第六章 传感器 章末提升训练 Word版含解析

章末提升训练(三)
(时间:60分钟　分值:100分)
一、选择题(本题共6小题,每小题8分,共48分.每小题给出的四个选项中,至少有一项是正确的,全部选对得8分,部分选对得4分,有选错或不选的得0分)
?有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置,其中有两个传感器,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
?(多选)当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品之中,关于常用的几种家用电子器件所采用的传感器,下列说法中正确的是 (　　)
A.电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了红外线传感器
B.电子体温计中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.电子秤中主要是采用了力电传感器
?在一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机,洗手后将湿手靠近,机内的传感器就开通电热器加热,有热空气从机内喷出,将湿手烘干.手靠近干手机能使传感器工作,是因为 (　　)
A.改变了湿度 B.改变了温度
C.改变了磁场 D.改变了电容
?某兴趣小组对火灾报警装置的部分电路进行探究,其电路图如图6-T-1甲所示,其中R2是半导体热敏电阻,它的电阻随温度的变化关系如图乙所示.当R2所在处出现火情时,通过电流表的电流I和a、b间的电压U与出现火情前相比 (　　 )
/
图6-T-1
A.I变大,U变小 B.I变小,U变小
C.I变小,U变大 D.I变大,U变大
?(多选)利用霍尔效应制作的霍尔元件广泛应用于测量和自动控制等领域.图6-T-2是霍尔元件的工作原理示意图.该霍尔元件的载流子是自由电子,磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下,通入图示方向的电流I,C、D两侧面会形成电势差UCD.下列说法中正确的是 (　　)
/
图6-T-2
A.电势差UCD>0
B.电势差UCD<0
C.形成电势差UCD的原因是载流子受到磁场力而偏转
D.形成电势差UCD的原因是电场力与磁场力达到平衡
?在如图6-T-3所示的电路中,电流表为理想电表,R2为热敏电阻,其阻值随温度的升高而减小.某时刻由于电路中某个元件发生了变化而导致灯泡L变暗但未熄灭,下列分析正确的是 (　　)
/
图6-T-3
A.可能是R1断路
B.可能是R1短路
C.可能是R2所在处温度升高
D.可能是R2所在处温度降低
二、实验题(本题共2小题,共22分)
?(8分)图6-T-4甲为在10 ℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理图,箱内的电阻R1=2 kΩ,R2=1.5 kΩ,R3=4 kΩ.R为热敏电阻,它的电阻随温度变化的图像如图乙所示.当a、b两点间电势差Uab<0时,电压鉴别器会令开关S接通,恒温箱内的电热丝发热,使箱内温度升高;当Uab>0时,电压鉴别器使S断开,停止加热.恒温箱内的温度大约保持在　　　℃.?
/
甲
/
乙
图6-T-4
?(14分)如图6-T-5所示,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.
/
图6-T-5
(2)完成下列实验步骤中的填空.
①依照实验原理电路图连线;
②调节控温容器M内的温度,使得RT的温度为95 ℃;
③将电阻箱调到适当的初值,以保证仪器安全;
④闭合开关,调节电阻箱,记录电流表的示数I0,并记录　　　　　　　　　;?
⑤将RT的温度降为T1(20 ℃⑥温度为T1 时热敏电阻的阻值RT=　　　　　　　;?
⑦逐步降低T1 的数值,直至20 ℃为止,在每一温度下重复步骤⑤⑥.
三、计算题(本题共2小题,共30分,解答应写出必要的文字说明、表达式和重要的演算步骤.有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
?(14分) 如图6-T-6甲所示,条形磁铁置于水平转台上且随转台一起做匀变速转动,磁传感器位于转台边缘,获得传感器所在位置的磁感应强度随时间的变化曲线如图乙所示.图中横坐标为时间,每格表示的时间是3 s,纵坐标为磁感应强度.
(1)请类比平均速度的定义方法,定义平均角速度,并求出转台在测量期间的平均角速度.
(2)请类比加速度的定义方法,定义角加速度,并求出转台的角加速度.
/
甲　　　　　　　　　　　　乙
图6-T-6
/(16分) 如图6-T-7所示,甲图是在研究性学习活动中吴丽同学自制的电子秤原理示意图,目的是利用理想电压表的示数指示物体的质量.托盘与电阻可忽略的金属弹簧相连,托盘与弹簧的质量均不计.滑动变阻器的滑动端与弹簧上端相连接,当托盘中没有放物体时,滑片恰好指在变阻器的最上端,此时电压表的示数为零.设变阻器的总电阻为R,总长度为L,电源电动势为E,内阻为r,限流电阻的阻值为R0,弹簧的劲度系数为k,重力加速度为g,不计一切摩擦和其他阻力.
(1)请推导出电压表的示数U与所称物体的质量m的关系式.
(2)为使电压表的示数与待测物体的质量成正比,请利用原有器材进行改进,在乙图的基础上完成改进后的电路原理图,并求出电压表的示数U'与所称物体的质量m的关系式.
