8.3跨学科实践:传感技术
学校:___________姓名:___________班级:___________考号:___________
一、单选题
1.如图所示,嫦娥六号成功着陆月球背面,在鹊桥二号中继星的支持下,实现人类首次月球背面地表采样返回。下列说法中正确的是( )
A.采集的样品返回地球后质量会减小
B.太阳能电池主要将光能转化为内能
C.控制中心利用电磁波最终实现对嫦娥六号的控制
D.嫦娥六号下降过程中,相对于月球表面是静止的
2.如图是一种佩戴在手腕上的“计步器”,其内部的基本构造是在一段塑料管中密封一小块磁体,管外绕着线圈。走路时,磁体在管中往复运动,线圈输出不断变化的电流,实现计步。下列选项中与“计步器”产生电流的原理相同的是( )
A.动圈式话筒 B.扬声器 C.电磁铁 D.电动机
3.我国于2018年和2024年先后发射了鹊桥号和鹊桥二号中继星,架起了地球与月球背面通信的“天桥”。相比于鹊桥号,鹊桥二号距月球更近(如图),采用了反射率更高的镀金钼丝天线。下列说法正确的是( )
A.鹊桥号利用声波进行信号传输
B.鹊桥二号利用电磁波进行信号传输
C.镀金钼丝天线反射的信号传播速度为3×108km/s
D.信息从月球背面传到鹊桥二号比到鹊桥号用时长
4.波长在1cm至1mm之间的无线电波叫做毫米波,近年来利用毫米波制作的雷达被广泛应用于汽车领域。无线电波频段划分如图。则( )
A.毫米波属于UHF频段的电磁波
B.毫米波在空气中的传播速度为340m/s
C.6×1010Hz毫米波波长比8×1010Hz的波长长
D.UHF和SHF频段电磁波在真空中的传播速度不同
5.紫外线按波长大小可分为多个子波段如图,其中段可用于制造芯片,则( )
A.不是电磁波 B.波长大于紫光
C.波长可能为 D.传播速度比无线电波大
6.科技馆内有一款电磁跷跷板,如图所示,当跷跷板上下跷动时,磁铁由于重力,会在线圈中左右滑动,两个二极管交替发光,下列设备的工作原理与其相同的是( )
A.电风扇 B.动圈式话筒 C.电磁铁 D.电铃
7.下列四个设备中应用了电磁感应现象的是( )
A.电铃 B.防汛报警器
C.麦克风 D.扬声器
8.小新不舒服,爸爸带着去看医生,下列说法不正确的是( )
A.在医院门口看到雾炮车向高空喷洒水雾形成的彩虹景观属于光的色散现象
B.医院的紫外线灭菌灯应用了人眼看不见的光-紫外线
C.护士用的非接触测温枪是利用红外线实现对人体体温的测量
D.在医院进行的“B超”检查是利用电磁波工作的
二、多选题
9.将两个电流计和(主要部件是永磁体和带有指针的线圈)用导线连接起来,如图所示。当拨动的指针时,观察到的指针也会随之摆动。下列说法正确的是( )
A.拨动的指针时,电路中产生了电流
B.的工作原理与扬声器的原理相同
C.的指针摆动幅度一定大于
D.的工作原理与动圈式话筒的原理相同
三、填空题
10.认识敏感元件
敏感元件能敏锐地检测到某种物理、化学信息,通过一定的电路将其转变为 。敏感元件通常以其可检测的物理量来命名,如 、光敏、压敏、磁敏、气敏、湿敏元件等。
11.电磁波在真空中的传播速度为 ,用收音机收听某广播电台节目时,已知这套节目的发射频率为600,则这套节目用来发射信号的电磁波的波长是 m。
12.如图是电磁波及其应用实例,可见光 (选填“属于”或“不属于”)电磁波的一种,电视遥控器使用的是 进行遥控,电磁波 (选填“能”或“不能”)在真空中传播。
13.微波炉是现代家庭中的烹饪工具,它是利用磁控管产生微波加热食物的。
(1)磁控管的电子管是个微波发生器,它能产生每秒振动24.5亿次的微波。该微波在真空中的传播速度为 ,它的波长约为一个 (选填“葡萄”或“柚子”)的直径;
(2)为了保障用电安全,微波炉应该使用 (选填“两脚”或“三脚”)插头;为了防止微波泄漏对人体造成伤害,在玻璃炉门内侧应装有 (选填“金属网”或“绝缘板”);
