人教版高中物理选择性必修第二册第五章传感器章末整合提升练含答案

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章末整合提升主题一　常见敏感元件的特点及应用1.光敏电阻.光敏电阻在被光照射时电阻发生变化,光照增强,电阻减小;光照减弱,电阻增大.光敏电阻可以把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量.2.金属热电阻和热敏电阻.金属热电阻的电阻随温度升高而增大.热敏电阻是由半导体材料制成的,其电阻对温度非常敏感.热敏电阻有正温度系数(PTC)热敏电阻、负温度系数(NTC)热敏电阻两种.金属热电阻和热敏电阻都能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量.3.霍尔元件.能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量的元件,UH=k.4.电容器.平行板电容器的电容大小与极板间的正对面积、极板间距及电介质材料有关,电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息并将其转换为相应的电容变化.例如,当极板受力时会改变极板间距,从而引起电容变化.5.电阻应变片.应变片发生形变时其电阻随之发生变化,在恒定电流下,应变片是把形变(力学量)转换为电压(电学量)的元件.应变片是应变式力传感器的敏感元件.【典例1】力敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,在升降机中将重物放在力敏电阻上,力敏电阻接在如图甲所示的电路中,电流表示数变化如图乙所示.某同学根据电流表的示数变化情况推断升降机的运动状态,下列说法正确的是              (　　)        甲                   乙A.0~t1时间内,升降机一定匀速运动B.0~t1时间内,升降机可能减速上升C.t1~t2时间内,升降机可能匀速上升D.t1~t2时间内,升降机可能匀加速上升解析:在0~t1时间内,电流恒定,表明力敏电阻的阻值恒定,重物对力敏电阻的压力恒定,升降机可能处于静止、匀速运动或匀变速直线运动的状态,故选项A错误,选项B正确.t1~t2时间内,电流在增大,表明力敏电阻的阻值在减小,重物对力敏电阻的压力在增大,升降机不可能做匀速运动或匀加速运动,选项C、D错误.答案:B【典例2】图甲为某一热敏电阻(对温度很敏感)的I-U关系图像.甲(1)为了通过测量得到图甲所示的I-U关系的完整曲线,在图乙、丙两个电路中应选择的是图　　　　;简要说明理由:　. 电源电动势为9 V,内阻不计,滑动变阻器的阻值为0~100 Ω.      乙                  丙 (2)在图丁所示电路中,电源电压恒为9 V,电流表读数为70 mA,定值电阻R1=250 Ω.由热敏电阻的I-U关系曲线可知,热敏电阻两端的电压为　　　V;电阻R2的阻值为　　　　Ω. 丁(3)举出一个可以应用热敏电阻的例子.解析:(1)应选择图乙,因为图乙电路中热敏电阻两端电压可从0调到所需电压,电压调节范围大.(2)由题图知R2与热敏电阻串联后与R1并联接在9 V电源上,总电流I=70 mA,R1=250 Ω.设通过热敏电阻的电流为I2,通过R1的电流为I1,则I=I1+I2,故I2=I-I1=70-×103 mA=34 mA.由图像查得热敏电阻中电流为34 mA时,两端电压为5 V,R2两端电压U2=9 V-5 V=4 V,所以R2= Ω=117.6 Ω.(3)恒温箱、自动孵化器、热敏温度计等都利用了热敏电阻.答案:(1)乙　热敏电阻两端电压可从0调到所需电压,电压调节范围大　(2)5　117.6　(3)恒温箱、自动孵化器、热敏温度计等(任选一例).主题二　传感器的实际应用与自动控制1.传感器的应用过程包括三个环节:感、传、用.(1)“感”是指传感器的敏感元件感应信息,并转换为电学量.(2)“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取并转换的电学信息传给执行机构.(3)“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作.2.处理自动控制的问题时,可将整个装置分解为:(1)传感器所在的信息采集部分——敏感元件;(2)转换传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关);(3)执行电路或机械装置.3.