高中物理 第3章 傳感器 13 傳感器 溫度傳感器和光傳感器學(xué)業(yè)分層測評 教科版選修3-2
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13 傳感器 溫度傳感器和光傳感器 (建議用時(shí)：45分鐘) [學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)] 1．(多選)關(guān)于干簧管，下列說法正確的是( ) A．干簧管接入電路中相當(dāng)于電阻的作用 B．干簧管是根據(jù)熱脹冷縮的原理制成的 C．干簧管接入電路中相當(dāng)于開關(guān)的作用 D．干簧管是作為電控元件以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的 【解析】 干簧管是一個(gè)磁場自動(dòng)控制的電路開關(guān)，故選項(xiàng)C、D正確． 【答案】 CD 2．下列關(guān)于物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器的說法中，正確的是( ) 【導(dǎo)學(xué)號：31310145】 A．物理傳感器利用材料的某種物理性質(zhì)工作，因而只能用于機(jī)械加工行業(yè)不能用于化工領(lǐng)域 B．化學(xué)傳感器是利用某種化學(xué)反應(yīng)來工作的，因而只能輸出某種化學(xué)物質(zhì)而不是輸出電學(xué)量 C．生物傳感器的適用范圍廣，可在任意溫度條件下工作 D．生物傳感器由于含有生命物質(zhì)，因而對使用傳感器的環(huán)境條件有一定要求 【解析】 不論哪種傳感器都可以將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量輸出，故B錯(cuò)；物理傳感器在化工領(lǐng)域也可以使用，如溫度傳感器等，故A錯(cuò)；生物傳感器能夠使用的前提是感受器中的生命物質(zhì)保持生物活性，故C錯(cuò)D對． 【答案】 D 3．如圖315所示，由電源、小燈泡、電阻絲、開關(guān)組成的電路中，當(dāng)閉合開關(guān)S后，小燈泡正常發(fā)光．當(dāng)用酒精燈加熱電阻絲時(shí)，則關(guān)于發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變化以及發(fā)生這一現(xiàn)象的主要原因正確的是( ) 圖315 A．小燈泡變亮，小燈泡的電阻發(fā)生了變化 B．小燈泡變亮，小燈泡燈絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化 C．小燈泡變暗，電阻絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化 D．小燈泡變暗，電源的電壓隨溫度發(fā)生了變化 【解析】 用酒精燈加熱電阻絲時(shí)，電阻絲的電阻率隨溫度升高而增大，電流減小，燈泡變暗． 【答案】 C 4．光敏電阻能將光信號轉(zhuǎn)化為電信號是因?yàn)? ) A．光照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，光敏電阻的阻值也發(fā)生變化 B．光照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，光敏電阻的體積也發(fā)生變化 C．光照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，光敏電阻的長度也發(fā)生變化 D．光照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，光敏電阻的橫截面積也發(fā)生變化 【解析】 光敏電阻的特性是光照強(qiáng)度變化時(shí)，電阻率發(fā)生明顯變化，而長度、體積、橫截面積不發(fā)生變化，故光敏電阻阻值大小會發(fā)生變化，A正確． 【答案】 A 5．(多選)如圖316所示的電容式話簡就是一種電容式傳感器，其原理是：導(dǎo)電性振動(dòng)膜片與固定電極構(gòu)成了一個(gè)電容器，當(dāng)振動(dòng)膜片在聲壓的作用下振動(dòng)時(shí)，兩個(gè)電極之間的電容發(fā)生變化，電路中電流隨之變化，這樣聲信號就變成了電信號．則當(dāng)振動(dòng)膜片向右振動(dòng)時(shí)( ) 圖316 【導(dǎo)學(xué)號：31310146】 A．電容器電容值增大 B．電容器所帶電荷量減小 C．電容器兩極板間的場強(qiáng)增大 D．電阻R上電流方向自左向右 【解析】 當(dāng)振動(dòng)膜片向右振動(dòng)時(shí)，兩極板間的距離d減小，由電容公式C＝知，C增大，由E＝知，E增大，A、C正確；由Q＝CU知，電容器所帶電荷量Q增大，電容器充電，電阻R上電流方向自右向左，B、D錯(cuò)誤． 【答案】 AC 6．(多選)美國科學(xué)家Willard S．Boyle與George E．