(共47张PPT)
主题提升课(四) 传感器
第五章 传感器
主题一 传感器的工作原理
知道非电学量转换成电学量的技术意义。通过实验，了解常见传感器的工作原理，会利用传感器制作简单的自动控制装置。通过热敏电阻实验，了解温度传感器的工作原理。
【典例1】 纯电动汽车的蓄电池的安全性，主要体现在对其温度的控制上，当电池温度过高时，必须立即启动制冷系统进行降温。图甲是小明设计的模拟控温装置示意图，电磁继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器RP串联接在电压为5 V的电源两端。当电磁铁线圈(电阻不计)中的电流I大于或等于20 mA时，衔铁被吸合，热敏电阻置于温度监测区域，其阻值Rt与温度t的关系如图乙所示，滑动变阻器的最大阻值为200 Ω。则：
(1)图甲中应将b端与________(选填“a”或“c”)端相连。
(2)若设置电池温度为50 ℃时启动制冷系统，则滑动变阻器阻值应为________Ω。
(3)该电路可设置启动制冷系统的最高温度是_______________℃。
[解析] (1)由题意可知，当控制电路电流达到20 mA时衔铁被吸合，制冷系统工作，所以题图甲中，应将b端与c端相连。
c
150
74(72～76均可)
主题二 传感器的应用
列举传感器在生产生活中的应用。了解光敏电阻传感器及其在生产生活中的应用。
【典例2】 如图甲所示是一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定，电流表内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器的滑片，使小灯泡发光逐渐增强，测得流过光敏电阻的电流和光强的关系曲线如图乙所示，试根据这一特性设计一个路灯的自动光控电路。
[解析] 由光敏电阻的特性曲线可以看出，当入射光增强时，光敏电阻的阻值减小，流过光敏电阻的电流增大。
根据题意设计的自动光控电路如图所示。
控制过程：当有光照射时，光敏电阻阻值减小，电流增大，并经过电流信号放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸合，使两个触点断开，路灯熄灭；当无光照时，电流减小，放大器输出电流也减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，工作电路接通，路灯开始工作。
[答案] 见解析
题号
章末综合测评(四) 电磁振荡与电磁波 传感器
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√
一、选择题(在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，第8～10题有多项符合题目要求。)
1．关于电磁波谱，下列说法正确的是( )
A．验钞机验钞票真伪体现了红外线的荧光效应
B．相同条件下，电磁波谱中最难发生衍射的是X射线
C．利用雷达测出发射微波脉冲及接收到脉冲的时间间隔可以确定雷达和目标的距离
D．夏天太阳把地面晒得发热是因为可见光的热效应在各种电磁波中是最强的
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C [验钞机验钞票真伪体现了紫外线的荧光效应，不是红外线，A错误；相同条件下，电磁波谱中最难发生衍射的是波长比X射线更小的γ射线，B错误；利用雷达测出发射微波脉冲及接收到脉冲的时间间隔可以确定雷达和目标的距离，C正确；夏天太阳把地面晒得发热是因为红外线的热效应在各种电磁波中最强，D错误。]
题号
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2．当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品之中，下述关于常用的几种家用电子器件所采用传感器的说法错误的是( )
A．全自动洗衣机的水位控制主要采用了压力传感器
B．电子体温计主要是采用了温度传感器
C．电脑所用的光电鼠标主要是采用了声波传感器
D．电子秤主要是采用了力电传感器
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题号
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C [全自动洗衣机的水位控制主要采用了压力传感器，水增加时，由于水的重力增加，压力增大，当水位达到一定值后，关闭进水开关，A正确；电子体温计主要是采用了温度传感器，B正确；电脑所用的光电鼠标主要采用了光电传感器，C错误；电子秤主要是采用了力电传感器，D正确。本题选说法错误的，故选C。]
题号
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3．下列关于传感器元件说法正确的是( )
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A．如图甲，当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，干簧管起到开关的作用
