生活中的应用越来越广泛,温度传感器(实质是自动开关)是其中的一种。某一食品消毒柜就是利用温度传感器来自动控制电路的。常温下,该温度传感器是闭合的;当温度达到某一设定值时,传感器自动断开,从而切断整个电路。下列关于该消毒柜的几种电路图中(图中S为电源开关)连接正确的是( )
答案A
解析题图A中温度传感器和消毒柜串联,电源开关闭合后,传感器闭合时,消毒柜工作,传感器断开时,消毒柜停止工作,符合题意,故选项A正确。题图B、C、D中温度传感器和消毒柜并联,消毒柜的工作情况与传感器闭合、断开无关,不符合题意,故选项B、C、D错误。
5.许多手机都有指纹解锁功能,用的指纹识别传感器是电容式传感器。指纹的凸起部分叫“嵴”,凹下部分叫“峪”。传感器上有大量面积相同的小极板,当手指贴在传感器上时,这些小极板和正对的皮肤表面部分形成大量的小电容器,这样在嵴处和峪处形成的电容器的电容大小不同,此时传感器给所有的电容器充电后达到某一电压值,然后,电容器放电,电容小的电容器放电较快,根据放电快慢的不同,就可以探测到嵴和峪的位置,从而形成指纹图像数据。根据文中信息,下列说法正确的是( )
A.用指纹的照片蒙在传感器上,也可以实现手机解锁功能
B.手指轻按和重按均可以解锁,说明形成的电容大小是相同的
C.潮湿的手指头不能形成指纹识别,是因为嵴和峪没有电容差别了
D.在峪处形成的电容器放电较慢
答案C
解析用指纹的照片蒙在传感器上,由于没有指纹上凸起部分“嵴”和凹下部分“峪”,因此不可以实现手机解锁功能,选项A错误。手指轻压和重压,手指和小极板之间的距离不同,形成的电容大小是不同的,选项B错误。潮湿的手指头因为指纹之间被水填充,嵴和峪就不能形成电容差别了,所以不能形成指纹识别,选项C正确。电容较小的电容器放电较快,在峪处形成的电容器电容较小,所以在峪处形成的电容放电较快,选项D错误。
6.下列说法正确的是( )
A.传感器担负着信息采集的任务
B.干簧管是一种能够感知磁场的传感器
C.传感器不是电视遥控接收器的主要元件
D.传感器是把力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具
答案ABD
解析传感器的任务是采集信息,选项A正确。干簧管是由平行不接触的两个极易被磁化的软铁片组成的,它靠近磁场时被磁化后相互吸引而接触,选项B正确。电视遥控接收器中使用了红外线传感器,选项C错误。由传感器的定义知,选项D正确。
7.人体含水量约为70%,水中有钠离子、钾离子等离子存在,因此容易导电,脂肪则不容易导电。当人两手握住脂肪测量仪的两把手时,就可知道人体脂肪所占的比例。下列说法正确的是( )
A.脂肪测量仪的工作原理是通过人体电阻不同来判断人体脂肪所占的比例
B.脂肪测量仪的工作原理是通过人体体重不同来判断人体脂肪所占的比例
C.激烈运动之后,脂肪测量仪显示人体脂肪所占比例的测量数据会不准确
D.人在沐浴之后,脂肪测量仪显示人体脂肪所占比例的测量数据会不准确
答案ACD
解析脂肪导电性和其他成分不同,可以用测量人体电阻的办法来计算体脂率,选项B错误,A正确。激烈运动之后或人在沐浴之后,人体内含水量发生变化,人体脂肪所占比例发生变化,即人体的电阻大小变化,所以测量数据会不准确,选项C、D正确。2 常见传感器的工作原理及应用
课后·训练提升
基础巩固
选择题(第1~4题为单选题,第5~7题为多选题)
1.有一电学元件,温度升高时其电阻减小,这种元件可能是 ( )
A.金属导体 B.光敏电阻
C.热敏电阻 D.霍尔元件
2.如图甲所示的电路中,光敏电阻R2加上图乙所示的光照时,R2两端的电压变化规律是( )
3.热敏电阻能将热信号转换为电信号,是因为( )
A.热敏电阻阻值的大小随热量的变化而变化
B.热敏电阻阻值的大小随温度的变化而变化
C.热敏电阻体积的大小随热量的变化而变化
D.热敏电阻体积的大小随温度的变化而变化
4.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
5.下图为电阻R随温度T变化的图像,下列说法正确的是 ( )
A.图线1是热敏电阻的图线,它是用金属材料制成的
B.图线2是热敏电阻的图线,它是用半导体材料制成的
C.图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高
D.图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高
6.有一种测量人体重的电子秤,其原理如图中虚线内所示,它主要由三部分构成:踏板、力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)。设踏板的质量可忽略不计,已知理想电流表的量程为3 A,电源电动势为12 V,内阻为2 Ω,电阻R随压力变化的函数式为R=30-0.01F(F和R的单位分别是N和Ω)。下列说法正确的是( )
A.该秤能测量的最大体重是1 400 N
B.该秤能测量的最大体重是2 800 N
C.该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处
D.该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.400 A处
7.在温控电路中,通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制。如图所示电路,R1为定值电阻,R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小),C为电容器。当环境温度降低时( )
A.电容器C的电荷量增大
B.电压表的读数增大
C.电容器C两板间的电场强度减小
D.R1消耗的功率增大
能力提升
一、选择题(第1~4题为单选题,第5~6题为多选题)
