2019高中物理 第四章 傳感器與現(xiàn)代社會 4.3-4.4 用傳感器做實驗 信息時代離不開傳感器練習（含解析）滬科選修3-2.docx

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用傳感器做實驗 信息時代離不開傳感器 課時演練促提升 A組 1. 如圖所示是用來測定高溫物體溫度的電阻溫度計示意圖。A是金屬鉑制成的探頭(隨溫度的升高電阻率增大),B是靈敏電流計,E是恒定電源。若將A置入高溫物體中(如煉鋼爐、核反應(yīng)堆等),可以通過其電阻率的變化來測定溫度。則當B偏轉(zhuǎn)的角度最大時,應(yīng)是(　　) A.物體的溫度最高 B.物體的溫度最低 C.由變阻器R的接法來確定溫度最高還是最低 D.由變阻器R的接法和電源的正、負極性來確定溫度最高、最低 解析:B偏轉(zhuǎn)角度最大時,說明回路中電流最大,由于I=ER+RA,所以此時A的阻值最小,由于A的電阻率隨溫度升高而增大,所以此時物體溫度最低。溫度高低與變阻器和電源的接法無關(guān)。故選項B正確。 答案:B 2.(多選)如圖所示是霍爾元件的工作原理示意圖。如圖用d表示薄片的厚度,k為霍爾系數(shù),對于一個霍爾元件,d、RH為定值,如果保持電流I恒定,則可以驗證UH隨B的變化情況,以下說法中正確的是(　　) 霍爾元件的工作原理 A.將永磁體的一個磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面時,UH將變大 B.在測定地球兩極的磁場強弱時,霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 C.在測定地球赤道上的磁場強弱時,霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 D.改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角,UH將發(fā)生變化 解析:磁體的一個磁極靠近霍爾元件工作面時,B增強,由UH=RHIBd,知UH將變大,故選項A正確;在測定地球兩極的磁場強弱時,兩磁場可看做與地面垂直,所以霍爾元件工作面應(yīng)保持水平,故選項B正確;赤道處磁場可看做與地面平行,所以工作面應(yīng)保持豎直,故選項C錯誤;若磁場與工作面夾角為θ,則應(yīng)有qvBsinθ=UHdq,可見θ變化時,UH將變化,故選項D正確。 答案:ABD 3.角速度計是應(yīng)用傳感器來測量飛機、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)動角速度的裝置,其結(jié)構(gòu)如圖所示。當系統(tǒng)繞軸OO轉(zhuǎn)動時,元件A發(fā)生位移并輸出相應(yīng)的電壓信號,成為飛機、衛(wèi)星等的制導系統(tǒng)的信息源。 已知A的質(zhì)量為m,彈簧的勁度系數(shù)為k、自然長度為l,電源的電動勢為E、內(nèi)阻不計?；瑒幼冏杵骺傞L也為l且電阻分布均勻,系統(tǒng)靜止時P在B點,當系統(tǒng)以角速度ω轉(zhuǎn)動時,則(　　) A.電路中電流隨角速度的增大而增大 B.電路中電流隨角速度的減小而增大 C.彈簧的伸長量為x=mωl/(k-mω2) D.輸出電壓U與ω的函數(shù)關(guān)系式為U=Emω2/(k-mω2) 解析:滑片的移動不影響滑動變阻器接入電路中的電阻,故電路中的電流不隨角速度的變化而變化,選項A、B錯誤;由牛頓第二定律得:kx=m(l+x)ω2,所以x=mω2l/(k-mω2),選項C錯誤;輸出電壓U=Ex/l,將x=mω2l/(k-mω2)代入上式得:U=Emω2/(k-mω2),選項D正確。 答案:D 4. 如右圖所示是一火警器的部分電路示意圖,其中R2為負溫度系數(shù)熱敏電阻。電表為值班室的顯示器,a、b之間接報警器。當傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時,顯示器的電流I、報警器兩端的電壓U的變化情況是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.I變大,U變大 B.I變大,U變小 C.I變小,U變大 D.I變小,U變小 解析:敏感元件是半導體負溫度系數(shù)熱敏電阻,當該電阻所在處出現(xiàn)火警時,溫度急劇升高,電阻R2變小,使得電路總電阻減小,干路總電流增大,路端電壓減小,即U變小;因干路電流的增大而帶來R1上的電壓增大,所以并聯(lián)部分的兩端電壓是減小的,電流表的示數(shù)減小。選項D正確。 答案:D 5.如圖所示,A是浮子,B是金屬觸頭,C為住宅樓房頂上的蓄水池,M是帶水泵的電動機,D是彈簧,E是銜鐵,F是電磁鐵,S1、S2分別為觸頭開關(guān),S為開關(guān),J為電池。請利用上述材料,設(shè)計一個住宅樓房頂上的自動注水裝置。 (1)連接電路圖。 (2)簡述其工作原理。(涉及的元件可用字母代替) 解析:(1)如圖 (2)按圖接好電路,合上開關(guān)S,水泵工作,水位升高,當浮子上升使B接觸到S1時,左側(cè)電路(控制電路)工作,電磁鐵F有磁力,拉下銜鐵E,使S2斷開,電動機M不工作,停止注水,當水位下降使B與S1脫離,電磁鐵電路停止工作,F無磁性,彈簧D的彈力拉動E,使S2接通,M工作。 答案:見解析 6.當前大量使用的磁敏器件是霍爾元件與集成電路制在一起的磁傳感器,它有以下兩種: (1)一種是“線性”的,它是將霍爾元件和放大器集成在一個芯片內(nèi),其輸出的電壓與感受到的磁感應(yīng)強度成正比地連續(xù)變化。請你提出一種方案,利用它來測量電流的大小。 (2)另一種叫做“開關(guān)型”的,當磁感應(yīng)強度達到一定程度時它才會輸出高電平,而在磁感應(yīng)強度弱到一定程度時輸出低電平(或者相反),也就是說,它只能在高、低電平之間躍變。請你提出一種方案,利用它來測量物體的轉(zhuǎn)速。 解析:(1)設(shè)計方案如圖甲所示。在C形軟鐵心1上繞制線圈2,霍爾傳感器3置入鐵心的間隙中,并與數(shù)字毫伏表4相連。線圈中通入的待測電流I越強,鐵心間隙中的磁感應(yīng)強度就越大,則傳感器輸出的電壓越大。 (2)設(shè)計方案如圖乙所示。轉(zhuǎn)動物體1的邊緣上嵌入一個小永磁體2,霍爾傳感器3固定在近旁,并與計數(shù)電路和顯示屏4相連。物體每轉(zhuǎn)動一周,傳感器就輸出一個電壓脈沖,計數(shù)器顯示的數(shù)字就增加1,配合停表測出在時間t內(nèi)轉(zhuǎn)動的圈數(shù)n,就可以計算出轉(zhuǎn)速。 答案:見解析 B組 1.(多選)關(guān)于電子秤中應(yīng)變式力傳感器的說法正確的是 (　　) A.應(yīng)變片是由導體材料制成 B.當應(yīng)變片的表面拉伸時,其電阻變大;反之,變小 C.傳感器輸出的是應(yīng)變片上的電壓 D.外力越大,輸出的電壓差值也越大 解析:應(yīng)變片多用半導體材料制成,選項A錯誤、選項B正確;傳感器輸出的是上、下兩應(yīng)變片上的電壓差,并且隨著外力的增大,輸出的電壓差值也就越大,選項C錯誤、選項D正確。 答案:BD 2.(多選)電容式話筒的保真度比動出式話筒好,其工作原理如圖所示。Q是絕緣支架,薄金屬膜片M和固定電極N形成一個電容器,被直流電源充電,當聲波使膜片振動時,電容發(fā)生變化,電路中形成變化的電流。當膜片向右運動的過程中有(　　) A.電容變大 B.電容變小 C.導線AB中有向左的電流 D.導線AB中有向右的電流 解析:當膜片向右運動時,電容器兩板M、N間的距離d變小,由C=εS4πkd得電容C變大,選項A正確,電容器被充電,AB中有向左的電流通過,選項C正確。 答案:AC 3.