B．如图乙，是一种电感式微小位移传感器，物体1连接软铁芯2插在空心线圈3中，当物体1向右发生微小位移时，线圈自感系数变大
C．如图丙是一光敏电阻，随着光照增强，光敏电阻导电性变差
D．如图丁，当力F越大，金属梁弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越小
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A [当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，干簧管起到开关的作用，A正确；当物体1向右发生微小位移时，铁芯插入的长度变小，线圈自感系数变小，B错误；当强光照射时，光敏电阻的阻值变小，导电性变好，C错误；当力F越大，金属梁弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大，D错误。故选A。]
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√
4．如图所示是我国500 m口径球面射电望远镜
(FAST)，它可以通过接收来自宇宙深处的电磁波
探索宇宙。下列关于电磁波的说法正确的是( )
A．麦克斯韦提出了电磁场理论，赫兹预言了电磁波的存在
B．光是一种电磁波，是传播着的电磁场，光具有能量
C．电磁波在真空中的传播速度随频率增大而增大
D．紫外线是一种波长比紫光更长的电磁波，能够灭菌消毒
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B [麦克斯韦提出了电磁场理论，并预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，故A错误；光是一种电磁波，根据电磁波的概念，可知光是传播着的电磁场，光具有能量，故B正确；电磁波在真空中传播速度都相同，均为3×108 m/s，不随波长和频率的变化而变化，故C错误；紫外线是一种波长比紫光更短的、频率比紫光更高的电磁波，主要应用在灭菌消毒和钞票防伪上，故D错误。故选B。]
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5．如图所示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( )
A．温度升高至74 ℃时，L1灯亮报警
B．温度升高至74 ℃时，L2灯亮报警
C．温度升高至78 ℃时，L1灯亮报警
D．温度升高至78 ℃时，L2灯亮报警
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D [由题图可知：金属丝下端所指的示数为78 ℃；当温度升高到
78 ℃，水银温度计顶端封入的一段金属丝就和水银相接，接通电路，电磁铁有了磁性，把衔铁吸引下来，L2灯亮报警，故D正确。]
题号
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6．某探测器内电磁波发生电路包含LC电磁振荡电路，设在某时刻电路中电流的方向和电容器上、下极板带电情况如图所示，下列说法中正确的是( )
A．电容器所带电荷量正在逐渐增大
B．电路中电场能正在转化为磁场能
C．若增大电容器的电容，则发射的电磁波频率变大
D．若减小线圈的自感系数L，则发射的电磁波波长变长
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7．红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况。地球大气中的水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)能强烈吸收某些波长范围的红外辐射。也就是说地面物体发出某些波长的电磁波，只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收。如图所示为H2O和CO2对某一波段不同波长电磁波的吸收情况。由图可知，在该波
段红外遥感卫星大致能够接收到的波长范围
为( )
A．2.5～3.5 μm B．4～4.5 μm
C．5～7 μm D．8～13 μm
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D [由题图可知，水对红外辐射吸收率最低的波长范围是8～13 μm；二氧化碳对红外辐射吸收率最低的波长范围是5～13 μm，所以遥感卫星大致能够接收到的波长范围是8～13 μm，故选D。]
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√
8．各种电磁波在日常生活和生产中被应用。下列关于电磁波的说法中，正确的是( )
A．频率越大的电磁波，在真空中的传播速度越大
B．控制电视、空调的遥控器使用的是红外线
C．机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪使用的是X射线
D．医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒
