学业分层测评(十五)
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．利用半导体不可以制成的是( )
A．标准电阻 B．热敏电阻
C．光敏电阻 D．晶体管
【解析】 标准电阻是几乎不受温度影响的电阻，一般是用锰铜合金或镍铜合金制造的．故只选A.
【答案】 A
2．如图3-4-8所示为一个逻辑电平检测电路，A与被测点相接，则( )
图3-4-8
A．A为低电平，LED发光
B．A为高电平，LED发光
C．无论A为高电平或低电平，LED均不发光
D．无论A为高电平或低电平，LED均发光
【解析】 A为低电平时，Y为高电平，LED的电压小，不发光；A为高电平时，Y为低电平，LED的电压大，发光，故B正确．
【答案】 B
3．某学习小组的同学在用多用电表研究热敏特性实验中，安装好如图3-4-9所示装置，向杯内加入冷水，温度计的示数为20 ℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R1，然后向杯内加入热水，温度计的示数为60 ℃，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是( )
图3-4-9
A．应选用电流挡，温度升高时换用大量程测量
B．应选用电流挡，温度升高时换用小量程测量
C．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡
D．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡
【解析】 多用电表只有选择欧姆挡才能直接读出热敏电阻的阻值，当向杯内加入热水，多用电表的指针偏转角度较大，说明此时热敏电阻的阻值较小，故换用倍率小的挡，D项正确．
【答案】 D
4．(多选)如图3-4-10所示为小型断电器的构造示意图，其中L为含铁芯的线圈，P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱．断电器与传感器配合可完成自动控制的要求，其工作方式是( )
图3-4-10
A．A与B接信号电压，C与D可跟被控电路串联
B．A与B接信号电压，C与D可跟被控电路并联
C．C与D接信号电压，A与B跟被控电路串联
D．C与D接信号电压，A与B跟被控电路并联
【解析】 只有A、B接信号电压，产生变化电流通过线圈，在铁芯上对铁片P产生力的作用，才能达到自动控制的要求，所以A、B正确．
【答案】 AB
5．如图3-4-11所示，R3是光敏电阻，当开关S闭合后在没有光照射时，a、b两点等电势，当用光照射电阻R3时，则( )
图3-4-11
A．R3的电阻变小，a点电势高于b点电势
B．R3的电阻变小，a点电势低于b点电势
C．R3的电阻变大，a点电势高于b点电势
D．R3的电阻变大，a点电势低于b点电势
【解析】 当光照射R3时，R3阻值变小，R4分压变大，则a点电势将会升高，所以a点电势高于b点电势．
【答案】 A
6．如图3-4-12所示为测定压力的电容式传感器，将平行板电容器、灵敏电流表(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路，当压力F作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流表指针偏转，在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线推到图中实线位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)( )
图3-4-12
A．向右偏到某一刻度后回到零刻度
B．向左偏到某一刻度后回到零刻度
C．向右偏到某一刻度后不动
D．向左偏到某一刻度后不动
【解析】 压力F作用时，极板间距d变小，由C＝知，电容器电容C变大，又根据Q＝CU，极板带电量变大，所以电容器应充电，灵敏电流计中产生由正接线柱流入的电流，所以指针将右偏，极板保持固定后，充电结束，指针回到零刻度．
【答案】 A
7．(多选)如图3-4-13所示，两块金属板水平放置，与左侧水平放置的线圈通过开关S用导线连接．压力传感器上表面绝缘，位于两金属板间，带正电的小球静置于压力传感器上，均匀变化的磁场沿线圈的轴向穿过线圈．S未接通时传感器的示数为1 N，S闭合后传感器的示数变为2 N．则磁场的变化情况可能是
( )
图3-4-13
A．向上均匀增大 B．向上均匀减小
C．向下均匀减小 D．向下均匀增大
【解析】 S闭合后，向上均匀增大或向下均匀减小磁场都能使上金属板带正电，下金属板带负电，带正电的小球受竖直向下的电场力，传感器示数变大．故选A、C.
【答案】 AC
8．如图3-4-14(a)是汽车过桥时对不同类型桥面压力变化的实验．采用DIS方法对模型进行测量，其结果如图3-4-14(b)中电脑屏幕所示．
图3-4-14
(1)图(a)中的传感器为________传感器；
(2)图(a)中甲、乙、丙分别为三种不同类型的桥面．对于凸形桥甲，其相对应的压力图线应是图(b)电脑屏幕上的________(选填a、b或c).
【解析】 该传感器把力信号转化为电信号，属于力电传感器；小球经过凸形桥甲的最高点时，压力小于重力，其相对应的压力图线应是电脑屏幕上的c.