Smith因電荷耦合器件(CCD)的重要發(fā)明榮獲2009年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．CCD是將光學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量的傳感器．下列器件可作為傳感器的有( ) A．發(fā)光二極管 B．熱敏電阻 C．霍爾元件 D．干電池 【解析】 發(fā)光二極管有單向?qū)щ娦?，A錯(cuò)；熱敏電阻和霍爾元件都可作為傳感器，B、C對；干電池是電源，D錯(cuò)． 【答案】 BC 7．傳感器是一種采集信息的重要器件，如圖317所示是由電容器作為傳感器來測定壓力變化的電路，當(dāng)待測壓力作用于膜片電極上時(shí)，下列說法中正確的是( ) 圖317 【導(dǎo)學(xué)號：31310147】 ①若F向下壓膜片電極，電路中有從a到b的電流； ②若F向下壓膜片電極，電路中有從b到a的電流； ③若F向下壓膜片電極，電路中不會有電流產(chǎn)生； ④若電流表有示數(shù)，說明壓力F發(fā)生變化； ⑤若電流表有示數(shù)，說明壓力F不會發(fā)生變化． A．②④ B．①④ C．③⑤ D．①⑤ 【解析】 在電容器、電流表和電源串聯(lián)成閉合電路中，電容器兩極板間的電壓U不變，當(dāng)F向下壓膜片電極時(shí)，電容器極板間距d變小，由C＝知，電容器電容C變大，根據(jù)Q＝CU知，極板帶電量將增大，電容器充電，電路中有從b到a的電流，說法②正確；若電流表有示數(shù)，說明電容器有充放電，極板帶電量發(fā)生變化，根據(jù)Q＝CU知，電容器電容C發(fā)生變化，從而判斷出作用在可動(dòng)膜片電極上的壓力F發(fā)生變化，說法④正確．故A項(xiàng)正確． 【答案】 A 8．(多選)如圖318所示的電路中，電源電動(dòng)勢為E，內(nèi)阻為r，Rt為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，R為光敏電阻，閉合開關(guān)后，小燈泡L正常發(fā)光，由于環(huán)境條件改變(光照或溫度)，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗，則引起小燈泡變暗的原因可能是( ) 圖318 A．溫度不變，光照增強(qiáng) B．溫度升高，光照不變 C．溫度降低，光照增強(qiáng) D．溫度升高，光照減弱 【解析】 由題圖可知，當(dāng)光敏電阻阻值減小或熱敏電阻阻值增大時(shí)，小燈泡L都會變暗，結(jié)合光敏電阻特性可知，A正確，B錯(cuò)誤；若光敏電阻阻值減小的同時(shí)，熱敏電阻的阻值增大，小燈泡L變暗，C正確；若熱敏電阻減小，光敏電阻增大，則小燈泡變亮．D錯(cuò)誤． 【答案】 AC [能力提升] 9．(多選)如圖319所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)( ) 【導(dǎo)學(xué)號：31310148】 圖319 A．電壓表的示數(shù)增大 B．R2中電流強(qiáng)度增大 C．小燈泡的功率增大 D．電源的路端電壓降低 【解析】 當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)，R3的阻值變小，則電壓表示數(shù)增大．R2中的電流減小，小燈泡的功率增大．電源的路端電壓降低，故A、C、D正確． 【答案】 ACD 10.傳感器是把非電學(xué)物理量(如位移、壓力、流量、聲強(qiáng)等)轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的一種元件．如圖3110所示為一種電容傳感器，電路可將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號．電路中a、b構(gòu)成一個(gè)電容器，b是固定不動(dòng)的金屬板，a是能在聲波驅(qū)動(dòng)下沿水平方向振動(dòng)的鍍有金屬層的振動(dòng)膜．若聲源S發(fā)出頻率恒定的聲波使a振動(dòng)，則a在振動(dòng)過程中( ) 圖3110 A．a(chǎn)、b板之間的電場強(qiáng)度不變 B．a(chǎn)、b板所帶的電荷量不變 C．電路中始終有方向不變的電流 D．向右位移最大時(shí)，電容器的電容最大 【解析】 a在振動(dòng)過程中，電容器兩極板間的距離d在變化．而兩極板間的電壓始終等于電源兩端的電壓不變．由E＝知，E變，A錯(cuò)；又由C＝和C＝得a、b板所帶電荷量Q變化，B錯(cuò)、C錯(cuò)；當(dāng)a向右位移最大時(shí)，C最大，Q最大，D對． 【答案】 D 11.如圖3111所示，是一個(gè)測定液面高度的傳感器，在導(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì)，放在導(dǎo)電液體中，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液構(gòu)成電容器的兩極．