物理选修32 第三章 传感器 单元测试.docx
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物理选修32第三章传感器单元测试
第三章传感器单元测试
高中物理选修3-2粤教版
一、单选题
1.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
2.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( )
①温度传感器 ②光传感器 ③声音传感器 ④热传感器.
A. ①② B. ②③ C. ③④ D. ②④
3.空调机、电冰箱和消毒柜都使用了( )
A. 温度传感器 B. 红外线传感器 C. 生物传感器 D. 压力传感器
4.如图是测量汽车质量的地磅示意图,汽车的质量可通过电流表的示数读出,下列说法正确的是( )
A. 电流表的示数越大说明被测汽车质量越大
B. 电流表的示数越大说明被测汽车质量越小
C. 把图中的电流表换成电压表同样能测量汽车的质量
D. 地磅的最大量程只由弹簧的劲度系数决定,与电路的有关参数无关
5.关于传感器,下列说法正确的是( )
A. 所有传感器都是由半导体材料做成的 B. 金属材料也可以制成传感器
C. 干簧管是一种能够感知电场的传感器 D. 传感器一定是通过感知电压的变化来传递信号的
6.传感器是把非电学量(如温度、速度、压力等)的变化转换为电学量变化的一种元件,在自动控制中有着相当广泛的应用,如图是一种测量液面高度h的电容式传感器的示意图,从电容C大小的变化就能反映液面的升降情况,关于两者关系的说法中正确的是( )
A. C增大表示h减小
B. C减小表示h增大
C. C减小表示h减小
D. C的变化与h变化无直接关系
7.如图所示,是一个测定液面高度的传感器,在导线芯的外面涂上一层绝缘物质,放在导电液体中,导线芯和导电液体构成电容器的两极,把这两极接入外电路,当外电路中的电流变化说明电容值增大时,则导电液体的深度h变化为( )
A. h增大
B. h减小
C. h不变
D. 无法确定
二、多选题
8.下列器件是应用光传感器的是( )
A. 鼠标器 B. 火灾报警器 C. 测温仪 D. 电子秤
9.燃气灶的点火开关有两种:
一种是电脉冲点火开关,它是依靠干电池产生的电流脉冲经变压器输出非常高的电压,击穿空气后点火;另一种是电子压电点火开关,它的工作原理是压电陶瓷片受一定方向的外力作用而发生机械形变,相应地输出很高的电压,击穿空气后点火.下面对于这两种点火开关的理解正确的是( )
A. 电脉冲点火开关是一种传感器
B. 电子压电点火开关是一种传感器
C. 压电陶瓷片完成的能量转化是电能转化为光能 D. 压电陶瓷片完成的能量转化是机械能转化为电能
10.美国科学家WillardS.Boyle与GeorgeE.Snith因电荷耦合器件(CCD)的重要发明获得2009年度诺贝尔物理学奖.CCD是将光学量转变成电学量的传感器.下列器件可作为传感器的有( )
A. 发光二极管
B. 热敏电阻
C. 霍尔元件
D. 干电池
三、填空题
11.传感器担负着信息的采集任务,在自动控制中发挥着重要作用,传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量),例如热敏传感器,主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻将热学量转换为电学量.热敏电阻随温度变化的图象如图甲所示,图乙是由热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器线路图.问:
(1)为了使温度过高时报警器铃响,c应接在________(填“a”或“b”).
(2)若使启动报警的温度提高些,应将滑动变阻器滑片P向________移动(填“左”或“右”).
12.为了节能和环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统
光控开关可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件
照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为
右图是某次实验时得到的光敏电阻随照度变化的图象,由图象可得出的结论________
当天色暗到一定的程度时,光控开关会自动处于________状态
选填“接通”或“断开”
四、解答题
13.一般说来,物体在温度升高时膨胀,温度降低时收缩,这一现象称为热胀冷缩.在相同的条件下,气体的热胀冷缩最显著,液体次之,固体最不显著.固体、液体、气体的这种性质都可以被利用.有一些电冰箱中的自动温度控制装置,就是根据气体热胀冷缩的性质制成的.如图是它的结构示意图,其中金属盒是用薄的弹性钢片制作,表面有一些环状波纹,内部密封有一定量的气体.结合图片尝试分析它的控温原理.
五、实验探究题
14.为了节能和环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统.光控开关可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为lx).某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表:
照度(lx)
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻(kΩ)
75
40
28
23
20
18
(1)根据表中数据,请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线.