1.现代生活离不开智能手机,手机中有很多特殊功能需要传感器来实现。例如当人将手机靠近耳朵附近接听电话时,手机会自动关闭屏幕从而达到省电的目的。实现这一功能可能用到的传感器为( )
A.光传感器和位移传感器
B.磁传感器和温度传感器
C.磁传感器和声传感器
D.压力传感器和加速度传感器
2.如图所示,一段长方体导电材料,左右两端面的边长分别为a和b,内有电荷量为q的某种自由运动电荷。导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中,内部磁感应强度大小为B。当通以从左到右的稳恒电流I时,测得导电材料上、下表面之间的电压为U,且上表面的电势比下表面的低。由此可得该导电材料单位体积内自由运动电荷数及自由运动电荷的正负分别为( )
A.,负 B.,正
C.,负 D.,正
3.如图所示,M是一小型理想变压器,接线柱a、b接在电压u=311sin 134t(V)的正弦式交流电源上,变压器右侧部分为一火警报警系统原理图,其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器(负温度系数),电流表A2为值班室的显示器,显示通过R1的电流,电压表V2显示加在报警器上的电压(报警器未画出),R3为一定值电阻。当传感器R2所在处出现火情时,以下说法正确的是( )
A.A1的示数不变,A2的示数增大
B.A1的示数增大,A2的示数增大
C.V1的示数增大,V2的示数增大
D.V1的示数不变,V2的示数减小
4.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,参照右图,下列对故障判断正确的是 ( )
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
5.机器人可以通过外部传感器来感知外部环境和外界事物,下列说法正确的是( )
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”
6.如图所示电路中,E为电源(内阻为r),R2、R3为定值电阻,R4为滑动变阻器,R1为光敏电阻(其阻值随光照强度的增大而减小),电压表为理想电压表。开关S闭合后,电容器中一带电微粒恰好处于静止状态。下列说法正确的是( )
A.若仅将R4的滑片向下移动,电压表的示数将变大
B.若仅将R4的滑片向下移动,R2消耗的电功率将变大,带电微粒将向上运动
C.若仅增大光照强度,R4消耗的电功率将变大
D.若仅增大光照强度,将有电流向下通过R3
二、非选择题
7.如图所示,厚度为h、宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的均匀磁场中,当电流通过导体板时,在导体板的上侧面A和下侧面A'之间会产生电势差,这种现象称为霍尔效应。实验表明,当磁场不太强时,电势差U、电流I和B的关系为U=k,式中的比例系数k称为霍尔系数。霍尔效应可解释如下:外部磁场产生的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧,在导体板的另一侧会出现多余的正电荷,从而形成横向电场;横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力,当静电力与洛伦兹力达到平衡时,导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。
设电流I是由电子的定向移动形成的,电子的平均定向速度为v,电荷量为e。
(1)达到稳定状态时,导体板上侧面A的电势 (选填“高于”“低于”或“等于”)下侧面A'的电势。
(2)电子所受的洛伦兹力的大小为 。
(3)当导体板上下两侧之间的电势差为U时,电子所受的静电力的大小为 。
(4)由电场力和洛伦兹力平衡的条件,证明霍尔系数为k=,其中n代表导体板单位体积中电子的个数。
2 常见传感器的工作原理及应用
课后·训练提升
基础巩固
选择题(第1~4题为单选题,第5~7题为多选题)
1.有一电学元件,温度升高时其电阻减小,这种元件可能是 ( )
A.金属导体 B.光敏电阻
C.热敏电阻 D.霍尔元件
答案C
解析金属导体电阻一般随温度升高而增大,光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小,正温度系数热敏电阻的阻值随温度的升高而增大,负温度系数热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,霍尔元件是把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量,选项C正确,A、B、D错误。
2.如图甲所示的电路中,光敏电阻R2加上图乙所示的光照时,R2两端的电压变化规律是( )
答案B
解析光敏电阻随光照的增强电阻减小,电路中电流增大,电阻R1两端电压增大,R2两端电压减小,但不能减小到零。故选项B正确。
3.热敏电阻能将热信号转换为电信号,是因为( )
A.热敏电阻阻值的大小随热量的变化而变化
B.热敏电阻阻值的大小随温度的变化而变化
C.热敏电阻体积的大小随热量的变化而变化
D.热敏电阻体积的大小随温度的变化而变化
答案B
4.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
答案B
解析由题意可知,这一装置要对光敏感,能区分白天(光线强)与夜晚(光线暗),故选项B正确。虽然白天与夜晚温度也不相同,但温度除与昼夜有关外,还与季节有关,故选项C错误。并没有利用压敏性,选项A、D错误。
5.下图为电阻R随温度T变化的图像,下列说法正确的是 ( )
A.图线1是热敏电阻的图线,它是用金属材料制成的
