2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 傳感器 第三節(jié) 傳感器的應(yīng)用 第四節(jié) 用傳感器制作自控裝置分層訓(xùn)練 粵教版選修3-2.doc

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第三節(jié) 傳感器的應(yīng)用 第四節(jié) 用傳感器制作自控裝置 A級(jí)　抓基礎(chǔ) 1．很多汽車(chē)的車(chē)窗有防夾手功能，車(chē)窗在關(guān)閉過(guò)程中碰到障礙時(shí)會(huì)停止并打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)該功能可能使用的傳感器是(　　) A．生物傳感器　　　 B．氣體傳感器 C．溫度傳感器 D．壓力傳感器 解析：汽車(chē)的車(chē)窗有防夾手功能，在關(guān)閉過(guò)程中碰到障礙時(shí)會(huì)停止并打開(kāi)，這是因?yàn)槭褂昧藟毫鞲衅?，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤． 答案：D 2．街道旁的路燈、江海里的航標(biāo)燈都要求夜晚亮、白天熄，利用半導(dǎo)體的電學(xué)特性制成了自動(dòng)點(diǎn)亮、熄滅的裝置，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，這是利用半導(dǎo)體的(　　) A．壓敏性 B．光敏性 C．熱敏性 D．三特性都利用了 解析：燈要求夜晚亮、白天熄．白天有光，黑夜沒(méi)有光，則是由光導(dǎo)致電路的電流變化，所以是電路中的光傳感器導(dǎo)致電阻變化，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，因此是利用了半導(dǎo)體的光敏性． 答案：B 3．有一些星級(jí)賓館的洗手間裝有自動(dòng)干手機(jī)，洗手后將濕手靠近，機(jī)內(nèi)的傳感器就開(kāi)通電熱器加熱，有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出，將濕手烘干．干手機(jī)能使傳感器工作，是因?yàn)槭值目拷?　　) A．改變濕度 B．改變溫度 C．改變磁場(chǎng) D．改變電容 解析：根據(jù)自動(dòng)干手機(jī)工作的特征，手靠近干手機(jī)電熱器工作，手撤離后電熱器停止工作，人是一種導(dǎo)體，可以與其他導(dǎo)體構(gòu)成電容器．手靠近時(shí)相當(dāng)于連接一個(gè)電容器，可以確定干手機(jī)內(nèi)設(shè)有電容式傳感器，由于手的靠近改變了電容大小，故D正確；用濕度和溫度來(lái)驅(qū)動(dòng)電熱器工作，理論上可行，但是假如干手機(jī)是由于溫度、濕度的變化而工作的就成了室內(nèi)烘干機(jī)． 答案：D 4．有一種叫作“壓電陶瓷”的電子元件，當(dāng)對(duì)它擠壓或拉伸時(shí)，它的兩端就會(huì)形成一定的電壓，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓電效應(yīng)．一種燃?xì)獯蚧饳C(jī)，就是應(yīng)用了該元件的壓電效應(yīng)制成的，只要用大拇指壓一下打火機(jī)上的按鈕，壓電陶瓷片就會(huì)產(chǎn)生10～20 kV的高壓，形成火花放電，從而點(diǎn)燃可燃?xì)怏w．在上述過(guò)程中，壓電陶瓷片完成的能量轉(zhuǎn)化是(　　) A．化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 B．內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能 C．光能轉(zhuǎn)化為光能 D．機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能 解析：轉(zhuǎn)化前要消耗機(jī)械能，轉(zhuǎn)化后得到了電能，所以壓電陶瓷片完成的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能．故選D. 答案：D 5.在如圖所示的電路中，E為電源，其內(nèi)阻為r，L為小燈泡(其燈絲電阻可視為不變)，R1、R2為定值電阻，R3為光敏電阻，其阻值大小隨所受照射光強(qiáng)度的增大而減小，V為理想電壓表．若將照射R3的光的強(qiáng)度減弱，則(　　) A．電壓表的示數(shù)變大 B．小燈泡消耗的功率變小 C．通過(guò)R2的電流變小 D．