(2)由图线可知阻值随照度变化的特点是:
________.
(3)如图所示,当1、2两端所加电压上升至2 V时,控制开关自动启动照明系统.请利用下列器材设计一个简单电路,给1、2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统。
光敏电阻RP(符号
,阻值见上表);
提供的器材如下:
直流电源E(电动势3 V,内阻不计);
定值电阻:
R1=10 kΩ,R2=20 kΩ,R3=40 kΩ;
开关S及导线若干.图中定值电阻应该选择:
________.
(4)请在虚线框内完成电路原理图.(不考虑控制开关对所设计电路的影响)
六、综合题
15.如图所示为某同学自制的电子秤原理图:
粗细均匀的电阻棒尺(每厘米长的电阻为1Ω)竖直放置、其总长度L=10cm,电源电动势E=6V,内阻r=1ΩQ,保护电阻R0=4Ω,托盘连接在竖直放置、下端固定的轻弹簧上端,其质量mo=0.1kg,水平金属轻杆一端连接弹簧上端、一端通过滑片与电阻棒接触.当托盘内不放物体静止时,弹簧的形变量x=1cm,轻杆的滑片刚好与电阻棒上端接触.若电路各处接触良好、导线及轻杆电阻不计、弹簧的形变始终未超过限度、轻杆只能上下平移,g取10m/s2.求:
(1)弹簧的劲度系数k;
(2)该电子秤能称出的最大物体质量m及对应的理想电压表V的示数U.
答案解析
一、单选题
1.【答案】A
【解析】【解答】由题图可知A、B与电磁继电器线圈相连,所以A、B应接信号电压,控制电磁继电器工作,从而使C、D接通或断开,进而起到控制作用,所以选项A正确。
故选A
【分析】本题考查电磁继电器的原理和应用。
2.【答案】B
【解析】【解答】解:
楼道照明灯天黑时,出现声音它就开启;而在白天,即使有声音它也没有反应.原因是天黑没有光,则声音传感器起作用,当在白天声音传感器不起作用.所以电路中光传感器则安装在声音传感器之前.
故选:
B
【分析】传感器的作用是将温度、力、光、声音等非电学量转换为电学量.
3.【答案】A
【解析】【解答】空调机、电冰箱、消毒柜在达到设定的温度后,会自动停止工作,这是因为使用了温度传感器,故A正确,B、C、D错误。
故选A
【分析】本题考查了各用电器的工作原理,明确各用电器的工作原理即可正确解题.
4.【答案】A
【解析】【分析】汽车质量越大,则弹簧受到的压力就越大,P点越向下,连入电路的电阻就越小,所以电流表的示数就越大,故A正确;B错误;如果换成电压表,由于电压表的内阻较大,所以滑动变阻器的阻值发生变化时,电压表的示数变化范围较小,故不能准确的测量,故C错误
因为是通过滑动变阻器的阻值变化,将力信号变成了电信号,所以D错误;
【点评】滑动变阻器是通过改变连入电路中电阻丝的长度来改变电阻的,由电路图可知,滑片P向下滑动,连入电路中的电阻丝长度变短,阻值变小,根据欧姆定律可知电路中电流变化。
5.【答案】B
【解析】【解答】传感器是把温度、力、声音等非电学量转化为电学量,制作传感器的材料不一定时半导体,也不一定是金属材料,所以B正确。
故选B
【分析】传感器是把温度、力、声音等非电学量转化为电学量。
6.【答案】C
【解析】【分析】电源接通时,电容器的电压一定,若电容C减小时,金属棒与导电液的正对面积减小,所以h减小。
故选C
【点评】根据电容的定义公式
电容的决定因素进行综合分析。
7.【答案】A
【解析】【解答】由题意知,导线芯和导电液体构成电容器的两极,类似于平行板电容器的两极,当液面高度发生变化时相当于两极正对面积发生变化,会引起电容的变化,与平行板电容器类比可得,导电液体深度h增大时,导线芯和导电液体正对面积增大,电容器的电容值变大。
故选A
【分析】本题是电容器的变形应用,利用公式
可分析判断。
二、多选题
8.【答案】A,B
【解析】【解答】测温仪应用温度传感器,电子秤是应用力传感器,AB应用了光传感器。
故选AB
【分析】本题考查了各用电器的工作原理,明确各用电器的工作原理即可正确解题.
9.【答案】B,D
【解析】【解答】A、电脉冲点火开关干电池作电源使用集成块产生高压脉冲.所以不是传感器,故A错误;B、电子压电点火开关是压力转换成电压.故B正确;
C、压电陶瓷片完成的是将机械能转化电能.故C错误;
D、压电陶瓷片完成的是将机械能转化电能.故D正确;
故选BD
【分析】电子打火:
通过旋钮拨动里面的一个小锤子,小锤子后面有弹簧,旋钮到最大火位置的时候,此时气源供气到点火针处的出口,弹簧把小锤子弹出,击打电子,产生电火花,顺电线传导到点火针,火花把气点燃,引着炉头,打火完成;
脉冲点火:
是用电池来工作的,里面有脉冲转换器,用来把电池的电转换为连续的火花.
