专题6.3实验：传感器的应用-之2017-2018学年高二物理人教版（选修3-2）

第六章 传感器
第3节 实验：传感器的应用



1．由非门电路构成的一简单控制电路如图所示，其中R′为光敏电阻（光照时电阻变小），R为变阻器，L为小灯泡。当若R′受到光照时

A．B点变为高电平，小灯发光
B．A点变为高电平，小灯发光
C．A点变为高电平，小灯不发光
D．减小R的阻值可提高控制灵敏度
【答案】AC

2．如图所示是一种延时开关，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通，当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放，则

A．由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
B．由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用
C．如果断开B线圈的电键S2，无延时作用
D．如果断开B线圈的电键S2，延时将变长
【答案】BC

3．图是温度报警器电路示意图，下列对此电路的分析正确的是

A．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声
B．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声
C．当增大R1时，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声
D．当增大R1时，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声
【答案】BC
【解析】RT的温度升高，阻值变小，A端为高电平，Y端为低电平，蜂鸣器报警，A错误，B正确；当增大R1时，A端为高电平，Y端为低电平，蜂鸣器报警，C正确，D错误。
4．气体传感器利用物质的化学反应将某种气体的浓度转换成电信号输出，如图所示，B为将可燃气体或有毒气体浓度（CO，CH4瓦斯煤气）转换为电信号的传感器，简称电子鼻，根据如下材料，U=
220 V的电源、M为排风扇、G为继电器、A为控制电源、S为控制开关。请设计一个家用自动排烟电路，在图中完成连线图。

【答案】如图所示

【解析】电磁继电器起开关作用，所以电池组、开关和电磁继电器应组成一个电路，另一个是由排风扇和高压电源组成的电路。
5．如图甲所示，x轴沿水平方向，有一用钕铁硼材料制成的圆柱形强磁体M，其圆形端面分别为N极和S极，磁体的对称中心置于x轴的原点O。现有一圆柱形线圈C从原点O左侧较远处开始沿x轴正方向做匀速直线运动，圆形线圈的中心轴始终与x轴重合，且其圆面始终与x轴垂直，在线圈两端接一阻值R=
500 Ω的定值电阻。现用两个传感器，一个测得通过圆环的磁通量随圆环位置的变化图象，如图乙所示，另一个测得R两端的电压随时间变化的图象，如图丙所示。已知在乙图像的图线上x=6 mm的点的切线斜率最大，丙图中6 ms时刻到10 ms时刻之间的图线是直线。则圆形线圈做匀速直线运动的速度大小是_________m/s，6 ms至8 ms期间流过电阻R的电荷量是______C。

【答案】3 m/s 4?10–9 C
【解析】（1）根据法拉第电磁感应定律，式中k为Ф–x图象的切线斜率。由题意：在x=6mm处的点的切线斜率最大，由于图象乙的对称性，可知在x=–6 mm处的点的
6．图甲为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。当a、b端电压Uab<0时，电压鉴别器使开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，温度升高；当Uab>0时，电压鉴别器使开关S断开，停止加热，则恒温箱内的温度恒定在多少°C？

【答案】箱内温度恒定在35 ℃
【解析】由题意可知，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。此时R1与 R3上的电压相等。设电路路端电压为U，有
，
解得Rt=20 kΩ 。
由题图乙可知，当Rt=20 kΩ时，t=35 ℃。
【名师点睛】 本题利用温度传感器热敏电阻为传感器，将温度变化的信号转化为电信号，结合电子线路来控制加热电路。正确的电路分析、计算及看懂热敏电阻的电阻随温度变化的曲线，是解决这类习题的关键。
7．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．将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RT＝________；
g．逐步降低T1的数值，直到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

8．如图所示为一实验小车中利用光脉冲测量车速和行程的装置的示意图，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之间的间隙变成脉冲光信号，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，试完成下列问题的解答：
（1）要测出小车的速度和行程还必须测量哪些物理量或数据？
（2）推导小车速度的表达式；
（3）推导小车行程的表达式。

9．某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力（比例系数为k）。如图所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0，而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个，开关及导线若干，待测物体（可置于力电转换器的受压面上）。请完成对该物体质量的测量。
（1）设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在图中画出完整的测量电路图。
（2）简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m。
（3）请设想实验中可能会出现的一个问题。

【答案】（1）如图所示
（2），
（3）见解析

10．现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器（内阻很小，流过的电流超过时就会报警），电阻箱（最大阻值为999.9 Ω），直流电源（输出电压为U，内阻不计），滑动变阻器（最大阻值为1 000 Ω），滑动变阻器（最大阻值为2 000 Ω），单刀双掷开关一个，导线若干。
在室温下对系统进行调节，已知U约为18 V，约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω。
（1）在答题卡上完成待调节的报警系统原理电路图的连线。

（2）在电路中应选用滑动变阻器________（填“”或“”）。
（3）按照下列步骤调节此报警系统：
①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为______Ω；滑动变阻器的滑片应置于______（填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是______。
②将开关向______（填“c”或“d”）端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至______。
（4）保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。
【答案】（1）连线如图所示 （2）R2 （3）①650.0 b 接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏 ②c 报警器开始报警

警器可能损坏，滑动变阻器的滑片应置于b端；②先把变阻箱的电阻接入电路，调节滑动变阻器的电阻，调至报警器开始报警时，保持滑动变阻器的阻值不变，接到热敏电阻上，当热敏电阻的阻值是
650.0 Ω时，也就是温度达到了60 ℃，报警器开始报警。
【名师点睛】本题主要考查闭合电路欧姆定律的应用、等效替换法。要特别注意本题使用了等效替换法，先用电阻箱的阻值来代替热敏电阻来调节电路，再接入热敏电阻时，就可以直接工作，这种做法灵活、方便、安全。