//
甲　　　　　　　　　　　　乙
图6-T-7
1.B　[解析] 题中提到在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中一个是光电传感器,另一个是温度传感器,而且排气扇自动工作只需光照和温度一个满足条件即可,A、C、D错误,B正确.
2.ABD　[解析] 电脑所用的光电鼠标主要采用了光电传感器,C错误.
3.D　[解析] 根据自动干手机工作的特征,手靠近时电热器开始工作,手撤离时电热器停止工作,人是一种导体,可以与其他导体构成电容器.手靠近时相当于连接一个电容器,可以确定干手机内有电容式传感器,手靠近时改变了电容.用湿度或温度来驱动电热器工作,理论上可行,但是假如干手机是由于湿度或温度的变化而工作,那么它就成了室内烘干机,只有选项D正确.
4.A　[解析] 由图乙知,温度越高,R2的阻值越小;当出现火情时,R2减小,R总减小,I总=
??
??
总
增大,路端电压U=E-I总r减小,即a、b间的电压减小;R1两端电压U1=I总R1增大,并联电路的电压U2=U-U1减小,I3=
??
2
??
3
减小,故I=I总-I3增大,即电流表的示数增大,选项A正确.
5.BCD　[解析] 电流方向为E→F,由左手定则知,霍尔元件中的载流子(自由电子)受洛伦兹力作用向侧面C偏转,侧面C聚集负电荷,因整个元件是中性的,则侧面D出现正电荷,所以两个侧面C、D之间形成由D到C的电场,侧面D的电势高于侧面C的电势.随着两侧面电荷的增多,元件中运动的载流子受到的电场力逐渐增大,当载流子受到的电场力与洛伦兹力平衡时,两侧面之间的电势差达到稳定状态.综上所述,选项A错误,选项B、C、D正确.
6.C　[解析] 灯泡L变暗说明灯泡两端的电压降低,其原因不可能是R1短路或断路,选项A、B错误;当R2所在处温度升高时,热敏电阻R2的阻值减小,闭合回路的总电阻减小,通过电源的电流将增大,电源的内电压和定值电阻R1两端的电压随之增大,导致灯泡两端的电压减小,灯泡变暗,选项C正确,选项D错误.
7.25　[解析] 由题可知Uab=0是一个临界点,对应着开关S的动作,而开关的接通或断开对应着温度的上升或下降.由电路分析可知,在R1、R2、R3给定的条件下,热敏电阻R的阻值决定了Uab的正负.设电源负极的电势为零,则φa=
??
2
??
1
+
??
2
U,φb=
??
??
3
+??
U,其中U为电源的路端电压,令φa=φb,即Uab=0,则可得
??
2
??
1
=
??
??
3
,代入数据得R=3 kΩ,由图像可得对应的温度为25 ℃.
8.(1)如图所示
/
(2)④电阻箱的读数R0　⑤仍为I0　电阻箱的读数R1
⑥150 Ω+R0-R1
[解析] 由于本实验只有一只可以测量和观察的直流电流表,所以应该用“替代法”,考虑到用电流表观察而保证电路中电阻不变,因此将热敏电阻、电阻箱和电流表串联形成测量电路.而且在95 ℃和20 ℃时热敏电阻RT的阻值是已知的,所以如果热敏电阻的初始温度为95 ℃,则电流表的示数不变时,电阻箱和热敏电阻的阻值之和应保持为150 Ω和电阻箱的初值之和不变;如果热敏电阻的初始温度为20 ℃,则电流表示数不变时,电阻箱和热敏电阻的阻值之和应保持为550 Ω和电阻箱的初值之和不变.因此可以测量任意温度下的电阻.实验原理电路图如图所示.
9.(1)0.86 rad/s　(2)-0.006 2 rad/s2
[解析] (1)由图像可知,在测量期间,磁铁转动的周期数为7,用时51 s,故平均角速度
??
=
7×2π
51
rad/s≈0.86 rad/s.
(2)类比加速度的定义,角加速度为角速度的增量与所用时间的比值.测量期内,从第一个周期开始到第七个周期开始的时间间隔为t=42 s.第一个周期用时6 s,角速度为ω1=
2π
6
rad/s≈1.05 rad/s.第七个周期用时约为8 s,角速度为ω2=
2π
8
rad/s≈0.79 rad/s.所以角加速度为a=
??
2
-
??
1
??
=
0.79-1.05
42
rad/s2≈-0.006 2 rad/s2.
10.(1)U=
????????
??????+????(
??
0
+??)
(2)如图所示　U'=
????????
????(
??
0
+??+??)
/
[解析] (1)设在托盘中放入质量为m的物体后,弹簧被压缩的长度为x,则有
mg=kx
R1=
??
??
R
I=
??
??
1
+
??
0
+??
电压表的示数U=IR1
联立解得U=
????????
??????+????(
??
0
+??)
.
(2)改进后的电路原理图如图所示.
电流为I'=
??
??+
??
0
+??
电压表的示数为U'=I'R1
联立解得U'=
????????
????(
??
0
+??+??)
.