10.【答案】B,C
【解析】【解答】A、发光二极管两极达到一定电压时就会正向导通,所以不是传感器.故A不正确;B、热敏电阻可以把温度转化为电学量,故B正确;
C、而霍尔元件可以把磁场的磁感应强度转化为电学量,故C正确;
D、干电池是电源,能给两极提供电势差的设备.故D不正确;
故选BC
【分析】传感器是将非电学量转变成电学量,如力传感器是将力学量转变成电学量.
三、填空题
11.【答案】
(1)a
(2)左
【解析】【解答】
(1)温度升高热敏电阻变小,控制左边电路电流变大,电磁铁磁性变强、开关接触a点,要使温度过高时报警器报警,c应接在a处;
(2)滑片P向左移,滑动变阻器接入电路的阻值变大,在温度更高时控制电路才能有足够大电流,使磁铁有足够大引力吸引开关,因此滑片向左移可以提高报警器的启动报警温度。
【分析】传感器是把温度、力、声音等非电学量转化为电学量,温度、力、声音等量变化时会引起电路的状态变化,结合欧姆定律分析电路的动态变化。
12.【答案】光敏电阻阻值随着光的照度增大而减小;接通
【解析】【解答】由图可知,其特点为:
光敏电阻的阻值随光照强度的增大呈非线性减小.由照明原理可知,当光线较暗时,应接通电路使灯泡发光.【分析】光照强度和电阻的关系通过观察图像可以得到,天色变暗,光控开关会闭合。
四、解答题
13.【答案】当电冰箱内的温度高于设定温度时,金属盒内的气体膨胀,使金属盒的两个侧面凸起来,透过连杆带动控制连杆,动触点向右移动,与两静触点接触,接通工作电路,压缩机工作,电冰箱内温度降低.
当温度降低至设定温度以下,金属盒内气体体积减小,金属盒的两个侧面凹进去,通过连杆带动控制连杆,动触点向左移动,导致动触点与静触点分离,切断工作电路,压缩机停止工作.如此反复,保持电冰箱内的温度不高于设定温度.
【解析】【解答】当电冰箱内的温度高于设定温度时,金属盒内的气体膨胀,使金属盒的两个侧面凸起来,透过连杆带动控制连杆,动触点向右移动,与两静触点接触,接通工作电路,压缩机工作,电冰箱内温度降低.
当温度降低至设定温度以下,金属盒内气体体积减小,金属盒的两个侧面凹进去,通过连杆带动控制连杆,动触点向左移动,导致动触点与静触点分离,切断工作电路,压缩机停止工作.
如此反复,保持电冰箱内的温度不高于设定温度.
【分析】在温度变化时,材料都具有热胀冷缩的特点.在变化相同温度时,在相同的条件下,气体的热胀冷缩最显著,金属变化的程度小.根据物质热胀冷缩原理进行分析.
五、实验探究题
14.【答案】
(1)根据数据绘出图像如下图所示:
(2)阻值随照度变化的特点:
光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小;
(3)R1
(4)电路原理图如右图所示:
【解析】【解答】①光敏电阻的阻值随光照变化的曲线如下图所示:
②阻值随照度变化的特点:
光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小;
③控制开关自动启动照明系统,给1、2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0(lx)时启动照明系统,即此时光敏电阻阻值为20kΩ,两端电压为2V,电源电动势为3V,所以应加上一个分压电阻,分压电阻阻值为10kΩ,即选用R1;
④电路原理图如右图所示:
【分析】本题中重点是图像绘制和分析以及电路图的设计。
六、综合题
15.【答案】
(1)当托盘内不放重物时,弹簧弹力为
kx=mg
可得k=100N/m
故弹簧劲度系数k=100N/m
(2)R=10Ω
当重量最大时,轻杆位于R最下端,
此时电压表示数为R的电压,即U=
=4V
此时弹簧又缩短了10cm,
所放重物重量mg=k△x,
可得m=1kg.
故该电子秤能称出的最大物体质量为1kg,对应的理想电压表V的示数4V
【解析】【解答】
(1)当托盘内不放重物时,弹簧弹力为
kx=mg
可得k=100N/m
故弹簧劲度系数k=100N/m
(2)R=10Ω
当重量最大时,轻杆位于R最下端,
此时电压表示数为R的电压,即U=
=4V
此时弹簧又缩短了10cm,
所放重物重量mg=k△x,
可得m=1kg.
故该电子秤能称出的最大物体质量为1kg,对应的理想电压表V的示数4V.
答:
(1)弹簧的劲度系数k=100N/m;
(2)该电子秤能称出的最大物体质量m=1kg,对应的理想电压表V的示数U=4V.
【分析】弹簧劲度系数可用胡克定律来求;当托盘放上重物时,弹簧被压缩,电压测量电阻范围增大,示数增加,利闭合电路欧姆定律可求最大电压.
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