電源內(nèi)阻的電壓變大 解析：由光敏電阻的性質(zhì)可知電路中電阻的變化，則由閉合電路歐姆定律可得出電路中電流的變化，由歐姆定律可得出電壓表示數(shù)的變化；同時(shí)還可得出路端電壓的變化；由串聯(lián)電路的規(guī)律可得出并聯(lián)部分電壓的變化，再由并聯(lián)電路的規(guī)律可得出通過(guò)小燈泡的電流的變化，由功率公式即可得出燈泡功率的變化．光敏電阻光照減弱，故光敏電阻的阻值增大，電路中的總電阻增大，由閉合電路歐姆定律可得，電路中電流減小，故R1兩端的電壓減小，故A錯(cuò)誤；由并聯(lián)電路的電流規(guī)律可知，流過(guò)燈泡的電流一定減小，故由P＝I2R可知，小燈泡消耗的功率變小，故B正確；因電路中電流減小，故電源內(nèi)阻的電壓減小，路端電壓增大，同時(shí)R1兩端的電壓減小，故并聯(lián)電路部分電壓增大；則流過(guò)R2的電流增大，故C、D錯(cuò)誤． 答案：B B級(jí)　提能力 6.(多選)傳感器是把非電學(xué)量(如高度、溫度、壓力等)的變化轉(zhuǎn)換成電學(xué)量變化的一種元件，它在自動(dòng)控制中有著廣泛的應(yīng)用．如圖所示，是一種測(cè)定液面高度的電容式傳感器的示意圖．金屬芯線(xiàn)與導(dǎo)電液體構(gòu)成一個(gè)電容器，將金屬芯線(xiàn)和導(dǎo)電液體分別與直流電源的兩極相連接，從電容C和導(dǎo)電液體與金屬芯線(xiàn)間的電壓U的變化就能反映液面的升降情況，以下判斷正確的是(　　) A．電源接通后，電容C減小，反映h減小 B．電源接通后，電容C減小，反映h增大 C．電源接通再斷開(kāi)后，電壓U減小，反映h減小 D．電源接通再斷開(kāi)后，電壓U減小，反映h增大 解析：液面的高低，相當(dāng)于電容器兩極的正對(duì)面積大?。好娓?，正對(duì)面積大，電容就大．電源接通后，C減小，反映h減小，A正確、B錯(cuò)誤；電源接通再斷開(kāi)，電量Q一定，電壓U減小，電容C增大，反映h增大，C錯(cuò)誤、D正確． 答案：AD 7．如圖是電熨斗的結(jié)構(gòu)圖，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　) A．需要較高溫度熨燙時(shí)，要調(diào)節(jié)調(diào)溫旋鈕，使升降螺絲下移并推動(dòng)彈性銅片下移 B．常溫下，上下觸點(diǎn)接觸；溫度過(guò)高時(shí)，雙金屬片發(fā)生彎曲使上下觸點(diǎn)分離 C．雙金屬片的膨脹系數(shù)上層金屬小于下層金屬 D．雙金屬片溫度傳感器的作用是控制電路的通斷 解析：需要較高溫度熨燙時(shí)，要調(diào)節(jié)調(diào)溫旋鈕，使升降螺絲下移并推動(dòng)彈性銅片下移，當(dāng)溫度升到較高，金屬片發(fā)生彎曲較厲害時(shí)觸點(diǎn)才斷開(kāi)，故A正確；常溫下，上下觸點(diǎn)接觸；溫度過(guò)高時(shí)，雙金屬片發(fā)生彎曲使上下觸點(diǎn)分開(kāi)，起到調(diào)溫作用，故B正確；當(dāng)溫度升高時(shí)，金屬片向膨脹系數(shù)小的發(fā)生彎曲，觸點(diǎn)斷開(kāi)，故雙金屬片上層金屬的膨脹系數(shù)大于下層金屬片，故C錯(cuò)誤；雙金屬片溫度傳感器的作用是控制電路的通斷，故D正確． 答案：C 8.某興趣小組做一實(shí)驗(yàn)，用力傳感器來(lái)測(cè)量小滑塊在半圓形容器內(nèi)來(lái)回滑動(dòng)時(shí)對(duì)容器內(nèi)壁的壓力大小，且來(lái)回滑動(dòng)發(fā)生在同一豎直平面內(nèi)．實(shí)驗(yàn)時(shí)，他們把傳感器與計(jì)算機(jī)相連，由計(jì)算機(jī)擬合出力的大小隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)，從曲線(xiàn)提供的信息，可以判斷滑塊約每隔t時(shí)間經(jīng)過(guò)容器底一次；若滑塊質(zhì)量為0.2 kg，半圓形容器的直徑為50 cm，則由圖象可以推斷滑塊運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最大速度為vm.若取g＝10 m/s2，則t和vm的數(shù)值為(　　) A．1.0 s　1.22 m/s B．1.0 s　2.0 m/s C．2.0 s　1.22 m/s D．2.0 s　2.0 m/s 解析：此題屬于豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)和單擺綜合運(yùn)用問(wèn)題，豎直平面內(nèi)過(guò)最低點(diǎn)有最大壓力和最大速度，兩次相鄰過(guò)最低點(diǎn)的時(shí)間間隔為t，從圖象上可以看出t＝1.0 s，最大壓力為2.6 N左右．由FN－mg＝m可得， vm＝1.22 m/s, 故選A. 答案：A 9．