广州市第五十六中学2019-2020学年高中物理粤教版选修3-2：3.3传感器的应用 课时作业（含解析）

3.3传感器的应用
课时作业（含解析)
1．夜间，居民楼的楼道里只是偶尔有人经过，“长明灯”会造成浪费.科研人员利用“光敏”
材料制成“光控开关”——天黑时自动闭合，天亮时自动断开；利用“声敏”材料制成“声控
开关”——当有人走动发出声音时自动闭合，无人走动时自动断开.若将这两种开关配合
使用，就可以使楼道里的灯变的“聪明”.这种“聪明”的电路是图中的（）
A．B．C．D．
2．宇宙飞船使用各类传感器，智能化地感知各种信息。其中感知宇航员体温变化的传感器是
A．气体传感器
B．声音传感器
C．温度传感器
D．压力传感器
3．街道旁的路灯、江海里的航标灯都要求夜晚亮、白天熄，是利用半导体的电学特性制成了自动点亮熄灭的装置，这是利用半导体的（
）
A．压敏性
B．光敏性
C．热敏性
D．三性都用
4．下列说法正确的是（
）
A．金属热电阻的电阻率随温度升高而减小
B．干簧管是电控开关
C．电熨斗中的双金属片上层膨胀系数比下层大
D．光敏电阻导电性能随光强增强而减小
5．办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开或关，利用的传感器是（）
A．生物传感器
B．红外线传感器
C．温度传感器
D．压力传感器
6．如图所示为小型电磁继电器的构造示意图，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.电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求.其工作方式是（）
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可跟被控电路串联
D．C与D接信号电压，A与B可跟被控电路并联
7．许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启，而在白天，即使有声音它也没有反应．它的控制电路中可能接入的传感器是(?
)
A．温度传感器和光电传感器
B．光电传感器和声音传感器
C．声音传感器和热电传感器
D．温度传感器和热电传感器
8．实际应用中，常用到一种双金属温度计，它是利用铜片与铁片铆合在一起的双金属片的弯曲程度随温度变化的原理制成的，如图乙所示。已知图甲中双金属片被加热时，其弯曲程度会增大，则下列各种相关叙述正确的有（　　）
A．该温度计的测温物质是铜、铁两种热膨胀系数不同的金属
B．该温度计是利用测温物质热胀冷缩的性质来工作的
C．由图甲可知，铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数
D．由图乙可知，其双金属片的内层一定为铜，外层一定为铁
9．下列关于传感器说法中正确的是（
　）
A．热敏电阻是由金属制成的，对温度感知灵敏
B．电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转化为电压信号
C．电熨斗能自动控制温度的原因是它装有双金属片，这种双金属片的作用是控制电路的通断
D．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量
10．唱卡拉OK用的动圈式话筒，它的工作原理是在弹性膜片后面黏接一个轻小的闭合金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动是，就将声音信号转变为电信号．下列说法正确的是（
）
A．该话筒是根据电流的磁效应工作的
B．该话筒是根据电磁感应原理工作的
C．膜片振动时，穿过线圈的磁通量不变
D．膜片振动时，金属线圈中产生感应电流
11．如图所示是小明设计的一种自动测定水箱内水位的装置，R是一种滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端，从水位表指针所指的刻度就可知道水箱内水位的高低，从图中可知：水位表是由________改装而成．当水面上升时，滑片________（填向上移动或者向下移动），滑动变阻器连入电路电阻________，电流________，水量表示数________．
12．传感器是把非电学量（如速度、温度、压力等）的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用。有一种测量人的体重的电子秤。其测量部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器R（电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻），显示体重大小的仪表A（实质是理想的电流表）组成。压力传感器表面能承受的最大压强为1×107Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如下表所示。设踏板和压杆的质量以及电源内阻可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8V，取g=10m/s2。
压力F/N
0
250
500
750
1000
1250
1500
……
电阻R/Ω
300
270
240
210
180
150
120
……
请回答：
（1）该秤零起点（即踏板空载时）的刻度线应标在电流表刻度盘___________A处。
（2）如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20mA，这个人的体重是__________kg。
13．如图是一种光电计数装置的原理图，被计数的制品放在传送带上，光源安装在传送带的一侧，光电计数装置安装在传送带的另一侧。每当传送带上有一个制品通过时，光线被挡住，电磁铁放开衔铁，计数齿轮转过一齿，计数器自动把制品数目记下来。试说明这种计数装置的工作原理_______。
14．图示是“加速度计”的原理图．水平支架A、B固定在待测物体上，小球穿在A、B间的水平光滑金属杆上，将轻质弹簧一端固接于支架A上，另一端与小球相连，其下的滑动臂可在滑动变阻器上自由滑动．随着系统沿AB方向做变速运动，滑块在支架上相对AB中点发生位移，并通过电路转换为电信号从1、2两接线柱输出．已知小球的质量为m，
弹簧的劲度系数为k，
电源电动势为E，
内阻为R，
滑动变阻器总阻值R=4R，
有效总长度为L
．
当待测系统静止时，滑动臂P位于滑动变阻器的中点，取A→B方向为正方向．
?