為監(jiān)測某化工廠的污水排放量,技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖所示的流量計。該裝置由絕緣材料制成,長、寬、高分別為a、b、c,左右兩端開口。在垂直于上下底面方向加磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場,在前后兩個內(nèi)側(cè)面分別固定有金屬板作為電極。污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時,電壓表將顯示兩個電極間的電壓U。若用Q表示污水流量(單位時間內(nèi)排出的污水體積),下列說法中正確的是(　　) A.若污水中正離子較多,則前表面比后表面電勢高 B.若污水中負離子較多,則前表面比后表面電勢高 C.污水中離子濃度越高電壓表的示數(shù)將越大 D.污水流量Q與U成正比,與a、b無關(guān) 解析:由左手定則可以判斷出正離子較多時,正離子受到的洛倫茲力使其向后表面偏轉(zhuǎn)聚集而導致后表面電勢升高,同理負離子較多時,負離子向前表面偏轉(zhuǎn)聚集而導致前表面電勢低,選項A,B錯誤;設(shè)前、后表面間的最高電壓為U,則qUb=qvB,所以U=vBb,由此可知U與離子濃度無關(guān),選項C錯誤;因Q=vbc,而U=vBb,所以Q=Uc/B,選項D正確。 答案:D 4.對于確定的一個霍爾元件,若保持通入的恒定電流不變,當磁感應(yīng)強度增加時,霍爾電壓UH應(yīng)(　　) A.不變 B.減小 C.增大 D.不確定 解析:由UH=kIBd可得,當磁感應(yīng)強度B增加時,UH增大。 答案:C 5.現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動變阻器、開關(guān)和導線若干。如圖所示,試設(shè)計一個溫控電路,要求溫度低于某一溫度時,電爐絲自動通電供熱,高于另一某溫度時,又可以自動斷電,畫出電路圖并說明工作過程。 解析:電路圖如圖所示,閉合開關(guān)S1,當溫度低于設(shè)計值時熱敏電阻阻值大,通過電磁繼電器的電流不能使它工作,S2接通電爐絲加熱。當溫度達到設(shè)計值時,熱敏電阻減小到某值,通過電磁繼電器的電流達到工作電流,S2斷開,電爐絲斷電,停止加熱。當溫度低于設(shè)計值,又重復前述過程。 答案:見解析 6.在原子反應(yīng)堆中抽動液態(tài)金屬或在醫(yī)療器械中抽動血液等導電液體時,常使用電磁泵。某種電磁泵的結(jié)構(gòu)如圖所示,把裝有液態(tài)鈉的矩形截面導管(導管是環(huán)形的,圖中只畫出其中一部分)水平放置于勻 強磁場中,磁場的磁感應(yīng)強度為B,方向與導管垂直,讓電流I按如圖方向縱向穿過液態(tài)鈉且電流方向與B垂直。設(shè)導管截面高為a,寬為b,導管有長為l的一部分置于磁場中,由于磁場對液態(tài)鈉的作用力使液態(tài)鈉獲得驅(qū)動而不斷沿管子向前推進。整個系統(tǒng)是完全密封的,只有金屬鈉本身在其中流動,其余的部件是固定不動的。 (1)假定在液態(tài)鈉不流動的條件下,求導管橫截面上由磁場驅(qū)動力所形成的附加壓強p與上述各量的關(guān)系式; (2)設(shè)液態(tài)鈉中每個自由電荷所帶電荷量為q,單位體積內(nèi)參與導電的自由電荷數(shù)為n,求在橫穿液態(tài)鈉的電流I的方向上參與導電的自由電荷定向移動的平均速度v。 解析:(1)由安培力計算公式可得液態(tài)鈉所受磁場驅(qū)動力F=BIa?、? 管道橫截面積S=ab　② 由壓強公式,垂直于導管橫截面方向上磁場力產(chǎn)生的附加壓強p=FS?、? 由①②③得p=BIb (2)由電流定義式I=Qt　④ 在時間t內(nèi)通過的總電荷量Q=nqblvt?、? 由④⑤得參與導電的自由電荷定向移動的平均速率 v=Inqbl。 答案:(1)p=BIb　(2)Inqbl