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BC [电磁波在真空中的传播速度为光速不变，故A错误；控制电视、空调的遥控器使用的是红外线，故B正确；机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪使用的是X射线，故C正确；医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒，故D错误。故选BC。]
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√
9．LC振荡电路中电容器两端的电压U随时间t变化的关系如图所示，下列说法正确的是( )
A．t1时刻电路中的电流最大
B．t2时刻电容器上的电荷量为零
C．t3时刻电路中的磁场能最大
D．t3 ～t4 时间内，电场能转化为磁场能
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BD [由题图可知在t1时刻电容器两极板间电压最大，两极板之间的电场最强，电场能最大，根据能量守恒可知此时磁场能量最小，故在时t1时电路中的电流为0，故A错误；在t2时刻电容器两极板间的电压为0，由Q＝CU可知，t2时刻电容器上的电荷量为零，故B正确；在t3时刻电容器两极板间的电压最大，两极板间电场最强，电场能最大，根据能量守恒可知此时磁场能量最小，故C错误；在t3时刻至t4，电容器两端的电压逐渐减小，故两极板之间的电场逐渐减弱，则电路的电场能不断减小，根据能量守恒可知电场能转化为磁场能，故D正确。故选BD。]
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10．传感器在日常生活中有着广泛的应用，它的种类多种多样，其性能也各不相同。以下有关传感器的说法正确的是( )
A．办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开关，这是光传感器的应用
B．非触摸式自动水龙头(自动感应水龙头)应用的传感器是压力传感器
C．空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内实现这一功能的传感器是温度传感器
D．调温型电熨斗能自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，能控制电路的通断
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√
√
ACD [办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开和关，是由于人体会发出红外线，当传感器探测到人体发出的红外线后，门会自动打开，是光传感器的应用，选项A正确；利用红外线的热效应可以制成多种开关，本题所涉及的水龙头和智能门就是这一应用的体现，是利用光传感器制成的，选项B错误；空调机在室内温度达到设定温度后，会自动停止工作，这是因为空调机使用温度传感器，选项C正确；电熨斗能自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断，原理是不同的金属膨胀系数不同，选项D正确。]
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二、非选择题
11．如图所示，感应圈G上装两根带有球形电极的铜管a、b构成发射天线，两球的间隙约0.5 cm。将一根导线弯成环状，导线两端安装两个小金属球。其间留有空隙，将导线固定到绝缘支架B上靠近感应线圈放置。让感应线圈工作，当电火花在铜管a、b上两个金属球间跳动时，支架B上导线环两端的两个小球间也有电火花跳动。据此回答下列问题。
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1
(1)人类历史上，首先捕捉到电磁波的科学家是________。
(2)对于这一实验现象的解释如下，请完成其中的填空。
①感应线圈本质上是一个变压器，它利用________将低压交流电变成数千伏的高电压。由于铜管a、b上两球间的电压很高，间隙中电场________，空气分子被电离，从而形成一个导电通路。
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赫兹
电磁感应
很强
题号
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1
②当电火花在铜管a、b上的两个金属球间跳动时，必定建立了一个迅速变化的电磁场。这种变化的电磁场以________的形式在空间快速传播。当其经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出___________，击穿导线环中的空气，使得导线环的空隙中也产生了电火花。
③在此实验中，感应圈及金属棒构成了电磁波的________。导线环成了电磁波的________。