B.图线2是热敏电阻的图线,它是用半导体材料制成的
C.图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高
D.图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高
答案BD
解析金属热电阻的阻值随温度升高而增大,负温度系数半导体材料制成的热敏电阻的阻值随温度升高而减小,选项A错误,B正确;图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大,但灵敏度低,图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小,但灵敏度高,选项C错误,D正确。
6.有一种测量人体重的电子秤,其原理如图中虚线内所示,它主要由三部分构成:踏板、力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)。设踏板的质量可忽略不计,已知理想电流表的量程为3 A,电源电动势为12 V,内阻为2 Ω,电阻R随压力变化的函数式为R=30-0.01F(F和R的单位分别是N和Ω)。下列说法正确的是( )
A.该秤能测量的最大体重是1 400 N
B.该秤能测量的最大体重是2 800 N
C.该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处
D.该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.400 A处
答案BC
解析分析题意可知,理想电流表的量程为3A,故电路中电流为3A时,电子秤测量的体重最大,根据闭合电路欧姆定律可知,I=,解得R=2Ω,其中R=30-0.01F,联立解得F=2800N,选项A错误,B正确。踏板空载时F=0,代入R=30-0.01F,解得R=30Ω,根据欧姆定律得,I=0.375A,该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375A处,选项C正确,D错误。
7.在温控电路中,通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制。如图所示电路,R1为定值电阻,R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小),C为电容器。当环境温度降低时( )
A.电容器C的电荷量增大
B.电压表的读数增大
C.电容器C两板间的电场强度减小
D.R1消耗的功率增大
答案AB
解析当环境温度降低时,R2变大,电路的总电阻变大,由I=知I变小,又U=E-Ir,电压表的读数U增大,选项B正确。又由P1=I2R1可知,R1消耗的功率P1变小,选项D错误。电容器两板间的电压U2=U-U1,U1=IR1,可知U1变小,U2变大,由电场强度E'=,Q=CU2可知Q、E'都增大,故选项A正确,C错误。
能力提升
一、选择题(第1~4题为单选题,第5~6题为多选题)
1.现代生活离不开智能手机,手机中有很多特殊功能需要传感器来实现。例如当人将手机靠近耳朵附近接听电话时,手机会自动关闭屏幕从而达到省电的目的。实现这一功能可能用到的传感器为( )
A.光传感器和位移传感器
B.磁传感器和温度传感器
C.磁传感器和声传感器
D.压力传感器和加速度传感器
答案A
解析当人将手机靠近耳朵附近接听电话时,改变了位移,并且耳朵可能挡住了光线,所以可能用到的传感器为光传感器和位移传感器,选项A正确。当人将手机靠近耳朵附近接听电话时,没有磁场的变化,也没有产生特别的压力,选项B、C、D错误。
2.如图所示,一段长方体导电材料,左右两端面的边长分别为a和b,内有电荷量为q的某种自由运动电荷。导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中,内部磁感应强度大小为B。当通以从左到右的稳恒电流I时,测得导电材料上、下表面之间的电压为U,且上表面的电势比下表面的低。由此可得该导电材料单位体积内自由运动电荷数及自由运动电荷的正负分别为( )
A.,负 B.,正
C.,负 D.,正
答案C
解析因导电材料上表面的电势比下表面的低,故上表面带负电荷,根据左手定则可判断自由运动电荷带负电,则选项B、D错误。设长方体形材料长度为l,总电荷量为Q,则其单位体积内自由运动的电荷数为,当电流I稳恒时,材料内的电荷所受电场力与磁场力相互平衡,则有=BIl,故,选项A错误,C正确。
3.如图所示,M是一小型理想变压器,接线柱a、b接在电压u=311sin 134t(V)的正弦式交流电源上,变压器右侧部分为一火警报警系统原理图,其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器(负温度系数),电流表A2为值班室的显示器,显示通过R1的电流,电压表V2显示加在报警器上的电压(报警器未画出),R3为一定值电阻。当传感器R2所在处出现火情时,以下说法正确的是( )
A.A1的示数不变,A2的示数增大
B.A1的示数增大,A2的示数增大
C.V1的示数增大,V2的示数增大
D.V1的示数不变,V2的示数减小
答案D
解析当传感器R2所在处出现火情时,R2的电阻减小,导致电路的总电阻减小,所以电路中的总电流将会增大,所以原线圈中电流增大,A1测量的是原线圈中的总的电流,示数增大;由于电源的电压不变,原、副线圈两端的电压也不变,所以V1的示数不变,由于副线圈中电流增大,R3两端的电压变大,所以V2的示数要减小,所以A2的示数要减小,选项A、B、C错误,D正确。
4.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,参照右图,下列对故障判断正确的是 ( )