把這兩極接入外電路，當(dāng)外電路中的電流變化顯示電容值增大時(shí)，則導(dǎo)電液體的深度h變化為( ) 圖3111 【導(dǎo)學(xué)號：31310149】 A．h增大 B．h減小 C．h不變 D．無法確定 【解析】 由題意知，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器的兩極，類似于平行板電容器的兩極．當(dāng)液面高度發(fā)生變化時(shí)相當(dāng)于兩極板正對面積發(fā)生變化，會引起電容的變化．與平行板電容器類比可得，導(dǎo)電液體深度h增大時(shí)，導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液體正對面積增大，電容器的電容值變大． 【答案】 A 12．如圖3112所示的電路中，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，D為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)光越強(qiáng))，且R與D距離不變，下列說法中正確的是( ) 圖3112 A．當(dāng)滑動(dòng)觸頭向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率增大 B．當(dāng)滑動(dòng)觸頭向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率減小 C．當(dāng)滑動(dòng)觸頭向右移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率可能不變 D．無論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)觸頭，L消耗的功率不變 【解析】 滑動(dòng)變阻器觸頭P向左移動(dòng)時(shí)，電阻減小，通過D的電流變大，發(fā)光二極管發(fā)出的光增強(qiáng)，光照射光敏電阻，R的阻值減小，通過L的電流變大，L消耗的功率變大；反之，P向右移動(dòng)時(shí)，L的功率變小．A正確． 【答案】 A 13．如圖3113所示，甲、乙是兩類熱敏電阻的Rt特征圖線，如果想用熱敏電阻作傳感器，并與繼電器相連，構(gòu)成一個(gè)簡單的自動(dòng)報(bào)警線路，當(dāng)溫度過高時(shí)，由繼電器接通電路報(bào)警．則( ) 【導(dǎo)學(xué)號：31310150】 甲 乙 圖3113 A．采用圖甲類熱敏電阻較好 B．采用圖乙類熱敏電阻較好 C．采用圖甲和圖乙效果一樣好 D．以上說法均不正確 【解析】 由圖中可以看出當(dāng)溫度較高時(shí)，甲類熱電阻變化較快，使流過繼電器的電流迅速增大，致使繼電器工作．所以采用甲類熱敏電阻較好，所以A正確． 【答案】 A 14．溫度傳感器廣泛應(yīng)用于家用電器中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性來工作的．如圖3114甲所示為某裝置中的傳感器工作原理圖，已知電源的電動(dòng)勢E＝9.0 V，內(nèi)電阻不計(jì)；G為靈敏電流表，其內(nèi)阻Rg保持不變，R為熱敏電阻，其阻值隨溫度的變化關(guān)系如圖乙所示，閉合開關(guān)S，當(dāng)R的溫度等于20 ℃時(shí)，電流表示數(shù)I1＝2 mA；當(dāng)電流表的示數(shù)I2＝3.6 mA時(shí)，熱敏電阻的溫度是( ) 甲 乙 圖3114 A．60 ℃ B．80 ℃ C．100 ℃ D．120 ℃ 【解析】 由圖乙知，當(dāng)R的溫度等于20 ℃時(shí)，熱敏電阻的阻值R1＝4 kΩ，則由I1＝可得Rg＝0.5 kΩ，當(dāng)電流I2＝3.6 mA時(shí)，由I2＝，可得R2＝2 kΩ，結(jié)合圖乙此時(shí)溫度為120 ℃，故選D. 【答案】 D 15．一般的電熨斗用合金絲作發(fā)熱元件，合金絲的電阻隨溫度t變化的關(guān)系如圖3115中實(shí)線①所示，由于環(huán)境溫度以及熨燙的衣物厚度、干濕等情況不同，熨斗的散熱功率不同，因而熨斗的溫度可能會在較大范圍內(nèi)波動(dòng)，易損壞衣物．有一種用主要成分為BaTiO3，被稱為“PTC”的特殊材料作發(fā)熱元件的電熨斗，具有升溫快、能自動(dòng)控制溫度的特點(diǎn)，PTC材料的電阻隨溫度變化的關(guān)系如圖中實(shí)線②所示，根據(jù)圖線分析： 圖3115 【導(dǎo)學(xué)號：31310151】 (1)為什么原處于冷態(tài)的PTC熨斗剛通電時(shí)比普通電熨斗升溫快？ (2)通電一段時(shí)間后電熨斗溫度t自動(dòng)地穩(wěn)定在T________下載提示(請認(rèn)真閱讀)
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