5.3 大显身手的传感器 同步练习（含答案解析） (3)

5.3
大显身手的传感器
同步练习
1.电子秤使用的是（　　）
A.超声波传感器
B.温度传感器
C.压力传感器
D.红外线传感器答案:C
2.关于电饭锅的说法正确的是（　　）
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,它不能自动复位
解析:电饭锅中的温度传感器其主要元件是感温铁氧体，它是由氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成.其特点是常温下具有铁磁性，能够被磁体吸引，温度达到约103
℃，失去铁磁性.水沸腾后，由于锅内保持100
℃不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至103
℃时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，它不能自动复位，切断电源，从而停止加热.答案:BD
3.如图5-3-12所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变化，发生这一现象的主要原因是（　　）
图5-3-12
A.小灯泡变亮，小灯泡的电阻发生了变化
B.小灯泡变亮，小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化
C.小灯泡变暗，电阻丝的电阻率随温度发生了变化
D.小灯泡变暗，电源的电压随温度发生了变化
解析:用酒精灯加热电阻丝时，电阻丝的电阻率随温度升高而增大，电流减小，灯泡变暗.答案:C
4.关于各种材料的电阻率，下列说法正确的是（　　）
A.纯金属的电阻率较合金的电阻率小
B.把一根长导线截成两段，每段的电阻率是原来的
C.任何材料的电阻率在任何条件下都不可能为零
D.任何材料的电阻率都随温度的升高而增大
解析:合金的电阻率比纯金属的大，故A项正确；金属电阻率是金属导体的特性，故B项错；超导材料达到一定低温时，其电阻率可达到零，故C项错；半导体（热敏电阻）的电阻率随温度升高而减小，故D项错.答案:A
5.动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象,图5-3-13甲所示的是话筒原理,乙是录音机的录音、放音原理图,由图可知:①话筒工作时录音磁铁不动,线圈振动而产生感应电流；②录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流；③录音机放音时线圈中变化了的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场；④录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场.其中正确的是
…（　　）
图5-3-13
A.②③④
B.①②③
C.①②④　　D.①③④
解析：话筒的工作原理是声波迫使金属线圈在磁铁产生的磁场中振动产生感应电流.①正确,录音时,话筒产生的感应电流经放大电路放大后在录音机磁头缝隙处产生变化的磁场,④正确,磁带在放音时通过变化的磁场使放音磁头产生感应电流,经放大电路后再送到扬声器中,②正确.答案：C
6.如图5-3-14所示是家用电冰箱的压缩启动装置的电路.其中的运行绕组是电冰箱在工作时电动机定子，由于家用交流电是单相的，启动时必须依靠启动绕组的帮助才能产生旋转磁场.在启动绕组的支路中串联有一个PTC元件，这是一种以酞酸钡为主要材料的热敏电阻器.电流流过PTC元件，元件发热，它的电阻率随温度升高而发生显著变化，当电动机转起来正常以后，PTC元件温度较高，电阻很大，启动绕组电流很小，以下判断正确的是
…（　　）
图5-3-14
①电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少　?②电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少　?③电冰箱启动后，启动绕组功率不变，运行绕组功率是变化的　④电冰箱启动后，启动绕组功率是变化的，运行绕组功率不变.
A.①③
B.②④
C.①④　　D.②③
解析:启动时，由于PTC元件温度低电阻小，故耗电多，②正确；启动后，随PTC元件温度升高，PTC元件电阻增大，通过启动绕组的电流减小，故启动绕组功率是变化的，而运行绕组电压不变，故功率不变，则④正确.答案:B
7.如图5-3-15所示是继电器的原理图，当在接线柱2、3间接入电源时，电磁铁便将衔铁P吸离A而与B接触，从而达到控制电路的目的，接线柱_____________与接有电源的热敏电阻串接，接线柱_____________与外电路串接，即可在温度过高时切断外电路，实现对外电路的自动控制.
图5-3-15
解析:2、3间与接有电源的热敏电阻串联时，温度高时，电阻小、电流大、电磁铁将衔铁P吸离A，切断电路达到电路自动控制的目的，故2与3间与接有电源的热敏电阻串联，接线柱1与5与外电路串联.答案:2、3　1、5
8.一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度t变化的关系如图5-3-16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钛酸钡被称为“PTC”的特殊材料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.
图5-3-16
根据图线分析：
（1）为什么原处于冷态的PTC熨斗刚通电时比普遍电熨斗升温快
（2）通电一段时间后电熨斗温度t自动地稳定在（填下标数字）T_______＜t＜T_________范围之内.?
解析:如图5317中实线②可知温度较低时，PTC电阻很小，并随温度升高而降低，功率很大；当温度达到T6以后PTC材料的电阻随温度增加而急剧增加，功率突然变得很小，温度上升缓慢，散热功率等于发热功率时，温度不再上升.
答案:(1)冷态时PTC电阻很小，电功率很大，所以升温很快；(2)6　7
9.图5-3-17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，为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示.当a、b端电压＜0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当＞0时，电压鉴别器使S断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在____________
℃.
图5-3-17
解析:设电路路端电压为U，当＝0时，有，
解得：＝20
kΩ.由图乙可知，当＝20
kΩ时，t＝35
℃.
答案:35
10.用如图5-3-18所示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（取g＝10
m／s2）.
图5-3-18
（1）若传感器a的示数为14
N、b的示数为6.0
N，求此时汽车的加速度大小和方向.
（2）当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零
解析:传感器上所显示出的力的大小，即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知，此即为弹簧上的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小.
(1)如右图所示，依题意：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，根据牛顿第二定律有F1-F2＝ma1，得：a1＝（F1-F2）/
m＝(14-6.0)/2.0m／s2＝4
m／s2.a1与F1同方向，即向前(向右).
(2)a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F1′＝0，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所在右弹簧的弹力变为F2′＝20
N.滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得＝F2′＝ma2，得：a2＝＝-10m／s2.负号表示方向向后(向左).
答案:(1)4.0
m／s2?　向右　(2)10
m／s2?　向左
11.如图5-3-19所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图，A为光源，B为光电接收器，A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，D为与C同轴相连的齿轮.车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示.若实验显示单位时间内的脉冲数为n，累计脉冲数为N，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理数据是：_____________；小车速度的表达式为：v＝_____________；行程的表达式为：s＝_____________.
图5-3-19
解析:小车的速度等于车轮的周长与单位时间内车轮转动圈数的乘积.设车轮的半径为R，单位时间内车轮转动圈数为k，则有v＝2πRk.
若齿轮的齿数为P，则齿轮转一圈电子电路显示的脉冲数即为P，已知单位时间内的脉冲数为n，所以单位时间内齿轮转动圈数为.由于齿轮与车轮同轴相连，他们在单位时间内转动圈数相等，即k＝n／P.由以上两式可得，.
同理，设车轮转动的累计圈数为k，则有s＝2πRk，且k＝N／P，所以s＝.可见，要测出小车的速度v和行程s，除单位时间内的脉冲数n和累计脉冲数N外，还必须测出车轮半径R和齿轮的齿数P.
答案:车轮半径R和齿轮的齿数P