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
答案C
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,故选项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,故选项D错误。
5.机器人可以通过外部传感器来感知外部环境和外界事物,下列说法正确的是( )
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BCD
解析温度传感器能够将温度转化为电学量,即感知温度变化,此传感器有热敏电阻、金属热电阻,金属热电阻阻值一定随温度升高而升高,热敏电阻不一定,选项A错误。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,选项B正确。超声波传感器是将声强转化为电学量,可以作为耳朵,让其听到常人听不到的声音,选项C正确。压力传感器可以将压力转化为电学量,可以使机器人有“手感”,选项D正确。
6.如图所示电路中,E为电源(内阻为r),R2、R3为定值电阻,R4为滑动变阻器,R1为光敏电阻(其阻值随光照强度的增大而减小),电压表为理想电压表。开关S闭合后,电容器中一带电微粒恰好处于静止状态。下列说法正确的是( )
A.若仅将R4的滑片向下移动,电压表的示数将变大
B.若仅将R4的滑片向下移动,R2消耗的电功率将变大,带电微粒将向上运动
C.若仅增大光照强度,R4消耗的电功率将变大
D.若仅增大光照强度,将有电流向下通过R3
答案AC
解析若仅将R4的滑片向下移动,R4变大,外电路总电阻变大,路端电压即电压表的示数变大,故选项A正确。若仅将R4的滑片向下移动,R2和R4并联部分的电阻变大,分压变大,R2消耗的电功率变大,电容器两端的电压减小,带电微粒将向下运动,故选项B错误。若仅增大光照强度,R1减小,R4分压变大,消耗的电功率变大,故选项C正确。若仅增大光照强度,R1减小,分压减小,电容器放电,R3中有向上的电流通过,故选项D错误。
二、非选择题
7.如图所示,厚度为h、宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的均匀磁场中,当电流通过导体板时,在导体板的上侧面A和下侧面A'之间会产生电势差,这种现象称为霍尔效应。实验表明,当磁场不太强时,电势差U、电流I和B的关系为U=k,式中的比例系数k称为霍尔系数。霍尔效应可解释如下:外部磁场产生的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧,在导体板的另一侧会出现多余的正电荷,从而形成横向电场;横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力,当静电力与洛伦兹力达到平衡时,导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。
设电流I是由电子的定向移动形成的,电子的平均定向速度为v,电荷量为e。
(1)达到稳定状态时,导体板上侧面A的电势 (选填“高于”“低于”或“等于”)下侧面A'的电势。
(2)电子所受的洛伦兹力的大小为 。
(3)当导体板上下两侧之间的电势差为U时,电子所受的静电力的大小为 。
(4)由电场力和洛伦兹力平衡的条件,证明霍尔系数为k=,其中n代表导体板单位体积中电子的个数。
答案(1)低于
(2)evB
(3)e
(4)见解析
解析(1)导体中电子运动形成电流,电子运动方向与电流方向相反,利用左手定则可判定电子向A板偏,A'板上出现等量正电荷,所以A板电势低于A'板电势。
(2)洛伦兹力大小F=evB。
(3)F电=eE=e。
(4)由F=F电得evB=e,即U=hvB,导体中通过的电流I=nev·dh,由U=k,得hvB=k,即hvB=k,得k=。3 利用传感器制作简单的自动控制装置
课后·训练提升
基础巩固
一、选择题(第1~3题为单选题,第4~5题为多选题)
1.下列情况不可能是由于水位控制装置损坏引起的是 ( )
A.洗衣机不加水
B.洗衣机加水不能自动停止
C.洗衣机不排水
D.洗衣机不洗衣
2.下列器件是应用力传感器的是( )
A.鼠标
B.火灾报警器
C.测温仪
D.电子秤
3.下列说法正确的是( )
A.电饭锅中的温度传感器的主要元件是氧化铁
B.氧化铁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,温控开关自动断电后不能自动复位
4.如图所示,全自动洗衣机中的排水阀是由程序控制器控制其动作的,当进行排水和脱水工序时,控制铁芯1的线圈通电,使铁芯2运动,从而牵引排水阀的阀门排除污水。以下说法正确的是( )
A.若输入的控制电流由a流入,由b流出,则铁芯2中A端为N极,B端为S极
B.若输入的控制电流由a流入,由b流出,则铁芯2中A端为S极,B端为N极
C.若a、b处输入交变电流,铁芯2不能被吸入线圈中
D.若a、b处输入交变电流,铁芯2仍能被吸入线圈中
5.某仪器内部的电路如图所示,其中M是一个质量较大的金属块,左、右两端分别与金属丝制成的弹簧相连,并套在光滑水平细杆上,当金属块处于平衡状态时,两根弹簧均处于原长,此时甲、乙两灯均不亮。若将该仪器固定在一辆汽车上,则下列说法正确的是( )
A.当汽车加速前进时,甲灯亮
B.当汽车加速前进时,乙灯亮
C.当汽车刹车时,甲灯亮
D.当汽车刹车时,乙灯亮
二、非选择题
6.一般的电熨斗用合金丝作发热元件,合金丝电阻随时间变化的关系如图中实线①所示,由于环境温度以及熨烫的衣物厚度、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范围内波动,易损坏衣物。