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电磁波
感应电动势
发射器
检测器
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[解析] (1)建立完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是麦克斯韦，而首先证实电磁波存在，并捕捉到电磁波的科学家是赫兹。
(2)当电火花在感应圈两个金属球间跳动时，必定建立一个快速变化的电磁场。这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间快速传播。当电磁波经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的两个小球间也产生了电火花。在赫兹实验中，感应圈成了电磁波发射器，导线环成了电磁波的检测器。
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①可知，感应线圈本质上是一个变压器，它利用电磁感应将低压交流电变成数千伏的高电压。由于a、b管上两球间的电压很高，间隙中电场很强，空气分子被电离，从而形成一个导电通路；
②当电火花在a、b管上两个金属球间跳动时，必定建立一个迅速变化的电磁场，这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间快速传播，当其经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出感应电动势，击穿导线环中的空气，使得导线环的空隙中也产生了电火花；
③在此实验中，感应圈及金属棒构成了电磁波的发射器，导线环成了电磁波的检测器。
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12．利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，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、电流表和其他元件串联成一个电路，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”)。
小
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(2)上述电路中，我们将电流表中的电流刻度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 ℃
(如图甲所示)，则25 ℃的刻度应在20 ℃的刻度的________(选填“左”或“右”)侧。
(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化，请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路。(请在图乙中作图)
右
见解析图
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[解析] (1)根据热敏电阻的特点可知，当热敏电阻所在区域的温度降低，阻值增大，根据欧姆定律可知电路中的电流变小。
(2)当热敏电阻附近的温度由20 ℃变为25 ℃时，热敏电阻的阻值变小，电路中的电流变大，所以25 ℃的刻度应在20 ℃的右边。
(3)电路图如图所示。
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13．如图甲是苹果自动分拣装置的示意图。该装置能把苹果按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在一个以O1为转轴的杠杆上，杠杆的末端压在半导体薄膜压力传感器R1上，半导体薄膜压力传感器阻值R1随压力F变化的图像如图乙所示。当R2两端电压U≥4 V时激励放大电路吸动电磁铁开关的衔铁，使分拣开关打开下面通道，并保持一段时间使得苹果进入下面通道，否则苹果进入上面通道。若托盘秤上的苹果质量为250 g时，压力F＝1 N，以此质量为分拣标准。已知电源电动势E＝6 V，内阻不计。
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(1)分析R-F图像可知，图像在某点的斜率越大压力传感器的灵敏度越________(选填“高”或“低”)。
(2)当R2阻值为________kΩ时大于250 g的苹果将通过________(选填“上通道”或“下通道”)。
(3)电源内阻不能忽略时，实际分拣的标准______(选填“大于”“等于”或“小于”)250 g。
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高
60
下通道
大于
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14．为节能减排、保护环境，公共场所使用声、光控照明系统，声、光控开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求，其示意图如图甲所示。
