2021-2022学年高中物理 第六章 传感器 2 传感器的应用训练（含解析）新人教版选修3-2.docx

1、传感器的应用 课后篇巩固提升 基础巩固 1.右图是一种常见的非接触式测温仪器,医生将非接触式测温仪器靠近但不接触病人额头,即可测得病人体温,该类仪器利用的传感器是()A.声音传感器 B.红外线传感器 C.气体传感器 D.压力传感器 解析红外线最显著的特征是热效应,人体不断向外辐射红外线,而且不同温度的人辐射红外线的频率和强度不同,根据人体辐射的红外线的频率和强度利用红外线传感器就可以测出人体的温度。非接触式测温仪器能将物体发出的红外线信号转化为电信号,所以非接触式测温仪器利用的传感器是红外线传感器,故 B 正确。答案 B 2.下列装置中利用了光电传感器的是()A.电熨斗 B.电饭锅 C.电子秤

2、 D.火灾报警器 解析电熨斗、电饭锅都是通过温度传感器来控制温度,A、B 错;电子秤是利用力传感器来测力的,C 错误;火灾报警器是利用烟雾对光的散射,使光照射到光电三极管上,光电三极管的电阻减小引起电流变化而发生警报,因此火灾报警器是光电传感器,故 D 正确。答案 D 3.下列有关电阻应用的说法错误的是()A.热敏电阻可应用于温度测控装置中 B.光敏电阻是一种光电传感器 C.电阻丝可应用于电热设备中 D.电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用 解析热敏电阻的原理是通过已知某电阻的电阻值与温度值的函数关系,测得该热敏电阻的值即可获取温度值,从而应用于温度测控装置中,A 说法正确;光敏电阻是

3、将光信号与电信号进行转换的传感器,B 说法正确;电阻丝通过电流会产生热效应,可应用于电热设备中,C 说法正确;电阻对直流和交流均起到阻碍的作用,D 说法错误,故正确答案为 D。答案 D 4.街道旁的路灯、江海里的航标灯都要求夜晚亮、白天熄,利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置,实现了自动控制,这是利用半导体的()A.压敏性 B.光敏性 C.热敏性 D.三特性都利用了 解析由于此自动控制利用的是光线强弱的变化,利用半导体的光敏性,故选 B。答案 B 5.(多选)如图所示,家用电冰箱的压缩启动装置的电路。其中的运行绕组是电冰箱在工作时的电动机定子,由于家用交流电是单相的,启动时必须依靠启

4、动绕组的帮助才能产生旋转磁场。在启动绕组的支路中串联有一个 PTC 元件,这是一种以钛酸钡为主要材料的热敏电阻器。电流流过 PTC 元件,元件发热,它的电阻率随温度升高而发生显著变化,当电动机转动起来正常以后,PTC 元件温度较高,电阻很大,启动绕组电流很小。则以下判断正确的是()A.电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少 B.电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少 C.电冰箱启动后,启动绕组功率不变,运行绕组功率是变化的 D.电冰箱启动后,启动绕组功率是变化的,运行绕组功率不变 解析启动时,由于 PTC 元件温度低电阻小,故耗电多,B 正确;启动后,随 PTC 元件温度升高,PTC元件电阻增

5、大,通过启动绕组的电流减小,故启动绕组功率是变化的,而运行绕组电压不变,故功率不变,则 D 正确。答案 BD 6.如图甲所示,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,调节滑动变阻器滑片,使小灯泡发光亮度逐渐增强,测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图乙所示,试根据这一特性用图丙中给定的器材设计一个自动光控电路。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,通过光敏电阻的电流增大。根据题意设计的自动光控电路如图所示。控制过程是:当有光照射时,光电流经过放大器输出一个较大的电流,驱动电磁继电器吸引衔铁使两个触点断开,当无光照射时,光电流

6、减小,放大器输出电流减小,电磁继电器释放衔铁,使两个触点闭合,控制电路接通,灯开始工作。答案见解析图 能力提升 1.小强用恒温箱(如图所示)进行实验时,发现恒温箱的温度持续升高,无法自动控制。经检查,恒温箱的控制器没有故障。下列对故障判断正确的是()A.只可能是热敏电阻出现故障 B.只可能是温度设定装置出现故障 C.热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障 D.可能是加热器出现故障 解析由恒温箱原理图可知,若热敏电阻出现故障或温度设定装置出现故障都会向控制器传递错误信息,导致控制器发出错误指令,故 C 正确,A、B 错误。若加热器出现故障,只有一种可能,即不能加热,而题中加热器一直加热才会使温度持

7、续升高,故 D 错误。答案 C 2.(多选)在家用电热灭蚊器中,电热部分主要元件是 PTC 元件,PTC 元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器,其电阻率 随温度 t 的变化关系如图所示,由于这种特性,使 PTC 元件具有发热、保温双重功能。以下判断正确的是()A.通电后,其电功率先增大后减小 B.通电后,其电功率先减小后增大 C.当其产生的热量与散发的热量相等时,温度保持在 t1不变 D.当其产生的热量与散发的热量相等时,温度保持在 t1和 t2之间的某一值不变 解析当电热灭蚊器温度由 0 升到 t1的过程中,电阻器的电阻率 随温度的升高而减小,其电阻R 随之减小,由于加在电热灭蚊器上的电压