有一种用主要成分为BaTiO3的特殊材料(被称为PTC)作发热元件的电熨斗,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中实线②所示。根据图线分析:
(1)为什么处于冷态的PTC熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快
(2)通电一段时间电熨斗温度t自动稳定在 能力提升
一、选择题(第1~2题为单选题,第3~4题为多选题)
1.在如图所示的电路中,电源两端的电压恒定,L为小灯泡,R为光敏电阻,D为发光二极管(电流越大,发出的光越强),且R与D间距不变,下列说法正确的是( )
A.当滑片P向左移动时,L消耗的功率增大
B.当滑片P向左移动时,L消耗的功率减小
C.当滑片P向右移动时,L消耗的功率可能不变
D.无论怎样移动滑片P,L消耗的功率都不变
2.小明为了锻炼身体,利用所学物理知识设计了一个电子拉力计,原理图如图所示。轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起(弹簧的电阻不计,P与R1间的摩擦不计),弹簧劲度系数为100 N/cm。定值电阻R0=5 Ω,ab是一根长为5 cm的均匀电阻丝,阻值R1=25 Ω,电源输出电压恒为U=3 V,理想电流表的量程为0~0.6 A。当拉环不受力时,滑片P处于a端。下列关于这个电路的说法错误的是( )
A.小明在电路中连入R0的目的是保护电路
B.当拉环不受力时,闭合开关后电流表的读数为0.1 A
C.当拉力为400 N时,电流表指针指在0.3 A处
D.当拉力为400 N时,电流表指针指在0.5 A处
3.某同学设计的家庭电路保护装置如图所示,铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成。右侧线圈L2中产生感应电流时,电流经放大器放大后,使电磁铁吸起铁质开关S而切断家庭电路。仅考虑L1在铁芯中产生的磁场,下列说法正确的有( )
A.家庭电路正常工作时,L2中的磁通量为零
B.家庭电路中使用的电器增多时,L2中的磁通量将增加
C.家庭电路中的电器发生短路时,开关S将被电磁铁吸起
D.地面上的人接触火线发生触电时,开关S将被电磁铁吸起
4.下图是电容式声波传感器的示意图,该电路可将声音信号转化为电信号。该电路中右侧金属板b固定不动,左侧是能在声波驱动下沿水平方向左右往复运动的镀有金属层的振动膜a,a、b构成了一个平行板电容器,且通过导线与稳压电源正、负极相接,a随声源S振动而左右往复运动。下列有关分析正确的是( )
A.a左右往复运动过程中,a、b板构成的电容器的电容不变
B.a左右往复运动过程中,b板所带的电荷量不断变化
C.a左右往复运动过程中,a、b板之间的电场强度不断变化
D.a左右往复运动过程中,灵敏电流计中始终有方向不变的电流
二、非选择题
5.有些居民区内楼道灯的控制,使用的是一种延时开关。该延时开关的简化原理如图所示。图中D是红色发光二极管(只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光),R为限流电阻,K为按钮式开关,虚线框内S表示延时开关。当按下K接通电路瞬间,延时开关触发,相当于S闭合,这时释放K后,延时开关S约在1 min后断开,电灯熄灭。
按钮开关K按下前,发光二极管是 (选填“发光的”或“熄灭的”);按钮开关K按下再释放后,电灯L发光持续时间约 min,这一过程中发光二极管是 (选填“发光的”或“熄灭的”)。限流电阻R的阻值和灯丝电阻RL相比,应满足R RL的条件。
3 利用传感器制作简单的自动控制装置
课后·训练提升
基础巩固
一、选择题(第1~3题为单选题,第4~5题为多选题)
1.下列情况不可能是由于水位控制装置损坏引起的是 ( )
A.洗衣机不加水
B.洗衣机加水不能自动停止
C.洗衣机不排水
D.洗衣机不洗衣
答案C
解析洗衣机水位控制装置正常,才能正常加水,且加到合适的水位,若损坏可能导致一直不加水或一直不停地加水,所以选项A、B可能。而这两种情况都会导致洗衣机洗衣程序不工作,所以选项D可能。洗衣机排水不需要水位控制,选项C不可能。
2.下列器件是应用力传感器的是( )
A.鼠标
B.火灾报警器
C.测温仪
D.电子秤
答案D
解析鼠标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,选项D正确。
3.下列说法正确的是( )
A.电饭锅中的温度传感器的主要元件是氧化铁
B.氧化铁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,温控开关自动断电后不能自动复位
答案D
解析电饭锅的主要元件为感温铁氧体,它在103℃时失去铁磁性,选项A、B错误。用电饭锅烧水时,在标准大气压下,水温最高为100℃,电饭锅不会自动断电,若无人控制,则会直到水全部蒸发后才会断电,选项C错误。电饭锅开关自动断电后只能手动复位,选项D正确。
4.如图所示,全自动洗衣机中的排水阀是由程序控制器控制其动作的,当进行排水和脱水工序时,控制铁芯1的线圈通电,使铁芯2运动,从而牵引排水阀的阀门排除污水。以下说法正确的是( )
A.若输入的控制电流由a流入,由b流出,则铁芯2中A端为N极,B端为S极
B.若输入的控制电流由a流入,由b流出,则铁芯2中A端为S极,B端为N极
C.若a、b处输入交变电流,铁芯2不能被吸入线圈中
D.若a、b处输入交变电流,铁芯2仍能被吸入线圈中
答案AD
解析控制电流由a→b,由安培定则,电磁铁左端为N极,右端为S极,铁芯2被磁化,A端为N极,B端为S极,因而被吸入线圈中,选项A正确,B错误。若a、b处输入交变电流,铁芯1磁性不断变化,铁芯2磁性也随之变化,仍能被吸入线圈,选项C错误,D正确。