(多選)如圖所示是一種延遲開(kāi)關(guān)，當(dāng)S1閉合時(shí)，電磁鐵F將銜鐵D吸下，C線(xiàn)路接通，當(dāng)S1斷開(kāi)時(shí)，由于電磁感應(yīng)作用，D將延遲一段時(shí)間才被釋放，則下列說(shuō)法正確的是(　　) A．由于A線(xiàn)圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延遲釋放D的作用 B．由于B線(xiàn)圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延遲釋放D的作用 C．如果斷開(kāi)B線(xiàn)圈的電鍵S2，無(wú)延遲作用 D．如果斷開(kāi)B線(xiàn)圈的電鍵S2，延遲將變長(zhǎng) 解析：當(dāng)S1斷開(kāi)時(shí)，導(dǎo)致線(xiàn)圈B中的磁通量變小，從而出現(xiàn)感應(yīng)電流，致使F仍有磁性，出現(xiàn)延遲一段時(shí)間才被釋放，所以由于B線(xiàn)圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時(shí)釋放D的作用，故A錯(cuò)誤，B正確；若斷開(kāi)B線(xiàn)圈的開(kāi)關(guān)S2，當(dāng)S1斷開(kāi)，F(xiàn)中立即沒(méi)有磁性，所以沒(méi)有延時(shí)功能，故C正確，D錯(cuò)誤． 答案：BC 10．在科技創(chuàng)新活動(dòng)中，小華同學(xué)根據(jù)磁鐵同性相斥原理設(shè)計(jì)了用機(jī)器人操作的磁力運(yùn)輸車(chē)(如圖甲所示)．在光滑水平面AB上(如圖乙所示)，機(jī)器人用大小不變的電磁力F推動(dòng)質(zhì)量為m＝1 kg的小滑塊從A點(diǎn)由靜止開(kāi)始做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)．小滑塊到達(dá)B點(diǎn)時(shí)機(jī)器人撤去電磁力F，小滑塊沖上光滑斜面(設(shè)經(jīng)過(guò)B點(diǎn)前后速率不變)，最高能到達(dá)C點(diǎn)． 圖甲 圖乙 機(jī)器人用速度傳感器測(cè)量小滑塊在ABC過(guò)程的瞬時(shí)速度大小并記錄如下. t/s 0 0.2 0.4 … 2.2 2.4 2.6 … v/(ms－1) 0 0.4 0.8 … 3.0 2.0 1.0 … 求： (1)機(jī)器人對(duì)小滑塊作用力F的大小； (2)斜面的傾角α的大小． 解析：(1)小滑塊從A到B過(guò)程中：a1＝＝2 m/s2，由牛頓第二定律得：F＝ma1＝2 N. (2)小滑塊從B到C過(guò)程中加速度大?。篴2＝＝5 m/s2. 由牛頓第二定律得：mgsin α＝ma2，則α＝30. 答案：(1)2 N　(2)30 11．如圖所示是電飯煲的電路圖，S1是一個(gè)溫控開(kāi)關(guān)，手動(dòng)閉合后，當(dāng)此開(kāi)關(guān)溫度達(dá)到居里點(diǎn)(103 ℃)時(shí)會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)，S2是一個(gè)自動(dòng)溫控開(kāi)關(guān)，當(dāng)溫度低于70 ℃時(shí)會(huì)自動(dòng)閉合，溫度高于80 ℃時(shí)會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)，紅燈是加熱時(shí)的指示燈，黃燈是保溫時(shí)的指示燈，分流電阻R1＝R2＝500 Ω，加熱電阻絲R3＝50Ω，兩燈電阻不計(jì)． (1)分析電飯煲的工作原理． (2)簡(jiǎn)要回答，如果不閉合開(kāi)關(guān)S1，能將飯煮熟嗎？ (3)計(jì)算加熱和保溫兩種狀態(tài)下，電飯煲消耗的電功率之比． 解析：(1)電飯煲盛上食物后，接上電源，S2自動(dòng)閉合，同時(shí)手動(dòng)閉合S1，這時(shí)黃燈短路，紅燈亮，電飯煲處于加熱狀態(tài)，加熱到80 ℃時(shí)，S2自動(dòng)斷開(kāi)，S1仍閉合；水燒開(kāi)后，溫度升高到103 ℃時(shí)，開(kāi)關(guān)S1自動(dòng)斷開(kāi)，這時(shí)飯已煮熟，黃燈亮，電飯煲處于保溫狀態(tài)，由于散熱，待溫度降至70 ℃時(shí)，S2自動(dòng)閉合，電飯煲重新加熱，溫度達(dá)到80 ℃時(shí)，S2又自動(dòng)斷開(kāi)，再次處于保溫狀態(tài)． (2)如果不閉合開(kāi)關(guān)S1，則不能將飯煮熟，因?yàn)樽罡咧荒芗訜岬?0 ℃. (3)加熱時(shí)電飯煲消耗的電功率為P1＝，保溫時(shí)電飯煲消耗的電功率P2＝，兩式中R并＝＝Ω.從而有P1∶P2＝＝＝12∶1. 答案：(1)見(jiàn)解析　(2)不能　(3)12∶1