高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册2 常见传感器的工作原理及应用课时练习

2020-2021学年人教版（2019）选择性必修第二册

5.1认识传感器5.2常见传感器的工作原理及应用

课时检测（解析版）

一、选择题(本题共6小题,每小题6分,共36分)

1.下列关于传感器说法中不正确的是 (　　)

A.热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量

B.电子秤所使用的测力装置是力传感器,它是把电信号转换为力信号

C.金属的电阻率随温度的升高而增大,用金属丝可以做温度传感器

D.光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量

【解析】选B。电子秤所使用的测力装置是力传感器,利用通过应变片的电流一定,压力越大,电阻变化越大,应变片两端的电压差越大,将力信号变成电信号,故B错误;金属电阻率随温度升高而增大,可做温度传感器,把温度这个热学量转换为电阻这个电学量,故A、C正确;光敏电阻是由半导体材料制成的,其电阻随光照强度的增大而减小,故它能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量,故D正确。

2.某楼梯口的电灯开关装有传感器,天黑时,出现声音才能发光,而白天即使有声音,电灯也不能发光,该开关中有两种传感器,它们可能是(　)

A.热敏电阻和光敏电阻

B.金属热电阻和光敏电阻

C.热敏电阻和霍尔元件

D.光敏电阻和驻极体话筒

【解析】选D。两种传感器分别把声音信号转换为电信号、把光信号转换为电信号,所以选项D正确。

3.当出现某疫情时,在机场、车站等交通出入口,使用红外线热像仪,红外线热像仪通过红外线遥感,可检测出经过它时的发热病人,从而可以有效控制疫情的传播。关于红外线热像仪,下列说法正确的是              (　)

A.选择红外线进行检测,主要是因为红外线具有荧光效应

B.红外线热像仪通过发射红外线照射人体来检测

C.红外线热像仪同时还具有杀菌作用

D.一切物体都能发射红外线,而且物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同

【解析】选D。红外线热像仪是根据物体发射的红外线的频率和强度不同而工作的,故D正确。

4.(多选)如图所示是一种自动控制水温的装置,P、Q是加热电路的两个触头,M、N是热敏电阻的两个触头,则下列说法正确的是              (　　)

A.P、Q应接在a、b之间

B.P、Q应接在c、d之间

C.M、N应接在e、f之间

D.M、N应接在c、d之间

【解析】选A、C。P、Q应该分别接在触头a、b之间,同时,M、N应该分别接e、f,其工作原理是当水温升高时,热敏电阻阻值减小,电磁铁中电流增大,吸引力增大,使衔铁被吸下,a、b断开,使加热装置停止加热;当水温降低到一定程度时,热敏电阻阻值增大,电磁铁中电流减小,吸引力减小,衔铁被弹簧弹上去,使a、b之间连接,加热装置开始加热,从而实现控制水温。

5.(多选)如图所示为某商厦安装的光敏电阻自动计数器的示意图。其中A为光源,B为由电动机带动匀速运行的自动扶梯,R1为光敏电阻,R2为定值电阻。每当扶梯上有顾客经过挡住由A射向R1的光线时,计数器就计数一次。下列说法正确的是              (　　)

A.当有光照射R1时,信号处理系统获得低电压

B.当有光照射R1时,信号处理系统获得高电压

C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次

D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次

【解析】选B、C。当光线照射R1时,R1阻值减小,R总减小,且电源电压不变,由闭合电路欧姆定律得I=,电路中的电流增大,R2是定值电阻,U2=IR2,R2两端电压增大,信号处理系统获得高电压,所以选项A错误,B正确;根据前面分析可知,每当有人经过时,即没有光照时,信号处理系统获得低电压,信号处理系统计数一次,即信号处理系统每获得一次低电压就计数一次,所以选项C正确,D错误。

6.(多选)如图为电阻R随温度T变化的图线。下列说法中正确的是(　)

A.图线1是热敏电阻的图线,它是用金属材料制成的

B.图线2是热敏电阻的图线,它是用半导体材料制成的

C.图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高

D.图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高

【解析】选B、D。金属热电阻的阻值随温度升高而增大,有些半导体材料的热敏电阻的阻值随温度升高而减小,所以A错误,B正确;图线1对应的金属热电阻化学稳定性好、测温范围大但灵敏度低,图线2对应的热敏电阻化学稳定性差、测温范围小但灵敏度高,所以C错误,D正确。

二、非选择题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)

7.(12分)如图所示是自动控制电路的原理图,a、b间电压恒定,R1为光敏电阻,R2为定值电阻。当电路中的光敏电阻不受光的照射时用电器可以正常工作。

(1)当光敏电阻受光的照射时,其阻值和电流表的示数如何变化?

