高中物理人教版 (新课标)选修34 实验：传感器的应用精练

1.如图1所示为一种自动跳闸的闸刀开关，O是转动轴，A是绝缘手柄，C是闸刀卡口，M、N接电源线，闸刀处于垂直纸面向里、磁感应强度B＝1 T的匀强磁场中，CO间距离为10 cm。当磁场力为0.2 N时，闸刀开关会自动跳开。则要使闸刀开关能跳开，CO中通过的电流的   图1

大小和方向为(　　)

A．电流方向C→O       B．电流方向O →C

C．电流大小为1 A       D．电流大小为0.5 A

解析：根据左手定则，电流方向O→C，故A错B对，由F＝BIL得I＝＝2 A，故C、D错。

答案：B

2.如图2所示，电吉他的弦是磁性物质，当弦振动时，线圈中产生感应电流，感应电流输送到放大器、喇叭，把声音播放出来，下列说法正确的是(　　)

A．电吉他是光电传感器   

B．电吉他是温度传感器           图2

C．电吉他是声音传感器

D．弦改用尼龙材料原理不变

解析：由电吉他发声原理可知是将声音变化转变为电流的变化，C对，A、B、D错。

答案：C

3．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(　　)

A．温度传感器       B．光电传感器

C．声音传感器       D．热电传感器

解析：温度传感器是指将温度信号转换为电信号的一类传感器；光电传感器是指将光信号转换为电信号的一类传感器；声音传感器是指将声音信号转换为电信号的一类传感器；热电传感器是指将温度信号转换为电信号的一类传感器。根据题意，楼道照明灯由两种装置控制，一是与光有关，二是与声音有关，故本题正确选项为B、C。

答案：BC

4．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，某工作原理如图3甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动过程中，电流表示数的变化规律如图乙所示，下列判断正确的是(　　)

图3

A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动

B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动

C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动

D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动

解析：在0～t1内，电流I恒定，压敏电阻阻值不变，由小球的受力不变可知，小车可能做匀速或匀加速直线运动；在t1～t2内，电流I变大，压敏电阻阻值变小，压力变大，小车做变加速运动，A、B皆错。在t2～t3内，电流I不变，压力恒定，小车做匀加速直线运动，C错，D正确。

答案：D

5．如图4为一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是(　　)

图4

A．温度升高至74℃时，L1亮灯报警

B．温度升高至74℃时，L2亮灯报警

C．温度升高至78℃时，L1亮灯报警

D．温度升高至78℃时，L2亮灯报警

解析：当温度低于78℃时，继电器线圈中没有电流，此时灯L1亮，但不报警；当温度升高到78℃时，继电器线圈有电流，磁铁吸下衔铁，灯L2被接通，所以灯L2亮且报警，温度升高至74℃时，只是灯L1亮，不会报警，故A、B、C选项错，D选项正确。

答案：D

6.如图5所示是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电动机的定子，由于家用交流电是单相的，启动时必须依靠启动绕组的帮助才能产生旋       图5

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，当电动机转动正常以后，PTC元件温度较高，电阻很大，启动绕组中电流很小，以下判断正确的是(　　)

①电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少；②电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少；③电冰箱启动后，启动绕组功率不变，运行绕组功率是变化的；④电冰箱启动后，启动绕组功率是变化的，运行绕组功率不变。

A．①③　　　　　　　  B．②④

C．①④       D．②③

解析：启动时，由于PTC元件温度低，电阻小，故耗电多，②正确；启动后，随着PTC元件温度升高，其电阻增大，通过启动绕组的电流减小，故启动绕组的功率是变化的，而运行绕组两端电压不变，故功率不变，则④正确。

答案：B

7．如图6所示是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103℃，下列说法中正确的是(　)

图6

A．常温下感温磁体具有较强的磁性

B．当温度超过103℃时，感温磁体的磁性较强

C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103℃，这时开关按钮会自动跳起

D．常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103℃，开关按钮就不会自动跳起

解析：常温下感温磁体的磁性较强，当按下开关按钮，永磁体与感温磁体相互吸引而接通电路，而感温磁体的居里温度是103℃，常压下只要锅内有水，锅内温度就不可能达到103℃，开关就不会自动断开，饭熟后，水分被吸收，锅底温度就会达到103℃，感温磁体磁性消失，在弹簧的作用下开关自动跳起。综上所述A、C、D三项正确。

答案：ACD

8.小强用恒温箱进行实验时，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。参照图7，下列对故障判断正确的是(　)

A．只可能是热敏电阻出现故障         图7

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续升高，故D错误。

答案：C

9.用如图8所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度。该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器。用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压                             图8

力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出。现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后。汽车静止时，传感器a、b的示数均为10 N(取g＝10 m/s2)。

(1)若传感器a的示数为14 N，b的示数为6.0 N，求此时汽车的加速度大小和方向。

(2)当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零？

解析：(1)如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力F1＝14 N，右侧弹簧对滑块的向左的推力F2＝6.0 N，滑块所受合力产生加速度a1，

根据牛顿第二定律有F1－F2＝ma1，得：

a1＝＝ m/s2＝4 m/s2。

a1与F1同方向，即向前(向右)。

(2)a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F1′＝0，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为F2′＝20 N。

滑块所受合力产生加速度a2，

由牛顿第二定律得F合＝F2′＝ma2，

得a2＝＝10 m/s2，方向向左。

答案：(1)4.0 m/s2　方向向右

(2)以方向向左大小为10 m/s2的加速度运动

10.如图9所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置的示意图，A为光源，B为光电接收器，A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，D为与C同轴相连的齿轮。车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B接收并转换                                                        图9

成电信号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间内的脉冲数为n，累计脉冲数为N，试完成下列问题的解答：

(1)要测出小车的速度和行程，还必须测量的物理数据有哪些？

(2)推导小车速度的表达式。

(3)推导小车行程的表达式。

解析：小车的速度等于车轮的周长与单位时间内车轮转动圈数的乘积。设车轮的半径为R，单位时间内车轮转动圈数为k，

则有v＝2πRk。

若齿轮的齿数为P，则齿轮转一圈电子电路显示的脉冲数即为P。已知单位时间内的脉冲数为n，所以单位时间内齿轮转动圈数为。由于齿轮与车轮同轴相连，它们在单位时间内转动圈数相等，即k＝n/P。

由以上两式可得v＝。

同理，设车轮转动的累计圈数为k′，则有路程x＝2πRk′，

且k′＝N/P，所以x＝。

可见，要测出小车的速度v和行程x，除单位时间内的脉冲数n和累计脉冲数N外，还必须测出车轮半径R和齿轮的齿数P。

答案：(1)车轮半径R和齿轮的齿数P

(2)v＝　(3)x＝