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(1)声控开关和光控开关的连接方式为________(选填“串联”或“并联”)。
(2)其中光控开关内部示意图如图乙所示，光敏电阻的阻值随照度(照度可以反映光的强弱，光越强，照度越大，单位为lx)的变化关系如图丙所示。已知光控开关中的电源电动势为4.0 V，内阻不计，电阻箱的阻值调为8 Ω，电磁开关的电阻为2 Ω，设计要求当流过电磁开关的电流小于0.10 A，即照度低于________ lx时(结果保留一位小数)，光控开关接通。
(3)为了市民出行更加安全，需要在更强光照时就开启照明系统，这需要________(选填“增大”或“减小)电阻箱的阻值。
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串联
0.6
增大
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根据串联电路的电阻关系可得此时光敏电阻的阻值R光敏＝40 Ω－8 Ω－2 Ω＝30 Ω
由题图丙可知此时光照度为0.6 lx
当流过电磁开关的电流小于0.10 A，即照度低于0.6 lx时，光控开关接通。
(3)为了市民出行更加安全，需要在更强光照时就开启照明系统，由于光照强度增强，光敏电阻值减小，所以应该把电阻箱阻值调大。
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15．如图所示为利用电学原理测重力的装置原理图。绝缘弹簧的上端固定，下端与导电的底盘相连，弹簧套在竖直的电阻率较大的均匀金属杆上。金属杆上端固定绝缘托盘，下端与底盘接触良好，并能在底盘上自由滑动。电路上端与金属杆相连，另一端与底盘相连。已知弹簧的劲度系数k＝1 200 N/m，电阻箱此时电阻R＝2.0 Ω，电源的电动势E＝12 V，内阻r＝0.5 Ω。闭合开关，
托盘上不放置重物时，弹簧的长度l＝0.25 m，
测得压力传感器两端电压为U1＝6.0 V。不计摩
擦和底盘的电阻。
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(1)求金属杆单位长度的电阻R0；
(2)在托盘中放置重力为240 N的重物时，求压力传感器两端电压U2；
(3)电池用一段时间(电动势不变)之后，其电阻变为原来的两倍，某次测量中，传感器示数为150 N，求该重物的实际重力。
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[答案] (1)10 Ω/m (2)2.0 V (3)120 N章末综合测评(四) 电磁振荡与电磁波 传感器
一、选择题(在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，第8～10题有多项符合题目要求。)
1．关于电磁波谱，下列说法正确的是( )
A．验钞机验钞票真伪体现了红外线的荧光效应
B．相同条件下，电磁波谱中最难发生衍射的是X射线
C．利用雷达测出发射微波脉冲及接收到脉冲的时间间隔可以确定雷达和目标的距离
D．夏天太阳把地面晒得发热是因为可见光的热效应在各种电磁波中是最强的
2．当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品之中，下述关于常用的几种家用电子器件所采用传感器的说法错误的是( )
A．全自动洗衣机的水位控制主要采用了压力传感器
B．电子体温计主要是采用了温度传感器
C．电脑所用的光电鼠标主要是采用了声波传感器
D．电子秤主要是采用了力电传感器
3．下列关于传感器元件说法正确的是( )
A．如图甲，当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，干簧管起到开关的作用
B．如图乙，是一种电感式微小位移传感器，物体1连接软铁芯2插在空心线圈3中，当物体1向右发生微小位移时，线圈自感系数变大
C．如图丙是一光敏电阻，随着光照增强，光敏电阻导电性变差
D．如图丁，当力F越大，金属梁弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越小
4．如图所示是我国500 m口径球面射电望远镜(FAST)，它可以通过接收来自宇宙深处的电磁波探索宇宙。下列关于电磁波的说法正确的是( )
A．麦克斯韦提出了电磁场理论，赫兹预言了电磁波的存在
B．光是一种电磁波，是传播着的电磁场，光具有能量
C．电磁波在真空中的传播速度随频率增大而增大
D．紫外线是一种波长比紫光更长的电磁波，能够灭菌消毒
5．如图所示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( )
A．温度升高至74 ℃时，L1灯亮报警
B．温度升高至74 ℃时，L2灯亮报警
C．温度升高至78 ℃时，L1灯亮报警
D．温度升高至78 ℃时，L2灯亮报警
6．某探测器内电磁波发生电路包含LC电磁振荡电路，设在某时刻电路中电流的方向和电容器上、下极板带电情况如图所示，下列说法中正确的是( )
