第五章 本章达标检测2

第五章　传感器

第1~3节综合拔高练

五年选考练

考点1　传感器敏感元件的特性

1.[2016北京理综,21(1),]热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。如图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知,这种热敏电阻在温度上升时导电能力　　　(选填“增强”或“减弱”);相对金属热电阻而言,热敏电阻对温度变化的响应更　　　　(选填“敏感”或“不敏感”)。 

考点2　传感器的应用

2.(2019天津理综,4,6分,)笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开启时磁体远离霍尔元件,电脑正常工作;当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件,屏幕熄灭,电脑进入休眠状态。如图所示,一块宽为a、长为c的矩形半导体霍尔元件,元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子,通入方向向右的电流时,电子的定向移动速度为v。当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中,于是元件的前、后表面间出现电压U,以此控制屏幕的熄灭。则元件的(　　)

A.前表面的电势比后表面的低

B.前、后表面间的电压U与v无关

C.前、后表面间的电压U与c成正比

D.自由电子受到的洛伦兹力大小为

考点3　热敏电阻与电学实验综合

3.(2018课标Ⅰ,23,10分,)某实验小组利用如图(a)所示的电路探究在25 ℃~80 ℃范围内某热敏电阻的温度特性。所用器材有:置于温控室(图中虚线区域)中的热敏电阻RT,其标称值(25 ℃时的阻值)为900.0 Ω;电源E(6 V,内阻可忽略);电压表(量程150 mV);定值电阻R0(阻值20.0 Ω),滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω);电阻箱R2(阻值范围0~999.9 Ω);单刀开关S1,单刀双掷开关S2。

图(a)

实验时,先按图(a)连接好电路,再将温控室的温度t升至80.0 ℃。将S2与1端接通,闭合S1,调节R1的滑片位置,使电压表读数为某一值U0;保持R1的滑片位置不变,将R2置于最大值,将S2与2端接通,调节R2,使电压表读数仍为U0;断开S1,记下此时R2的读数。逐步降低温控室的温度t,得到相应温度下R2的阻值,直至温度降到25.0 ℃。实验得到的R2-t数据见下表。

回答下列问题:

(1)在闭合S1前,图(a)中R1的滑片应移动到　　　　(填“a”或“b”)端; 

(2)在图(b)的坐标纸上补齐数据表中所给数据点,并作出R2-t曲线;

图(b)

(3)由图(b)可得到RT在25 ℃~80 ℃范围内的温度特性。当t=44.0 ℃时,可得RT=　　　　Ω; 

(4)将RT握于手心,手心温度下R2的相应读数如图(c)所示,该读数为　　　　Ω,则手心温度为　　　　℃。 

图(c)

三年模拟练

应用实践

1.(2019福建三明高二下月考,)如图是安装在潜水器上深度表的电路简图,显示器由电流表改装而成,压力传感器的电阻随压力的增大而减小,电源电压、内阻不变,R0是定值电阻。在潜水器下潜过程中,电路中有关物理量的变化情况是(　　)

A.通过显示器的电流减小

B.R0两端的电压增大

C.传感器两端的电压增大

D.电路的总功率减小

2.(2019江苏泰州二模,)(多选)检测煤气管道是否漏气通常使用气敏电阻传感器。某气敏电阻的阻值随空气中煤气浓度的增大而减小,某同学用该气敏电阻R1设计了图示电路,R为滑动变阻器,a、b间接报警装置。当a、b间电压高于某临界值时,装置将发出警报。则(　　)

A.煤气浓度越高,a、b间电压越高

B.煤气浓度越高,流过R1的电流越小

C.煤气浓度越低,电源的功率越大

D.调整变阻器R的阻值会影响报警装置的灵敏度

3.(2019江苏如皋中学高二月考,)(多选)如图所示为火警报警装置的电路简图,R1为热敏电阻,若温度升高,则R1的阻值会急剧减小,引起电铃两端电压的增加,当电铃两端的电压达到一定值时,电铃会响。下列说法正确的是(　　)

A.要使报警的临界温度升高,可以适当增大电源的电动势

B.要使报警的临界温度升高,可以把R2的滑片P适当向下移

C.要使报警的临界温度降低,可以适当增大电源的电动势

D.要使报警的临界温度降低,可以把R2的滑片P适当向下移

4.(2020广东深圳育才中学高二段考,)(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ρ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

迁移创新

5.(2020江西上高二中高二下月考,)一般的电熨斗用合金丝作发热元件,合金丝电阻随温度T变化的关系如图中实线①所示,由于环境温度以及熨烫的衣服厚度、干湿等情况不同,电熨斗的散热功率不同,因而电熨斗的温度可能会在较大范围内波动,易损坏衣物。

有一种用主要成分为BaTiO3(被称为“PTC”)的特殊材料作发热元件的电熨斗,具有升温快、能自动控制温度的特点,PTC材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示。根据图线分析:

(1)为什么原处于冷态的“PTC”电熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快?