(2)当光敏电阻受光的照射时,用电器工作状态怎样?

【解析】(1)根据电路结构,当光敏电阻受光照射时,电阻减小,并联支路的电阻减小,电路总电阻减小,总电流增大,R2上的电压变大,因为ab之间的电压恒定,所以并联支路的电压减小,电流表示数减小;

(2)因为没有光照时,用电器可以正常工作,所以当有光照时,通过用电器的电流减小,用电器的实际功率会减小,不能正常工作。

答案:(1)光敏电阻阻值减小,电流表示数减小

(2) 用电器不能正常工作

8.(12分)如图所示,小铅球P系在细金属丝下,悬挂在O点,开始时小铅球P沿竖直方向处于静止状态。当将小铅球P放入水平流动的水中时,球向左摆动一定的角度θ,水流速度越大,θ越大。为了测定水流对小球作用力的大小,在水平方向固定一根电阻丝BC,其长为L,它与金属丝接触良好,不计摩擦和金属丝的电阻,C端在O点正下方处,且OC=h。图中还有电动势为E的电源(内阻不计)和一只电压表。请你连接一个电路,使得当水流速度增大时,电压表示数增大。

【解析】电路图如图所示。

设CD=x,电压表示数为U,P球平衡时,由平衡条件可得tanθ== ①

根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律可得

I== ②

根据电阻定律可得RL=ρ ③

Rx=ρ ④

由①②③④式可得U=,

因为水流速度越大,θ越大,所以U越大。

答案:见解析

9.(7分)(多选)演示位移传感器的工作原理如图乙所示,物体M在导轨上平移时,带动滑动变阻器的金属滑杆P,通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小x。假设电压表是理想电压表,则下列说法正确的是(　)

A.物体M运动时,电路中的电流不会发生变化

B.物体M运动时,电压表的示数会发生变化

C.物体M不动时,电路中没有电流

D.物体M不动时,电压表没有示数

【解析】选A、B。电压表不分流,故金属滑杆移动不会改变电路的总电阻,也就不会改变电路中的总电流,故A正确,电压表测量金属滑杆P左侧电阻两端的电压,故电压表示数随物体M的移动而变化,故B正确,C、D错误。

10.(7分)如图所示是一火警报警器的一部分电路示意图,其中R2为用NTC半导体热敏材料制成的传感器,电流表为值班室的显示器,a、b之间接报警器,当传感器R2所在处出现火情时,显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是              (　　)

A.I变大,U变大　　　　 B.I变小,U变小

C.I变小,U变大　　   D.I变大,U变小

【解析】选B。当R2处出现火情时,NTC热敏材料制成的传感器的电阻将减小,则此时电路中的总电阻减小,由闭合电路欧姆定律可知:外电路电压将减小,U减小;电路中的总电流增大,所以R1上的电压增大,显示器两端的电压将减小,电流I减小,B正确。

11.(7分)某电容式话筒的原理示意图如图所示,E为电源,R为电阻,薄片P和Q为两金属极板。对着话筒说话时,P振动而Q可视为不动。在P、Q间距增大的过程中              (　　)

A.P、Q构成的电容器的电容增大

B.P上电荷量保持不变

C.M点的电势比N点的低

D.M点的电势比N点的高

【解析】选D。当P、Q的间距增大时,据平行板电容器公式C=知d增大,则C减小,选项A错误;稳定后电容器两极板间的电压不变,则据Q=CU知C减小,U不变,则Q减小,选项B错误;电容器两极板的电荷量减少,产生放电电流,方向从M→N,因此M点的电势比N点的电势高,C错误,D正确。

12.(19分)影响物质材料电阻率的因素有很多,一般金属材料的电阻率随温度的升高而增大,而半导体材料的电阻率则与之相反,随温度的升高而减小。某课题研究组在研究某种导电材料的用电器件Z的导电规律时,利用如图甲所示的分压电路,测得其电压与电流的关系如表所示

(1)根据表中数据,用电器件Z可能属于上述哪类材料?

(2)把用电器件Z接入图乙所示的电路中,闭合开关,电流表的读数为1.8 A,电池的电动势为3 V,内阻不计,电阻R的电功率为多大?

【解析】(1)由表格中数据可得,电阻随电压的增大而减小,而电压越大,用电器件温度越高,所以材料为半导体。

(2)查表I=1.8 A时,Z的电压为1.2 V,则

UR=E2-UZ=3 V-1.2 V=1.8 V。

PR=IUR=1.8×1.8 W=3.24 W。

答案:(1)半导体　(2)3.24 W