A．电容器所带电荷量正在逐渐增大
B．电路中电场能正在转化为磁场能
C．若增大电容器的电容，则发射的电磁波频率变大
D．若减小线圈的自感系数L，则发射的电磁波波长变长
7．红外遥感卫星通过接收地面物体发出的红外辐射来探测地面物体的状况。地球大气中的水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)能强烈吸收某些波长范围的红外辐射。也就是说地面物体发出某些波长的电磁波，只有一部分能够通过大气层被遥感卫星接收。如图所示为H2O和CO2对某一波段不同波长电磁波的吸收情况。由图可知，在该波段红外遥感卫星大致能够接收到的波长范围为( )
A．2.5～3.5 μm B．4～4.5 μm
C．5～7 μm D．8～13 μm
8．各种电磁波在日常生活和生产中被应用。下列关于电磁波的说法中，正确的是( )
A．频率越大的电磁波，在真空中的传播速度越大
B．控制电视、空调的遥控器使用的是红外线
C．机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪使用的是X射线
D．医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒
9．LC振荡电路中电容器两端的电压U随时间t变化的关系如图所示，下列说法正确的是( )
A．t1时刻电路中的电流最大
B．t2时刻电容器上的电荷量为零
C．t3时刻电路中的磁场能最大
D．t3 ～t4 时间内，电场能转化为磁场能
10．传感器在日常生活中有着广泛的应用，它的种类多种多样，其性能也各不相同。以下有关传感器的说法正确的是( )
A．办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开关，这是光传感器的应用
B．非触摸式自动水龙头(自动感应水龙头)应用的传感器是压力传感器
C．空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内实现这一功能的传感器是温度传感器
D．调温型电熨斗能自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，能控制电路的通断
二、非选择题
11．如图所示，感应圈G上装两根带有球形电极的铜管a、b构成发射天线，两球的间隙约0.5 cm。将一根导线弯成环状，导线两端安装两个小金属球。其间留有空隙，将导线固定到绝缘支架B上靠近感应线圈放置。让感应线圈工作，当电火花在铜管a、b上两个金属球间跳动时，支架B上导线环两端的两个小球间也有电火花跳动。据此回答下列问题。
(1)人类历史上，首先捕捉到电磁波的科学家是________。
(2)对于这一实验现象的解释如下，请完成其中的填空。
①感应线圈本质上是一个变压器，它利用________将低压交流电变成数千伏的高电压。由于铜管a、b上两球间的电压很高，间隙中电场________，空气分子被电离，从而形成一个导电通路。
②当电火花在铜管a、b上的两个金属球间跳动时，必定建立了一个迅速变化的电磁场。这种变化的电磁场以________的形式在空间快速传播。当其经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出________，击穿导线环中的空气，使得导线环的空隙中也产生了电火花。
③在此实验中，感应圈及金属棒构成了电磁波的________。导线环成了电磁波的________。
12．利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，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、电流表和其他元件串联成一个电路，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 ℃(如图甲所示)，则25 ℃的刻度应在20 ℃的刻度的________(选填“左”或“右”)侧。
(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化，请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路。(请在图乙中作图)
13．如图甲是苹果自动分拣装置的示意图。该装置能把苹果按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在一个以O1为转轴的杠杆上，杠杆的末端压在半导体薄膜压力传感器R1上，半导体薄膜压力传感器阻值R1随压力F变化的图像如图乙所示。当R2两端电压U≥4 V时激励放大电路吸动电磁铁开关的衔铁，使分拣开关打开下面通道，并保持一段时间使得苹果进入下面通道，否则苹果进入上面通道。若托盘秤上的苹果质量为250 g时，压力F＝1 N，以此质量为分拣标准。已知电源电动势E＝6 V，内阻不计。
(1)分析R-F图像可知，图像在某点的斜率越大压力传感器的灵敏度越________(选填“高”或“低”)。
(2)当R2阻值为________kΩ时大于250 g的苹果将通过________(选填“上通道”或“下通道”)。