(2)通电一段时间后“PTC”电熨斗温度自动稳定在哪个范围之内?

答案全解全析

五年选考练

1.答案　增强　敏感

解析　由R-t图知热敏电阻的阻值R随t增大而减小,所以导电能力增强;由题图中可看出,相对金属热电阻而言,随温度变化,热敏电阻的阻值变化更明显,即热敏电阻对温度变化的响应更敏感。

2.D　根据左手定则判断出电子受力情况,可知电子偏转到后表面,前表面电势高于后表面电势,故A项错误。再由Ee=Bev=F洛,E=,解得U=Bva,F洛=,U与v成正比、U与c无关,故B、C项错误,D项正确。

3.答案　(1)b　(2)如图所示　

　　(3)450　(4)620.0　33.0

解析　(1)滑动变阻器是限流式接法,S1闭合前,滑片应置于使滑动变阻器连入电路的阻值最大的位置,即b端。

　　(2)由题给数据描完点后,观察这些点的分布规律,应画一条平滑曲线,让尽可能多的点落在线上,不在线上的点要均匀分布在线的两侧。

　　(3)由R2-t图线知,当t=44.0 ℃时,RT=450 Ω。

　　(4)电阻箱的读数为(6×100+2×10+0×1+0×0.1)Ω=620.0 Ω,由R2-t图像知,当R2=620.0 Ω时,t=33.0 ℃。

三年模拟练

1.B　潜水器下潜的过程中,压力传感器的电阻随压力的增大而减小,所以电路中的总电阻减小,由闭合电路的欧姆定律I=可知电路中的电流增大,定值电阻R0两端的电压U=IR0,U增大,选项A错误,B正确;传感器两端的电压U传=E-I(R0+r),由于I增大,E、R0、r都不变,所以传感器两端的电压减小,选项C错误;电路的总功率P=EI,由于I增大,则P增大,选项D错误。

2.AD　煤气浓度越高,气敏电阻的阻值越小,根据闭合电路欧姆定律有I=,可知电路中电流越大,则a、b间电压U=IR越大,电源的功率P=EI越大,选项A正确,B、C错误;由U=IR==可知,调整变阻器R的阻值会影响报警装置的灵敏度,选项D正确。

3.CD　报警的临界温度升高,R1对应的阻值减小,电路中电流会增大,电铃两端的电压会增大,而电铃两端电压达到一定值时,电铃会响,要使电铃两端的电压仍为原来的值,可以适当减小电源的电动势;相反,要使报警的临界温度降低,可以适当增大电源的电动势,选项A错误,C正确。要使报警的临界温度升高,根据串联电路的特点可知,也可以把R2的滑片P适当向上移,以减小R2接入电路的阻值,使电铃两端的电压减小;相反,要使报警的临界温度降低,可以把R2的滑片P适当向下移,选项B错误,D正确。

4.AD　在电热灭蚊器温度由初温升高到t1的过程中,电阻器的电阻率随温度的升高而减小,其电阻也随之减小,由于加在灭蚊器上的电压U保持不变,灭蚊器的电功率P增大,当t=t1时,功率达到最大;在温度由 t1升高到 t2的过程中,ρ增大,R增大,P减小,因此在t1~t2之间的某一温度会有产热功率等于散热功率,这时是保温状态。

5.答案　(1)见解析　(2)T6<T<T7

解析　(1)由于冷态时PTC材料电阻较小,根据公式P=知,其发热功率很大,故升温快。(2)温度在T6以下时,“PTC”电熨斗发热元件的电阻较小,发热功率较大,发热快于散热,温度升高;温度在T7以上时,发热元件的电阻较大,发热功率较小,散热快于发热,温度降低。故通电一段时间后“PTC”电熨斗温度T自动稳定在T6~T7范围之内。