常见传感器及与其相联系的物理知识.传感器种类敏感元件与之相联系的物理知识光电传感器光敏电阻直流电路温度传感器热敏电阻直流电路力传感器力敏电阻等力学、运动学与直流电路电容传感器电容器力、运动与含容电路【典例3】某帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电,为路灯提供电能.光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关,实现自动控制.光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化,作为简化模型,可以近似认为,照射光较强(如白天)时电阻几乎为0;照射光较弱(如夜晚)时电阻接近于无穷大.利用光敏电阻作为传感器,借助电磁开关,可以实现路灯自动在白天关闭,夜晚打开.电磁开关的内部结构如图所示.1、2两接线柱之间是励磁线圈,3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接.当励磁线圈中电流大于或等于50 mA时,电磁铁吸合铁片,弹簧片和触点分离,3、4断开;电流小于50 mA时,3、4接通.励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA.(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯开关的电路,在下面的虚线框中画出电路原理图.光敏电阻R1,符号;灯泡L,额定功率40 W,额定电压36 V,符号;保护电阻R2,符号;电磁开关,符号;蓄电池E,电压36 V,内阻不计;开关S;导线若干. (2)回答下列问题.①如果励磁线圈的电阻为200 Ω,励磁线圈允许加在它两端的最大电压为　　　　V,保护电阻R2的阻值范围为　　　　Ω. ②在有些应用电磁开关的场合,为了安全,往往需要在电磁铁吸合铁片时,接线柱3、4之间从断开变为接通.为此,电磁开关内部结构应如何改造?请结合本题中电磁开关内部结构图说明.③任意举出一个其他的应用电磁铁的例子.解析:(1)根据题目要求,电路原理图如图所示.(2)①由题意知U=ImaxR=0.1 A×200 Ω=20 V,R2的阻值最小时流过励磁线圈的电流最大,即Imax=,解得Rmin=160 Ω,R2的阻值最大时流过励磁线圈的电流最小,即Imin=,解得Rmax=520 Ω,故保护电阻R2的阻值范围为160~520 Ω.②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧,保证当电磁铁吸合铁片时,3、4之间接通;不吸合时,3、4之间断开.③电磁起重机(电磁打点计时器、电铃等答案合理均可).答案:(1)见解析图.　(2)①20　160~520　②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧,保证当电磁铁吸合铁片时,3、4之间接通,不吸合时,3、4之间断开.　③见解析.【典例4】材料的电阻随压力的变化而变化的现象称为“压阻效应”,利用这种效应可以测量压力大小.图甲为某力敏电阻在室温下的电阻随压力变化的曲线,其中RF、R0分别表示有、无压力时力敏电阻的阻值.要想测量压力F,需先测量力敏电阻处于该压力中的电阻值RF.请按要求完成下列实验.甲(1)设计一个可以测量处于压力中的力敏电阻阻值的电路,在图乙的虚线框中画出实验电路原理图(力敏电阻及其所受压力已给出,待测压力大小约为0.4×102~0.8×102 N,不考虑压力对电路其他部分的影响),要求误差较小,提供的器材如下:A.力敏电阻(无压力时阻值R0=6 000 Ω)B.滑动变阻器R(最大阻值为200 Ω)C.电流表A(量程为0~2.5 mA,内阻约为30 Ω)D.电压表V(量程为0~3 V,内阻约为3 kΩ)E.直流电源(电动势E=3 V,内阻很小)F.开关S,导线若干乙(2)正确接线后,将力敏电阻置于待测压力下,通过力敏电阻的电流是1.33 mA,电压表的示数如图丙所示,则电压表的读数为　　　　V. 丙(3)此时力敏电阻的阻值约为　　　　Ω;结合图甲可知待测压力的大小F=　　　　N.(计算结果均保留两位有效数字) 解析:(1)由于滑动变阻器总电阻较小,远小于待测电阻,因此滑动变阻器应采用分压接法;同时因待测电阻较大,故应采用电流表内接法.(2)由电压表量程可知,电压表读数为2.0 V.(3)由欧姆定律可知,此时力敏电阻的阻值约为RF=-RA=1.5×103 Ω,=4,由题图甲可知,对应的待测压力F=60 N.答案:(1)如图所示.(2)2.0　(3)1.5×103　60