(3)电源内阻不能忽略时，实际分拣的标准______(选填“大于”“等于”或“小于”)250 g。
14．为节能减排、保护环境，公共场所使用声、光控照明系统，声、光控开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求，其示意图如图甲所示。
(1)声控开关和光控开关的连接方式为________(选填“串联”或“并联”)。
(2)其中光控开关内部示意图如图乙所示，光敏电阻的阻值随照度(照度可以反映光的强弱，光越强，照度越大，单位为lx)的变化关系如图丙所示。已知光控开关中的电源电动势为4.0 V，内阻不计，电阻箱的阻值调为8 Ω，电磁开关的电阻为2 Ω，设计要求当流过电磁开关的电流小于0.10 A，即照度低于________ lx时(结果保留一位小数)，光控开关接通。
(3)为了市民出行更加安全，需要在更强光照时就开启照明系统，这需要________(选填“增大”或“减小)电阻箱的阻值。
15．如图所示为利用电学原理测重力的装置原理图。绝缘弹簧的上端固定，下端与导电的底盘相连，弹簧套在竖直的电阻率较大的均匀金属杆上。金属杆上端固定绝缘托盘，下端与底盘接触良好，并能在底盘上自由滑动。电路上端与金属杆相连，另一端与底盘相连。已知弹簧的劲度系数k＝1 200 N/m，电阻箱此时电阻R＝2.0 Ω，电源的电动势E＝12 V，内阻r＝0.5 Ω。闭合开关，托盘上不放置重物时，弹簧的长度l＝0.25 m，测得压力传感器两端电压为U1＝6.0 V。不计摩擦和底盘的电阻。
(1)求金属杆单位长度的电阻R0；
(2)在托盘中放置重力为240 N的重物时，求压力传感器两端电压U2；
(3)电池用一段时间(电动势不变)之后，其电阻变为原来的两倍，某次测量中，传感器示数为150 N，求该重物的实际重力。章末综合测评(四)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
C C A B D B D BC BD ACD
1．C [验钞机验钞票真伪体现了紫外线的荧光效应，不是红外线，A错误；相同条件下，电磁波谱中最难发生衍射的是波长比X射线更小的γ射线，B错误；利用雷达测出发射微波脉冲及接收到脉冲的时间间隔可以确定雷达和目标的距离，C正确；夏天太阳把地面晒得发热是因为红外线的热效应在各种电磁波中最强，D错误。]
2．C [全自动洗衣机的水位控制主要采用了压力传感器，水增加时，由于水的重力增加，压力增大，当水位达到一定值后，关闭进水开关，A正确；电子体温计主要是采用了温度传感器，B正确；电脑所用的光电鼠标主要采用了光电传感器，C错误；电子秤主要是采用了力电传感器，D正确。本题选说法错误的，故选C。]
3．A [当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，干簧管起到开关的作用，A正确；当物体1向右发生微小位移时，铁芯插入的长度变小，线圈自感系数变小，B错误；当强光照射时，光敏电阻的阻值变小，导电性变好，C错误；当力F越大，金属梁弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大，D错误。故选A。]
4．B [麦克斯韦提出了电磁场理论，并预言了电磁波的存在，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，故A错误；光是一种电磁波，根据电磁波的概念，可知光是传播着的电磁场，光具有能量，故B正确；电磁波在真空中传播速度都相同，均为3×108 m/s，不随波长和频率的变化而变化，故C错误；紫外线是一种波长比紫光更短的、频率比紫光更高的电磁波，主要应用在灭菌消毒和钞票防伪上，故D错误。故选B。]
5．D [由题图可知：金属丝下端所指的示数为78 ℃；当温度升高到78 ℃，水银温度计顶端封入的一段金属丝就和水银相接，接通电路，电磁铁有了磁性，把衔铁吸引下来，L2灯亮报警，故D正确。]
6．B [电路中有如题图的电流，说明电容器正在放电，所以电容器所带电荷量逐渐减小，故A错误；电路中电容器放电，电场能转化为磁场能，故B正确；增大电容器的电容，由简谐振荡的频率公式f＝可知，振荡频率减小，发射的电磁波频率变小，故C错误；减小线圈的自感系数，简谐振荡的频率变大，发射的电磁波频率变大，根据λ＝可知，电磁波的波长变短，故D错误。故选B。]
7．D [由题图可知，水对红外辐射吸收率最低的波长范围是8～13 μm；二氧化碳对红外辐射吸收率最低的波长范围是5～13 μm，所以遥感卫星大致能够接收到的波长范围是8～13 μm，故选D。]
8．BC [电磁波在真空中的传播速度为光速不变，故A错误；控制电视、空调的遥控器使用的是红外线，故B正确；机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪使用的是X射线，故C正确；医院里常用紫外线对病房和手术室进行消毒，故D错误。故选BC。]