5.某仪器内部的电路如图所示,其中M是一个质量较大的金属块,左、右两端分别与金属丝制成的弹簧相连,并套在光滑水平细杆上,当金属块处于平衡状态时,两根弹簧均处于原长,此时甲、乙两灯均不亮。若将该仪器固定在一辆汽车上,则下列说法正确的是( )
A.当汽车加速前进时,甲灯亮
B.当汽车加速前进时,乙灯亮
C.当汽车刹车时,甲灯亮
D.当汽车刹车时,乙灯亮
答案BC
解析当汽车加速前进时,金属块M向后偏离原位置,乙灯所在电路被接通,所以乙灯亮,选项A错误,B正确。当汽车刹车时,金属块M向前偏离原位置,甲灯所在电路被接通,所以甲灯亮,选项C正确,D错误。
二、非选择题
6.一般的电熨斗用合金丝作发热元件,合金丝电阻随时间变化的关系如图中实线①所示,由于环境温度以及熨烫的衣物厚度、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范围内波动,易损坏衣物。
有一种用主要成分为BaTiO3的特殊材料(被称为PTC)作发热元件的电熨斗,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中实线②所示。根据图线分析:
(1)为什么处于冷态的PTC熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快
(2)通电一段时间电熨斗温度t自动稳定在 答案(1)见解析
(2)T6 T7
解析(1)由于冷态时PTC材料电阻较小,由P=知,其发热功率较大,所以升温快。
(2)从题图看出,温度较低时,电阻较小,热功率较大,所以发热快于散热,温度升高,当温度大于T6时,随温度的升高电阻迅速增大,相应发热功率减小;当发热功率小于散热功率时,电阻温度降低,电阻减小,发热功率会相应增大。故当发热功率等于散热功率时,温度会稳定在图中T6~T7。
能力提升
一、选择题(第1~2题为单选题,第3~4题为多选题)
1.在如图所示的电路中,电源两端的电压恒定,L为小灯泡,R为光敏电阻,D为发光二极管(电流越大,发出的光越强),且R与D间距不变,下列说法正确的是( )
A.当滑片P向左移动时,L消耗的功率增大
B.当滑片P向左移动时,L消耗的功率减小
C.当滑片P向右移动时,L消耗的功率可能不变
D.无论怎样移动滑片P,L消耗的功率都不变
答案A
解析当P向左移动时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,通过二极管的电流增大,发光变强,光敏电阻阻值减小,灯泡中电流增大,L消耗的功率增大;同理可知P向右移动时,L消耗的功率减小。
2.小明为了锻炼身体,利用所学物理知识设计了一个电子拉力计,原理图如图所示。轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起(弹簧的电阻不计,P与R1间的摩擦不计),弹簧劲度系数为100 N/cm。定值电阻R0=5 Ω,ab是一根长为5 cm的均匀电阻丝,阻值R1=25 Ω,电源输出电压恒为U=3 V,理想电流表的量程为0~0.6 A。当拉环不受力时,滑片P处于a端。下列关于这个电路的说法错误的是( )
A.小明在电路中连入R0的目的是保护电路
B.当拉环不受力时,闭合开关后电流表的读数为0.1 A
C.当拉力为400 N时,电流表指针指在0.3 A处
D.当拉力为400 N时,电流表指针指在0.5 A处
答案D
解析若电路无电阻R0,且金属滑片P在b端时,电路短路会损坏电源,R0的存在使电路不会出现短路现象,选项A不符合题目要求;当拉环不受力时,滑片P在a端,由闭合电路欧姆定律可得I==0.1A,选项B不符合题目要求;拉力为400N时,由F=kΔx得Δx=4cm,对应的电阻RPa=20Ω,R1接入电路的电阻RPb=5Ω,由闭合电路欧姆定律可得I'==0.3A,选项C不符合题目要求,D符合题目要求。
3.某同学设计的家庭电路保护装置如图所示,铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成。右侧线圈L2中产生感应电流时,电流经放大器放大后,使电磁铁吸起铁质开关S而切断家庭电路。仅考虑L1在铁芯中产生的磁场,下列说法正确的有( )
A.家庭电路正常工作时,L2中的磁通量为零
B.家庭电路中使用的电器增多时,L2中的磁通量将增加
C.家庭电路中的电器发生短路时,开关S将被电磁铁吸起
D.地面上的人接触火线发生触电时,开关S将被电磁铁吸起
答案AD
解析分析题意可知,火线和零线中电流等大反向,并行绕制时,线圈L1中产生的磁通量相互抵消,合磁通量为零,线圈L1、L2绕制同一铁芯上,即使用电器增多时,线圈L2中的磁通量同样为零,选项A正确,B错误。家庭电路中的电器发生短路时,根据闭合电路欧姆定律可知,火线和零线的电流同时增大,合磁通量为零,开关S不会被电磁铁吸起,选项C错误。地面上的人接触火线发生触电时,火线的电流变大,线圈L1中的磁通量不为零,线圈L2中的磁通量发生变化,产生感应电流,电磁铁将开关S吸起,选项D正确。
4.下图是电容式声波传感器的示意图,该电路可将声音信号转化为电信号。该电路中右侧金属板b固定不动,左侧是能在声波驱动下沿水平方向左右往复运动的镀有金属层的振动膜a,a、b构成了一个平行板电容器,且通过导线与稳压电源正、负极相接,a随声源S振动而左右往复运动。下列有关分析正确的是( )
A.a左右往复运动过程中,a、b板构成的电容器的电容不变
B.a左右往复运动过程中,b板所带的电荷量不断变化
C.a左右往复运动过程中,a、b板之间的电场强度不断变化
D.a左右往复运动过程中,灵敏电流计中始终有方向不变的电流
答案BC