(3)微波炉运行期间,磁控管有“工作”和“休息”两种状态,我们把磁控管“工作”状态时间与微波炉运行总时间的比率称为“占空比”,“占空比”越高,微波炉加热功率越 (选填“大”或“小”);当“占空比”为时,将一杯水放入微波炉中加热至沸腾需要4min,当“占空比”为时,将相同的一杯水放入微波炉中加热至沸腾需要 min。
14.如图为一款儿童滑板车,当车轮转动时,可自行发电,使轮边的LED灯发光。滑板车发电的原理是 ,生活中 (选填“电动机”“扬声器”或“动圈式话筒”)也是利用这种原理工作的。
四、实验题
15.图甲是“探究磁场对通电导体的作用”实验装置。
(1)在实验时,是通过观察 来显示通电导体在磁场中受到磁场力的作用。
(2)移动滑动变阻器的滑片到适当位置,闭合开关,发现金属棒ab向右运动。保持磁场方向不变,只改变电路中的电流方向,闭合开关,发现金属棒ab向左运动;保持电流方向不变,只把磁体的N、S极调换一下,发现金属棒ab向左运动;让磁场方向、电流方向同时改变,发现金属棒ab向右运动。根据观察到的实验现象,进行分析,可以得到的结论是:磁场对通电导体有力的作用,且力的方向与 和 有关。
(3)根据该实验原理,小明用一段漆包铜线绕成线圈,自制了一个如图乙所示的简易电动机,用小刀刮去两端的漆皮,另一端只刮去半周。按这种方法刮漆的目的有两个:一是使线圈能够 ,二是这一部位能起到 (填某一部件的名称)的作用。
(4)下列装置中用到该实验原理的是________(填字母)。
A.扬声器 B.动圈式话筒 C.发电机
五、综合题
16.传感技术
(1)电磁应用
①话筒(动圈式麦克风)的工作原理:电磁感应现象,把声音转换为 。
②扬声器的工作原理:通电线圈在磁场中受力运动,把电流转换为 。
③电话的工作原理:在话筒中将声音转换为强弱变化的电流,再在扬声器中将强弱变化的电流还原成声音,即振动→变化的 → 。
(2)传感技术
①在技术上,声、光、热、力等信息都可以转换为 信号。实现这些转换的器件,叫作 。
②应用:传感器在自动控制领域及日常生活中有广泛的应用。
《8.3跨学科实践:传感技术》参考答案
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
答案 C A B C C B C D AD
1.C
【详解】A.质量是物质的一种基本属性,跟物体形状、状态、空间位置等无关,故采集的样品返回地球后质量不变,故A错误;
B.太阳能电池是将光能转变为化学能的,故B错误;
C.电磁波可以传递信息,且不需要介质,故控制中心利用电磁波通过鹊桥二号实现对嫦娥六号的控制,故C正确;
D.嫦娥六号下降过程中,与月球表面相对位置发生改变,离月球表面越来越近,相对于月球表面是运动的,故D错误。
故选C。
2.A
【详解】A.根据题干描述线圈中产生了感应电流,故计步器的原理是电磁感应现象,动圈式话筒工作原理是电磁感应现象,故A符合题意;
B.扬声器的工作原理是通电导体在磁场中受力的作用,故B不符合题意;
C.电磁铁的工作原理是通电导体周围存在磁场,故C不符合题意;
D.电动机的工作原理是通电导体在磁场中受力的作用,故D不符合题意。
故选A。
3.B
【详解】A.声音的传播需要介质,如空气、水等,在真空中无法传播。而月球背面与地球之间的空间是真空环境,声波无法在这种环境中传播,所以鹊桥号不可能利用声波进行信号传输,故A错误;
B.电磁波可以在真空中传播,并且具有传播速度快、穿透能力强等特点,非常适合用于远距离的通信。在地球与月球背面之间的通信中,鹊桥二号作为中继星,是利用电磁波进行信号传输的,故B正确;
C.电磁波在真空中的传播速度是一个定值,约为,故C错误;
D.相比于鹊桥号,鹊桥二号距月球更近。在信息传输过程中,距离越短,信息传输所需的时间就越短。所以信息从月球背面传到鹊桥二号比到鹊桥号用时更短,故D错误。
故选B。
4.C