【答案】 (1)力电 (2)c
[能力提升]
9．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图3-4-15(a)所示．将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球，小车在向右做直线运动过程中，电流表示数如图3-4-15(b)所示，下列判断正确的是( )
(a) (b)
图3-4-15
A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动
B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动
C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动
D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动
【解析】 由压敏电阻的电阻特点知，t1～t2时间内电流I均匀增加，所以压敏电阻所受的压力均匀增加，故小车做加速度越来越大的变加速运动．t2～t3时间段内，电流I最大，压敏电阻最小，故受的压力最大、恒定，故小车做匀加速直线运动，选项D正确．
【答案】 D
10．某电容式话筒的原理示意图如图3-4-16所示，E为电源，R为电阻，薄片P和Q为两金属极板．对着话筒说话时，P振动而Q可视为不动．在P、Q间距增大过程中( )
图3-4-16
A．P、Q构成的电容器的电容增大
B．P上电荷量保持不变
C．M点的电势比N点的低
D．M点的电势比N点的高
【解析】 由C＝可知PQ间距离d增大时，电容C减小，A项错误．电容减小将放电，电荷量减小，故B项错误．放电时电流从M点经R到N点，说明M点电势高于N点电势，所以C项错误，D项正确．
【答案】 D
11．磁场具有能量，磁场中单位体积内所具有的能量叫做能量密度，其值为B2/(2μ)．式中B是磁感应强度，μ是磁导率，在空气中μ为一已知常数．为了近似测得条形磁铁磁极端面附近的磁感应强度B，一学生用一根端面面积为A的条形磁铁吸住一相同面积的铁片P，再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离Δl，并测出拉力F，如图3-4-17所示．F所做的功等于间隙中磁场的能量，求磁感应强度B.
图3-4-17
【解析】 在用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离Δl的过程中，拉力F可认为不变，因此F所做的功W＝FΔl.
以ω表示间隙中磁场的能量密度，则间隙中磁场的能量E＝ωV＝ωAΔl.
由题给条件得ω＝，故E＝AΔl.
因为F所做的功等于间隙中磁场的能量，即W＝E，故有FΔl＝AΔl.解得B＝ .
【答案】
12．如图3-4-18甲所示为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自动光控电路．
图3-4-18
【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．
根据题意设计一个路灯自动控制电路如图所示．
控制过程是：当有光照射时，流过光敏电阻的电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸合使两个常闭触点断开；当无光照时，流过光敏电阻的电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个常闭触点闭合，控制路灯电路接通，路灯开始工作．
【答案】 见解析
第四节 用传感器制作自控装置
*第五节 用传感器测磁感应强度
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.了解晶闸管的工作特点，利用传感器制作简单的自动控制装置．
2．通过利用传感器制作自动控制装置的过程，培养动手能力和解决问题的能力．
3．知道利用传感器测量磁感应强度的原理．
4．体验探索自然规律的艰辛和成功的喜悦，培养团队精神.
应用光敏电阻制作光控自动照明灯电路
1．实验目的
了解与传感器技术相关的物理知识，练习用传感器制作自动控制装置．
2．实验器材
二极管VD、晶闸管Vs、光敏电阻RG、定值电阻R(7.5 MΩ)、灯泡L、多用电表、导线．
3．实验原理
由晶闸管Vs与电灯L构成主回路，控制回路由R与RG组成的分压器及二极管VD构成，如图3-4-1所示．
图3-4-1
(1)当白天自然光线较强时，光敏电阻呈低电阻，与R分压后使晶闸管Vs的门电极处于低电平，Vs关断．
(2)当夜幕降临时，照在RG上的自然光线减弱，RG呈高阻，使Vs的门电极处于高电平，Vs获得正向触发电压而导通，灯L亮．
(3)改变R的阻值，即改变其与RG的分压比，可调整电路的起控点．
4．二极管VD、晶闸管Vs的特性
(1)二极管：具有单向导电性．当给二极管加正向电压时，它的阻值很小；当给二极管加反向电压时，它的电阻很大．
(2)晶闸管Vs：当晶闸管承受反向电压时，不论门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态．当晶闸管承受正向电压时，仅在门极承受正向电压情况下晶闸管才导通．
5．实验步骤
(1)将多用电表旋钮拨至R×1 k挡，调零后，测量电阻R的阻值，检查R是否符合要求．
(2)将多用电表旋钮拨至R×1 k挡，调零后，用两表笔分别接二极管两极，然后将两表笔位置对调．若两次测量结果一次较小，一次很大，则二极管性能良好．
(3)将多用电表旋钮拨至R×1 k挡，红表笔接晶闸管K极，黑表笔同时接通G、A极，在保持黑表笔不脱离A极状态下断开G极，指针指示几十欧至一百欧，然后瞬时断开A极再接通，若指针指示∞位置，则表明晶闸管良好．
(4)按照电路图，将各元件焊接，安装好．
(5)检查各元件的连接，确保无误．
(6)接通电源，观察强光照射光敏电阻时和用黑纸包裹光敏电阻时灯泡L的状态．
6．注意事项
(1)安装前，对所有器材进行测试，确保各元件性能良好后，再进行安装．
(2)焊接时，管脚必须在离管壳5 mm以上处焊接，焊接时间不易过长．
(3)注意二极管、晶闸管各极正确装入电路，不可错接、反接．
1．光敏电阻随光照强度增加电阻变大．(×)
2．二极管加正向电压时阻值很小．(√)
如何检测二极管性能是否良好？
【提示】 多用电表欧姆挡×1 K挡，用两表笔分别按二极管两极，然后两表笔对调，测量结果一次较小，一次很大，则证明二极管性能良好．
如图3-4-2所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图：罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时光电三极管接收不到LED发出的光而呈现高电阻状态．
探讨：请分析发生火灾时发出警报的原理？
图3-4-2
【提示】 由报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照在光电三极管上，其电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报．
1．普通二极管和发光二极管
(1)都具有单向导电性．
(2)发光二极管除了具有单向导电性外，导电时还能发光．普通的发光二极管是用磷化镓或氮化镓等半导体材料制成，直接将电能转化为光能，该类发光二极管的正向导通电压大于1.8 V.