解析由于平行板电容器两极板与电池两极始终连接,两板间的电压U保持不变,根据电场强度公式E=、电容的决定式C=,可判断出A错,C对;a、b板所带电荷量Q=CU,电容C变化导致Q变化,B对;由于声源S振动,电容C不断变化导致电荷量Q不断变化,所以电容器出现反复性的充电、放电现象。显然,电流计中电流方向不断变化,D错。
二、非选择题
5.有些居民区内楼道灯的控制,使用的是一种延时开关。该延时开关的简化原理如图所示。图中D是红色发光二极管(只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光),R为限流电阻,K为按钮式开关,虚线框内S表示延时开关。当按下K接通电路瞬间,延时开关触发,相当于S闭合,这时释放K后,延时开关S约在1 min后断开,电灯熄灭。
按钮开关K按下前,发光二极管是 (选填“发光的”或“熄灭的”);按钮开关K按下再释放后,电灯L发光持续时间约 min,这一过程中发光二极管是 (选填“发光的”或“熄灭的”)。限流电阻R的阻值和灯丝电阻RL相比,应满足R RL的条件。
答案发光的 1 熄灭的
解析开关K按下前,S为断开,有电流经过发光二极管,故发光二极管是发光的。当按下开关K后,延时开关S闭合,二极管和R被短路,二极管不发光,由于延时开关S约1min后断开,故电灯L能持续发光1min;由于R为限流电阻,且二极管只要有很小的电流通过就能发光,故应满足R RL。第五章过关检测
(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.(2022·浙江台州高二期中)下图中关于传感器的应用,说法正确的是( )
A.干簧管是利用电磁感应的原理控制电路的通断的
B.机器人的“眼睛”利用了光传感器
C.红外测温仪向人体发射红外线,从而测量人体温度
D.火灾报警器是通过感知温度触发报警的
2.某同学拟设计一个汽车超载自动报警装置,以更好地保障道路交通安全。该同学可能选择的传感器是( )
A.湿度传感器
B.压力传感器
C.声音传感器
D.气体传感器
3.如图甲所示,条形码扫描笔的原理是扫描笔头在条形码上匀速移动时,遇到黑色线条,发光二极管发出的光线将被吸收,光敏三极管接收不到反射光,呈高阻抗;遇到白色间隔,光线被反射到光敏三极管,三极管呈低阻抗。光敏三极管将条形码变成一个个电脉冲信号,信号经信号处理系统处理,即完成对条形码信息的识别,等效电路图如图乙所示,其中R为光敏三极管的等效电阻,R0为定值电阻,下列判断正确的是( )
A.当扫描笔头在黑色线条上移动时,信号处理系统获得高电压
B.当扫描笔头在白色间隔上移动时,信号处理系统获得高电压
C.扫描速度对信号处理系统接收到的电压信号无影响
D.扫描笔头外壳出现破损时仍然能正常工作
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、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)下图为某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)如图所示,将质量为m的金属块用压缩的轻弹簧卡在一矩形的箱中。在箱的上顶板和下底板装有压力传感器,箱可以沿竖直轨道运动。当箱以a=2.0 m/s2 的加速度竖直向上做匀减速运动时,上顶板的压力传感器显示的压力为6.0 N,下底板的压力传感器显示的压力为10.0 N。g取10 m/s2。
(1)若上顶板压力传感器的示数是下底板压力传感器示数的一半,试判断箱的运动情况。
(2)要使上顶板压力传感器的示数为零,箱沿竖直方向运动的情况可能是怎样的
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
第五章过关检测
(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.(2022·浙江台州高二期中)下图中关于传感器的应用,说法正确的是( )
A.干簧管是利用电磁感应的原理控制电路的通断的
B.机器人的“眼睛”利用了光传感器
C.红外测温仪向人体发射红外线,从而测量人体温度
D.火灾报警器是通过感知温度触发报警的
答案B
解析干簧管是利用磁极间的相互作用来控制电路的通断,选项A错误;机器人“眼睛”利用了光传感器,选项B正确;红外测温仪是接收人体向外发射红外线的强弱,从而测量人体温度,选项C错误;火灾报警器是利用烟雾对光的反射工作的,选项D错误。
2.某同学拟设计一个汽车超载自动报警装置,以更好地保障道路交通安全。该同学可能选择的传感器是( )
A.湿度传感器
B.压力传感器
C.声音传感器
D.气体传感器
答案B
解析汽车超载自动报警装置类似于电子秤的工作原理,当电子秤受到压力的作用时,会显示相应的压力值大小,当示数超过规定的压力值时,会触发报警装置报警,所以应用的是压力传感器,选项B正确。
3.如图甲所示,条形码扫描笔的原理是扫描笔头在条形码上匀速移动时,遇到黑色线条,发光二极管发出的光线将被吸收,光敏三极管接收不到反射光,呈高阻抗;遇到白色间隔,光线被反射到光敏三极管,三极管呈低阻抗。光敏三极管将条形码变成一个个电脉冲信号,信号经信号处理系统处理,即完成对条形码信息的识别,等效电路图如图乙所示,其中R为光敏三极管的等效电阻,R0为定值电阻,下列判断正确的是( )
A.当扫描笔头在黑色线条上移动时,信号处理系统获得高电压
B.当扫描笔头在白色间隔上移动时,信号处理系统获得高电压
C.扫描速度对信号处理系统接收到的电压信号无影响
D.扫描笔头外壳出现破损时仍然能正常工作
答案B
解析信号处理系统获得的电压是R0两端的电压,当扫描笔头在黑色线条上移动时,R相当于大电阻,根据闭合电路欧姆定律,回路电流很小,R0两端的电压很低,信号处理系统获得低电压;当扫描笔头在白色间隔上移动时,R相当于小电阻,回路电流较大,R0两端的电压较高,信号处理系统获得高电压,选项A错误,B正确。如果扫描速度发生变化,在信号处理系统中高、低电压的时间间隔就会发生变化,从而无法正确判断黑、白条纹宽度,可能出现错误识别信息,选项C错误。扫描笔头外壳出现破损时,外面的光就会进入光敏三极管,从而出现错误信息,导致不能正常工作,选项D错误。