【详解】A.波长在1cm至1mm之间的无线电波叫做毫米波,即波长为10-3m~10-2m,根据图中波长确定是极高频波,不是属于UHF频段的电磁波,故A不符合题意;
BD.毫米波也是电磁波,各种电磁波在空气中的传播速度近似等于在真空中的传播速度,大约为3×108m/s,UHF和SHF频段电磁波在真空中的传播速度相同,故BD不符合题意;
C.根据图中知波长越短,频率越高,6×1010Hz毫米波波长比8×1010Hz的波长长,故C符合题意。
故选C。
5.C
【详解】AD.紫外线和无线电波都是电磁波,段属于紫外线,所以是电磁波,传播速度与无线电波相同,故AD不符合题意;
BC.由图可知,的波长在,则波长可能为,紫光的波长在,所以波长小于紫光,故B不符合题意,C符合题意。
故选C。
6.B
【详解】电磁跷跷板中,磁铁在线圈中滑动,线圈切割磁感线产生感应电流,使二极管发光,利用的是电磁感应原理。
A.电风扇主要利用通电导体在磁场中受力运动,故A错误;
B.动圈式话筒是声音使膜片振动,带动线圈切割磁感线产生感应电流,利用电磁感应原理,故B正确;
C.电磁铁利用电流的磁效应,故C错误;
D.电铃利用电流的磁效应,故D错误。
故选B。
7.C
【详解】A.电铃是利用电流的磁效应工作的。当电路接通时,电磁铁有磁性,吸引衔铁,使小锤敲击铃碗发出声音;同时电路断开,电磁铁失去磁性,衔铁在弹簧片的作用下恢复原位,电路再次接通,如此反复,电铃就持续发出声音。故A不符合题意;
B.常见的防汛报警器一般是利用电磁继电器来控制工作电路的通断,电磁继电器是利用电流的磁效应工作的,故B不符合题意;
C.麦克风(动圈式麦克风)工作时,声波使膜片振动,带动线圈在磁场中做切割磁感线运动,从而在线圈中产生感应电流,将声音信号转化为电信号,即将机械能转化为电能,符合电磁感应现象的原理。故C符合题意;
D.扬声器是利用通电导体在磁场中受到力的作用工作的。当音频电流通过扬声器的线圈时,线圈在磁场中受到力的作用而振动,带动纸盆振动,从而发出声音,将电信号转化为声音信号,即将电能转化为机械能。故D不符合题意。
故选C。
8.D
【详解】A.在医院门口看到雾炮车向高空喷洒水雾形成的彩虹景观属于光的色散现象,将太阳光分解为七色光,故A正确,不符合题意;
B.医院的紫外线灭菌灯应用了紫外线,紫外线是肉眼不可见的,故B正确,不符合题意;
C.体温越高,对外辐射的红外线越强,护士用的非接触测温枪是利用红外线实现对人体体温的测量,故C正确,不符合题意;
D.在医院进行的“B超”检查是利用超声波工作的,故D错误,符合题意。
故选D。
9.AD
【详解】A.拨动的指针时,相当于中的线圈做切割磁感线运动,电路中会产生感应电流,故A正确;
BD.的工作原理是电磁感应现象,与动圈式话筒的原理相同,扬声器的工作原理是通电导线在磁场中受力运动,则与扬声器的工作原理不同,故B错误,D正确;
C.由于导线有电阻,感应电流通过导线时会因发热损失一部分电能,故的指针摆动幅度一定小于,故C错误。
故选AD。
10. 电信号 热敏
【详解】[1][2]敏感元件能敏锐地检测到某种物理、化学信息,通过一定的电路将其转变为电信号。根据对敏感元件命名规则的了解,敏感元件通常以检测的物理量来命名。常见的有压敏元件(检测压力的变化)、光敏元件(检测光的变化)、热敏元件(检测温度的变化)、磁敏元件(检测磁场的变化)等。
11. 500
【详解】[1]电磁波在真空中的传播速度为c=3×108m/s=3×105km/s
[2]发射频率为f=600kHz=6×105Hz
由c=λf可得,波长
12. 属于 红外线 能
【详解】[1]电磁波是一个大家族,包括无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等,所以可见光属于电磁波的一种。
[2]电视遥控器是利用红外线来进行遥控的。