8、 U 保持不变,电热灭蚊器的电功率 P 随之增大,当t=t1时,电功率 P 达到最大。当温度由 t1升高到 t2的过程中,增大,R 增大,P 减小。而温度越高,其与外界环境温度的差别也就越大,高于环境温度的电热灭蚊器的散热功率 P也就越大。因此在这之间的某一温度 t3会有 P=P3=P,即电功率 P 减小到等于散热功率时,即达到保温;当tP,使温度自动升高到 t3;当 tt3,PP,使温度自动降为 t3,实现自动保温。答案 AD 3.如图甲所示为温度在 10 左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图,箱内的电阻 R1=20 k,R2=10 k,R3=40 k,RT为热敏电阻,它的电阻随温度变化的

9、图线如图乙所示。当 a、b 两端电压 Uab0时,电压鉴别器会令开关 S 断开,停止加热,恒温箱内的温度恒定在 。解析设电路路端电压为 U,当 Uab=0 时,有 1 R1=R3,解得 RT=0k。由题图乙可知,当 RT=0k 时,t=32。答案 32(3133 均可)4.电饭煲的工作原理图如图所示,可分为两部分,即控制部分:由 S2、R1和黄灯组成。工作(加热)部分:由发热电阻 R3、R2和红灯组成,S1是一个磁铁限温开关,手动闭合,当此开关的温度达到居里点(103)时,自动断开,且不能自动复位(闭合),S2是一个双金属片自动开关,当温度达到7080 时,自动断开,低于 70 时,自动闭合,

10、红灯、黄灯是指示灯,通过的电流必须较小,所以 R1、R2起 作用,R3是发热电阻,由于煮饭前温度低于 70,所以 S2是 (选填“断开的”或“闭合的”)。接通电源并按下 S1后,黄灯灭而红灯亮,R3发热,当温度达到7080 时,S2断开,当温度达到 103 时饭熟,S1断开,当温度降到 70 以下时,S2闭合,电饭煲处于保温状态,由以上描述可知 R2 (选填“”“R3。由于开关 S1必须当温度达到 103时才自动断开,而水的沸点只有 100,因此用电饭煲烧水时,直到水被烧干后 S1才会断开。答案限流 闭合的 见解析 5.自己设计一个以热敏电阻为传感器的简易自动报警器,当温度过高时,小灯泡亮或响

11、铃报警,所用的实验器材可能有电磁继电器、电铃、小灯泡、热敏电阻、干电池、滑动变阻器、开关。解析实验电路图如图所示 当温度升高时,热敏电阻的阻值减小,通过电磁继电器螺线管的电流增大,磁性增强,吸下金属片,触点接通,灯泡亮或电铃响,起到报警作用。通过调节滑动变阻器的阻值,可以达到调节报警温度的目的。答案见解析 6.如图所示,用图甲的热敏电阻 R 与继电器组成图乙所示的一个简单恒温箱温控电路,继电器线圈电阻为 150,当线圈中的电流大于或等于 20 mA 时,继电器的衔铁被吸合。继电器供电的电池 E=6 V,内阻可不计。图中的电源为恒温箱加热器的电源。则:(1)应该把恒温箱的加热器接在 A、B 端还

12、是 C、D 端?(2)要使箱内温度保持 1 00,可变电阻 R的值应调节为多少?解析(1)温度升高后,R 电阻减小,线圈电流增大,当电流达到设定值时衔铁被吸合,与 C、D 接通,A、B 断开,加热器停止加热。(2)由图甲知 t=100时,R=50,则继电器电路中电流在 100时,I=,其中 RJ为继电器的电阻。代入数据解得,R=100。答案(1)加热器应接在 A、B 端(2)可变电阻为 100 7.当前大量使用的磁敏器件是霍尔元件与集成电路组成的磁传感器,它有以下两种。(1)一种是“线性”的。它将霍尔元件和放大器集成在一个芯片内,其输出的电压与感受到的磁感应强度成正比地连续变化。请你提出一种方

13、案,利用它来测量电流的大小。(2)另一种是“开关型”的,当磁场强到一定程度时它才会输出高电平,而在磁场弱到一定程度时输出低电平(或者相反),也就是说,它只能在高、低电平之间跃变。请你提出一种方案,利用它来测量物体的转速。解析(1)设计方案如图甲所示。在 C 形软铁芯 1 上绕制线圈 2,霍尔传感器 3 置入铁芯的间隙中,并与数字毫伏表 4 相连。线圈 2 中通入的待测电流 I 越强,铁芯间隙中的磁感应强度就越大,则传感器输出的电压也越大。甲(2)设计方案如图乙所示。转动物体 1 的边缘上嵌入一个永磁体 2,霍尔传感器 3 固定在近旁,并与计数电路和显示屏 4 相连。物体每转动 1 周,传感器就输出 1 个电压脉冲,计数器显示的数字就增加 1。配合秒表测出物体在时间 t 内转动的周数 n,就可以计算出转速。乙 答案见解析