(1)请写出待测物体沿AB方向做变速运动的加速度a与1、2两接线柱间的输出电压U间的关系式．
(2)确定该“加速度计”能测量的最大值．
参考答案
1．D
【解析】
在白天时，一般不需要灯照明的；天黑以后，特别是夜深人静时，一般也不需要灯照明的，也就是说天黑且人在楼道里走动时需要。
A．“声控开关”闭合时，发生短路；所以A错误。
B．不管是“光控开关”，还是“声控开关”各自都能让灯发光，节能目的达不到；所以B错误。
C．“光控开关”闭合时，发生短路；所以C错误。
D．“光控开关”与“声控开关”同时闭合时，灯才亮，所以达到节能的目的，所以D正确。
2．C
【解析】
根据题意，要感知宇航员体温变化，则需要将温度的变化转化为电学的物理量，所以使用的传感器为温度传感器。
A．气体传感器，与分析不符，故A项错误；
B．声音传感器，与分析不符，故B项错误；
C．温度传感器，与分析相符，故C项正确；
D．压力传感器，与分析不符，故D项错误。
3．B
【解析】
灯要求夜晚亮、白天熄；白天有光，黑夜没有光，所以电路中光传感器的电阻变化，实现控制，是利用半导体的光敏性。
ACD.由上分析可知这是利用了半导体的光敏性，故ACD错误；
B.由上分析可知这是利用了半导体的光敏性，故B正确。
4．C
【解析】
A.
金属热电阻的阻值率随温度的升高而增大，故A项与题意不相符；
B.
干簧管是磁控开关，故B项与题意不相符；
C.
当温度升高时，双金属片向膨胀系数小的一边发生弯曲，触点断开，则双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属片，故C项与题意相符；
D.
光敏电阻随光强增强阻值减小，导电性能增强，故D项与题意不相符．
5．B
【解析】
试题分析：人的到来或离开而自动开和关，说明传感器为红外传感器，故选B
考点：考查传感器的应用
点评：难度较小，要明确各类传感器的工作原理
6．A
【解析】
A、B接电磁继电器线圈，所以A、B应接信号电压，线圈随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用．故正确答案为A.
思路分析：当AB间的信号电压输入接通时，L中产生磁场，P被吸下来，CD接通即被控电路接通
试题点评：本题考查了电磁继电器的工作原理，
7．B
【解析】
根据题意，天黑时，出现声音它就开启；而白天，即使有声音它也没有反应，故电路中有光传感器，即使天黑，没声音灯也不亮，故用到了声音传感器．即控制电路中接入了光传感器和声音传感器．
故选B．
【点睛】
了解延时开关的使用原理，利用了光传感器、声音传感器及与门电路，天黑、声音同时出现它就开启，灯亮．
8．ABC
【解析】
AB．该温度计是利用热膨胀系数不同的铜和铁金属制成的双金属片工作的，双金属片的弯曲程度随温度而变化，AB正确；
C．如题图甲所示，加热时双金属片的弯曲程度增大，即进一步向上弯曲，说明双金属片下层热膨胀系数较大，即铜的热膨胀系数较大，C正确；
D．如题图乙所示，温度计示数是顺时针方向增大，说明当温度升高时，温度计指针按顺时针方向转动，则其双金属片的弯曲程度在增大，故可知双金属片的内层一定是铁，外层一定是铜，D错误。
故选ABC。
9．BCD
【解析】
A.
热敏电阻是由半导体材料制成的，对温度感知灵敏，选项A错误；
B.
电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转化为电压信号，选项B正确；
C.
电熨斗能自动控制温度的原因是它装有双金属片，这种双金属片的作用是控制电路的通断，选项C正确；
D.
光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量，选项D正确。
10．BD
【解析】
当声波使膜片前后振动时，线圈切割磁感线产生感应电流，将声音信号变化电信号，是根据电磁感应原理工作的，A错误B正确；膜片随着声波而周期性振动，穿过金属线圈的磁通量是周期性变化的，C错误；膜片振动时，金属线圈切割磁感线，会产生感应电动势，但其大小会变化的，D错误．
11．电流表
向下移
变小
变大
变大
【解析】
[1]．从图中可知：水位表是由电流表改装而成．
[2][3][4][5]．当水面上升时，滑片向下移动，滑动变阻器连入电路电阻变小，电流变大，水量表示数变大．
12．1.6×10-2
50
【解析】
（1）由压力传感器R的电阻与所受压力的关系如中表所示，可得：F=0，R=300Ω，由闭合电路欧姆定律：
即该秤零起点（即踏板空载时）的刻度线应标在电流表刻度盘
1.6×10-2A处
??（2）由闭合电路欧姆定律：?????
由表中数据得，F=500N，由G=mg，得m=50kg
如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20mA，则此人的体重是
50kg
13．见解析
【解析】
[1]当物品通过时，物品挡住光线，使光电管中无光电流产生，电路中无电流，电磁铁放开齿轮，让齿轮转过一格，计下一个数；当无物品通过时，光线照到光电管上，使光电管中有光电流产生，电磁铁吸引衔铁，卡住齿轮，计数齿轮不转就不计数。
14．(1)；(2)
【解析】
电压表测量滑动变阻器左侧部分的电压，由闭合电路欧姆定律可得出电压的表达式；由弹簧的移动可得出此时的受到的弹力，由牛顿第二定律可得出加速度与电压间的关系；由题意可知电压表测量的电压范围及m的运动范围；则由（1）中的表达式可得出测量范围。
【详解】
解：(1)设待测物体沿AB方向有加速度a，滑块将向左移x，满足
回路中的电流为：
而
输出电压为：
故有：
(2)由题意可知：
结合a与U的表达式,可知加速度计能测量的最大值为