[3]电磁波的传播不需要介质,它可以在真空中传播。
13.(1) 3×108 柚子
(2) 三脚 金属网
(3) 大 3
【详解】(1)[1]微波是一种电磁波,其在真空中的传播速度与光速相同,其速度是3×108m/s。
[2]由题意可知,微波的振动频率为24.5亿次/秒,即2.45×109Hz,微波在真空中的传播速度为光速,即3×108m/s,则波长
由于葡萄的直径通常在1~3cm左右,柚子的直径通常在10~15cm左右,所以12.2 cm的波长大约是一个柚子的直径。
(2)[1]由于微波炉使用金属做外壳,为了防止触摸金属外壳触电,所以微波炉应该使用三脚插头。
[2]由于金属具有屏蔽微波效应,能有效防止微波泄漏,所以在微波炉门内侧应装上金属网,微波就不会泄露到外面,能避免对人体造成伤害。
(3)[1]由题意可知,磁控管“工作”状态时间与微波炉运行总时间的比率称为“占空比”,“占空比”越高,即磁控管“工作”状态时间与微波炉运行总时间之比越大,由于微波炉运行总时间一定时,磁控管“工作”状态时间越长,放出热量越多,由可知,微波炉加热功率越大。
[2]由题意可知,功率与占空比成正比,当“占空比”为时,将一杯水放入微波炉中加热至沸腾需要4min,当“占空比”为时,则有60%×4min = 80%×t
解得t=3min
14. 电磁感应 动圈式话筒
【详解】[1]当车轮转动时可自行发电,使车轮边缘LED灯发光,此时将机械能转化为电能,是利用电磁感应原理来工作的。
[2]电动机和扬声器的原理相同,是利用通电导体在磁场中受力转动的原理来工作的;动圈式话筒是利用电磁感应原理来工作的。
【点睛】本题考查的是电磁感应现象、电流的磁效应、通电导体在磁场中受力作用,属于常考题。
15.(1)金属棒ab的运动
(2) 电流的方向 磁场的方向
(3) 导电 换向器
(4)A
【详解】(1)由图可知,闭合开关,电路中有电流通过,导体棒ab受力在磁场中运动,是通过观察金属棒ab的运动来显示通电导体在磁场中受到磁场力的作用,判断受力的方向。
(2)[1][2]闭合开关,发现金属棒ab向右运动;保持磁场方向不变,只改变电路中的电流方向,发现金属棒ab向左运动;保持电流方向不变,只把磁铁的N,闭合开关,说明通电导体受力的方向与磁场的方向有关;让磁场方向、电流方向同时改变,发现金属棒ab向右运动,通电导体受力的方向不变;综上所述磁场对通电导线有力的作用,且力的方向与电流的方向和磁场的方向有关。
(3)[1][2]将线圈两端引线的漆皮,金属具有导电性,一端全部刮掉,金属能够导电;二是另一端只刮去半周,当线圈刚转过平衡位置时,线圈由于惯性转过另半圈;它的作用就相当于电动机中的换向器。
(4)A.扬声器的原理是电导体在磁场中受到磁场力的作用,故A符合题意;
BC.动圈式话筒和发电机的原理是电磁感应,故BC不符合题意;
故选A。
16.(1) 电流 声音 电流 振动
(2) 电 传感器
【详解】(1)[1]动圈式麦克风的工作原理是电磁感应现象,当声音引起膜片振动时,与膜片相连的线圈在磁场中做切割磁感线运动,从而产生感应电流,把声音转换为电流。
[2]扬声器中有通电线圈,当电流通过线圈时,线圈在磁场中会受到力的作用而运动,进而带动纸盆振动发出声音,所以把电流转换为声音。
[3][4]电话的工作过程是:在话筒里,声音引起的振动使线圈运动产生强弱变化的电流;在扬声器里,强弱变化的电流使线圈受力运动,还原成振动,所以是振动→变化的电流→振动。
(2)[1][2]在技术领域,声、光、热、力等信息形式多样,不便于统一处理和传输。而电信号具有容易传输、便于放大、调制等优点。传感器就是一种能够将非电信号(如声、光、热、力等信号)转换为电信号的器件。例如,光敏传感器可以将光信号转换为电信号,当有光照射时,传感器内部的元件特性改变,从而产生相应的电信号,所以声、光、热、力等信息都可以转换为电信号,实现这些转换的器件叫作传感器。