9．BD [由题图可知在t1时刻电容器两极板间电压最大，两极板之间的电场最强，电场能最大，根据能量守恒可知此时磁场能量最小，故在时t1时电路中的电流为0，故A错误；在t2时刻电容器两极板间的电压为0，由Q＝CU可知，t2时刻电容器上的电荷量为零，故B正确；在t3时刻电容器两极板间的电压最大，两极板间电场最强，电场能最大，根据能量守恒可知此时磁场能量最小，故C错误；在t3时刻至t4，电容器两端的电压逐渐减小，故两极板之间的电场逐渐减弱，则电路的电场能不断减小，根据能量守恒可知电场能转化为磁场能，故D正确。故选BD。]
10．ACD [办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开和关，是由于人体会发出红外线，当传感器探测到人体发出的红外线后，门会自动打开，是光传感器的应用，选项A正确；利用红外线的热效应可以制成多种开关，本题所涉及的水龙头和智能门就是这一应用的体现，是利用光传感器制成的，选项B错误；空调机在室内温度达到设定温度后，会自动停止工作，这是因为空调机使用温度传感器，选项C正确；电熨斗能自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断，原理是不同的金属膨胀系数不同，选项D正确。]
11．解析：(1)建立完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是麦克斯韦，而首先证实电磁波存在，并捕捉到电磁波的科学家是赫兹。
(2)当电火花在感应圈两个金属球间跳动时，必定建立一个快速变化的电磁场。这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间快速传播。当电磁波经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的两个小球间也产生了电火花。在赫兹实验中，感应圈成了电磁波发射器，导线环成了电磁波的检测器。
①可知，感应线圈本质上是一个变压器，它利用电磁感应将低压交流电变成数千伏的高电压。由于a、b管上两球间的电压很高，间隙中电场很强，空气分子被电离，从而形成一个导电通路；
②当电火花在a、b管上两个金属球间跳动时，必定建立一个迅速变化的电磁场，这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间快速传播，当其经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出感应电动势，击穿导线环中的空气，使得导线环的空隙中也产生了电火花；
③在此实验中，感应圈及金属棒构成了电磁波的发射器，导线环成了电磁波的检测器。
答案：(1)赫兹 (2)①电磁感应 很强 ②电磁波 感应电动势 ③发射器 检测器
12．解析：(1)根据热敏电阻的特点可知，当热敏电阻所在区域的温度降低，阻值增大，根据欧姆定律可知电路中的电流变小。
(2)当热敏电阻附近的温度由20 ℃变为25 ℃时，热敏电阻的阻值变小，电路中的电流变大，所以25 ℃的刻度应在20 ℃的右边。
(3)电路图如图所示。
答案：(1)小 (2)右 (3)见解析图
13．解析：(1)分析R-F图像可知，图像在某点的斜率越大，当压力变化时电阻变化越快，即压力传感器的灵敏度越高。
(2)由题图乙可知，托盘秤上的苹果质量为250 g时，压力F＝1 N，此时压敏电阻R1＝30 kΩ
则R2＝U
解得R2＝60 kΩ
即当R2阻值为60 kΩ时，激励放大电路吸动电磁铁开关的衔铁，使分拣开关打开下面通道，大于250 g的苹果将通过下通道。
(3)电源内阻不能忽略时，根据R2＝U
则实际要吸引衔铁打开通道时的电阻R1偏小，需要的压力偏大，即实际分拣的标准大于250 g。
答案：(1)高 (2)60 下通道 (3)大于
14．解析：(1)由题可知，声、光控开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时电路才能正常工作，所以声控开关和光控开关的连接方式为串联。
(2)由题图乙可知，光敏电阻、电阻箱和电磁开关串联，电源电压U＝4.0 V，电阻箱的阻值R电阻箱＝8 Ω，电磁开关的阻值为R电磁＝2 Ω，当流过电磁开关的电流I＝0.10 A时，根据I＝
可得此时电路的总电阻为R总＝40 Ω
根据串联电路的电阻关系可得此时光敏电阻的阻值R光敏＝40 Ω－8 Ω－2 Ω＝30 Ω
由题图丙可知此时光照度为0.6 lx
当流过电磁开关的电流小于0.10 A，即照度低于0.6 lx时，光控开关接通。
(3)为了市民出行更加安全，需要在更强光照时就开启照明系统，由于光照强度增强，光敏电阻值减小，所以应该把电阻箱阻值调大。
答案：(1)串联 (2)0.6 (3)增大
15．解析：(1)当不放重物时，定值电阻R与金属杆串联，由闭合电路欧姆定律E＝I(R＋r)＋U1，得电路中的电流I＝2.4 A，金属杆接入电路中的电阻R金＝，得R金＝2.5 Ω，金属杆单位长度的电阻R0＝，得R0＝10 Ω/m。
(2)当托盘中放置重力为240 N的重物时，根据胡克定律G＝k(l－l′)
由闭合电路欧姆定律得I′＝
金属杆接入电路中的电阻R′金＝＝R0l′，联立可得U2＝2.0 V。
(3)压力传感器即一个电压和一个重力相对应，则有传感器在电源内阻变化前后的电路传感器分压应该相同，则有×12(V)＝×12(V)
联立得G实＝120 N。
答案：(1)10 Ω/m (2)2.0 V (3)120 N