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
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.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
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.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 ℃
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=20kΩ,查表得对应的温度为35℃,选项C正确。
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
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.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
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.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
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.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
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(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。
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.(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。
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150Ω+R0=RT1+R1,即RT1=R0-R1+150Ω。
三、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)下图为某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。
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.(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。
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0.6A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=20Ω
油箱空时,滑动变阻器连入电路的电阻R2=100Ω
则电流表的示数为I1=A=0.1A。
(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==2V,U2=12V
故电压表示数的变化范围为2~12V。
15.(10分)如图所示,将质量为m的金属块用压缩的轻弹簧卡在一矩形的箱中。在箱的上顶板和下底板装有压力传感器,箱可以沿竖直轨道运动。当箱以a=2.0 m/s2 的加速度竖直向上做匀减速运动时,上顶板的压力传感器显示的压力为6.0 N,下底板的压力传感器显示的压力为10.0 N。g取10 m/s2。
(1)若上顶板压力传感器的示数是下底板压力传感器示数的一半,试判断箱的运动情况。
(2)要使上顶板压力传感器的示数为零,箱沿竖直方向运动的情况可能是怎样的
答案(1)匀速直线运动
(2)做向上匀加速或向下匀减速直线运动,加速度为10 m/s2
解析设上顶板压力传感器的示数为F1,下底板压力传感器的示数为F2,对物体应用牛顿第二定律有F1+mg-F2=ma,代入数据得m=0.5kg。
(1)由于弹簧长度不改变,所以下底板的示数不变,F2=2F1',根据牛顿第二定律得
F1'+mg-F2=ma1,代入数据得a1=0,物体做匀速直线运动。
(2)当上顶板压力传感器示数为零时,下底板压力传感器示数还是不变,由牛顿第二定律得F2-mg=ma2,解得a2=10m/s2。加速度方向向上,物体可以向上做匀加速运动,也可以向下做匀减速运动。
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
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=10Ω
I传=A=0.3A。
(2)最大电流I=I传=0.3A
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=10Ω时R0两端的电压,即
U0=I传·R0m=0.3×10V=3V
Um=U传+U0=3V+3V=6V。
(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'=9.5Ω,U=3V
传感器的电阻变化为ΔR=R传-R传'=10Ω-9.5Ω=0.5Ω<1Ω,
所以此传感器仍可使用。