2．晶体三极管
(1)晶体三极管能够把微弱的信号放大．晶体三极管的三极分别是放大极e、基极b和集电极c.
(2)传感器输出的电流或电压很微弱，用一个三极管可以放大几十倍以至上百倍．三极管的放大作用表现为基极b的电流对集电极c的电流起到了控制作用．
3．逻辑电路
(1)对于与门电路，只要一个输入端输入为“0”，则输出端一定是“0”；反之，只有当所有输入端都同时为“1”，输出端才是“1”．
(2)对于或门电路，只要有一个输入端输入为“1”，则输出端一定是“1”；反之，只有当所有输入端都为“0”时，输出端才是“0”．
(3)非门电路中，当输入端为“0”时，输出总是“1”；当输入端为“1”时，输出端反而是“0”．非门电路也称反相器．
(4)斯密特触发器是具有特殊功能的非门电路．
1．现有热敏电阻(负温度系数)、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干．如图3-4-3所示，试设计一个温度电路．要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程.
图3-4-3
【解析】 电路图如图所示
工作过程：闭合S，当温度低于设计值时，热敏电阻阻值大，通过电磁继电器电流不能使其工作，K接通电炉丝加热．当温度达到设计值时，热敏电阻减小到某值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，K断开，电炉丝断电，停止供热．当温度低于设计值，又重复前述过程．
【答案】 见解析
2．如图3-4-4是一个简单的磁控防盗报警装置．门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与M相对的位置嵌入干簧管H，并且将干簧管接入图示的电路．睡觉前连接好电路，当盗贼开门时，蜂鸣器就会叫起来．
请说明它的工作原理，最好通过实验模拟这个电路的工作．
图3-4-4
【解析】 当门闭着时，永磁体使干簧管接通，斯密特触发器输入端与电源负极相连，处于低电平，则输出端为高电平，故蜂鸣器不发声；当开门时，没有永磁体作用，干簧管不通，斯密特触发器输入端为高电平，则输出端为低电平，则蜂鸣器通电，发声报警．
【答案】 见解析
用 磁 传 感 器 测 磁 感 应 强 度
1．磁传感器是把磁感应强度变成电信号，从而实现磁感应强度测量的．
2．用传感器测磁感应强度时，通电螺线管产生磁场，其方向符合安培定则．
1．通电螺线管产生的磁场，其方向用右手定则判定．(×)
2．磁传感器是把磁感应强度转变成电信号．(√)
干簧管元件的结构很简单，只是玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片，其示意图如图3-4-5所示．
图3-4-5
它的工作原理是什么？
【提示】 当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”，干簧管是一种能够感知磁场的传感器．
3．如图3-4-6所示为自动水位报警器的示意图，在水位低于B时，电磁铁所在的控制电路部分断路，________灯亮；当水位升高到B时，电磁铁所在的控制电路部分接通，________灯亮．
图3-4-6
【解析】 控制电路断开时，继电器弹片在弹簧作用下弹起，接通绿灯所在回路，绿灯亮，控制电路接通时，继电器弹片在通电螺线管磁性作用下被吸下，接通红灯所在回路，红灯亮．
【答案】 绿 红
4．如图3-4-7所示是实验室里用来测量磁场力的一种仪器——电流天平，某同学在实验室里，用电流天平测算通电螺线管中的磁感应强度，他测得的数据记录如下，请你算出通电螺线管中的磁感应强度B.
图3-4-7
已知：CD段导线长度4×10－2 m，天平平衡时钩码重力4×10－5 N，通过导线的电流0.5 A.
【解析】 由题意知I＝0.5 A，G＝4×10－5N，L＝4×10－2 m.
电流天平平衡时，导线所受磁场力的大小等于钩码的重力，即F＝G.
由磁感应强度的定义式B＝，得B＝＝ T＝2.0×10－3 T.
所以，通电螺线管中的磁感应强度为2.0×10－3 T.
【答案】 2.0×10－3 T
