【物理】2020届一轮复习人教版实验：传感器的简单应用课时作业

【物理】2020届一轮复习人教版实验：传感器的简单应用课时作业

‎2020届一轮复习人教版 实验：传感器的简单应用 课时作业 时间：45分钟 ‎1.酒精测试仪用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车及其他严禁酒后作业人员的现场检测，它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器．酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化，在如图所示的电路中，不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系．如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r′的倒数与酒精气体的浓度c成正比，那么，电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的是(　D　)‎ A．U越大，表示c越小，c与U成反比 B．U越大，表示c越小，但c与U不成反比 C．U越大，表示c越大，c与U成正比 D．U越大，表示c越大，但c与U不成正比 解析：酒精气体传感器和定值电阻串联在电路中，电压表测R0两端的电压．根据酒精气体传感器的电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，得：＝kc(k是比例系数)，根据欧姆定律得：＝，整理得：U＝，由数学知识知，U越大，c越大，但两者不成正比，故D项正确．‎ ‎2．电流传感器可以像电流表一样测量电流，它的优点是反应非常快，可以捕捉到瞬间的电流变化，还可以与计算机相连，能在很短的时间内画出电流随时间的变化图象．‎ 按图甲连接电路，提供8 V直流电源，先使开关S与1相连，电源向电容器充电，这个过程可在瞬间完成，然后把开关S掷向2，电容器通过电阻R放电，传感器将电流信息传入计算机，屏上显示出电流随时间变化的It曲线，如图乙．‎ ‎(1)图乙中画出的竖直狭长矩形(图乙最左端)，它面积的物理意义是在0.1_s内电容器的放电量．‎ ‎(2)估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量是5.6×10－‎3 C.‎ ‎(3)根据以上数据估算，电容器的电容是7.0×10－‎4 F.‎ 解析：(1)根据图象的含义，因Q＝It，所以竖直狭长矩形的面积表示为在0.1 s内电容器的放电量．‎ ‎(2)根据横轴与纵轴的数据可知，一个格子的电量为0.08×10－‎3 C，由大于半格算一个，小于半格舍去，因此图象所包含的格子个数为70，所以释放的电荷量是0.08×10－‎3 C×70＝5.6×10－‎3 C.‎ ‎(3)根据电容器的电容C＝可知，C＝ F＝7.0×10－‎4 F.‎ ‎3．电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度，将光敏电阻Rx和定值电阻R0接在9 V的电源上，光敏电阻阻值随光强变化关系如表所示：‎ 光强E/cd ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ 电阻值/Ω ‎18‎ ‎9‎ ‎6‎ ‎3.6‎ ‎[“光强”表示光强弱程度的物理量，符号为E，单位坎德拉(cd)]‎ ‎(1)当光照强度为4坎德拉(cd)时光敏电阻Rx的大小为4.5 Ω.‎ ‎(2)其原理是光照增强，光敏电阻Rx阻值变小，施加于玻璃两端的电压降低，玻璃透明度下降，反之则玻璃透明度上升．若电源电压不变，R0是定值电阻，则下列电路图中符合要求的是C(填序号)．‎ ‎(3)现已知定值电阻R0为12 Ω，用电压表测得光敏电阻两端的电压为3 V，则此时光照强度为多少？‎ 答案：3 cd 解析：(1)由表格数据可知，光敏电阻Rx与光强E的乘积均为18 Ω·cd不变，则当E＝4 cd时，光敏电阻的阻值：Rx＝＝4.5 Ω.‎ ‎(2)选C.由题意可知，光敏电阻Rx与定值电阻R0串联连接，光照增强时，光敏电阻Rx阻值减小，电路中的总电阻减小，由I＝可知，电路中的电流增大，由U＝IR可知，R0两端的电压增大，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以Rx两端的电压减小，反之，光照减弱时，光敏电阻Rx阻值增大，R0两端的电压减小，Rx两端的电压增大，则玻璃并联在R0两端时不符合，玻璃并联在Rx两端时符合，故A项错误，C项正确；若玻璃与电源并联，光照变化时，玻璃两端的电压不变，故B、D项错误．‎ ‎(3)当R0＝12 Ω，光敏电阻两端的电压Ux＝3 V时，因串联电路中总电压等于各分电压之和，R0两端的电压：U0＝U－Ux＝9 V－3 V＝6 V，因串联电路中各处的电流相等，所以电路中的电流I＝＝，即＝，解得：Rx′＝6 Ω，此时光照强度E′＝＝3 cd.‎ ‎4．某兴趣小组为了研制一台“电子秤”，找到一个力电转换传感器，该传感器的输出电压正比于受压面的正压力，实验操作时，先调节传感器输入端的电压(要求从零开始调节)，使力电转换传感器在空载时的输出电压为零，而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压．‎ ‎(1)如图所示，E为直流电源，S为开关；R 为滑动变阻器；V为电压表，在图中用笔画线代替导线连接成实验电路图．‎ 答案：见解析图 ‎(2)若将质量为m0的砝码放在力电转换传感器的受压面上，电压表的示数为U0；然后取下砝码，再将待测质量为m的物体放在力电转换传感器的受压面上，电压表的示数为U，则待测物体的质量m＝.‎ 解析：(1)要求力电转换传感器的输入电压可调，并且可使电压的调节范围尽可能大，所以滑动变阻器采用分压式接法，如图所示．‎ ‎(2)由以上测量的原理可知，U0＝km‎0g，U＝kmg 得：m＝·m0‎ ‎5．“用霍尔元件测量磁场”的实验中，把载流子为带负电的电子e的霍尔元件接入电路，如图甲所示，电流为I，方向向右，长方体霍尔元件长、宽、高分别为a＝‎6.00 mm、b＝‎5.00 mm、c＝‎0.20 mm，处于竖直向上的恒定匀强磁场中．‎ ‎(1)前后极板M、N，电势较高的是M极(选填“M极”或“N极”)．‎ ‎(2)某同学在实验时，改变电流的大小，记录了不同电流下对应的UH值，如表所示：‎ I/mA ‎1.3‎ ‎2.2‎ ‎3.0‎ ‎3.7‎ ‎4.4‎ UH/mV ‎10.2‎ ‎17.3‎ ‎23.6‎ ‎29.1‎ ‎34.6‎ 请根据表格中的数据，在坐标乙中画出UHI图象．已知该霍尔元件单位体积中自由载流子个数为n＝6.25×‎1019 m－3，则根据图象，由公式I＝nebcv，可算出磁场B＝0.016 T(保留2位有效数字)．‎ 解析：图象见解析图 ‎(3)有同学认为代表了霍尔元件的电阻，请问这种想法正确吗？请说明理由：不正确，电流I不是由UH产生的．‎ 解析：(1)因电子的运动方向与电流方向相反，依据左手定则，可知，电子受到的洛伦兹力方向偏向N极，那么M极的电势偏高．‎ ‎(2)依据表格数据，作出UHI图象，如图所示：‎ 根据e＝eBv，则有：UH＝Bbv，而I＝nebcv，可得，UH＝I，然而依据UH－I图象，可知，其斜率为k≈7.8；‎ 因此磁场B＝7.8×6.25×‎1019 m－3×1.6×10－19×0.2×10－3＝0.016 T.‎ ‎(3)UH是外电压，那么代表了外电阻，而霍尔元件的电阻，即为内电阻，因此不正确，原因为电流I不是由UH产生的．‎ ‎6．(2019·泉州模拟)目前有些居民区内，楼道灯的控制使用的是一种延时开关．该延时开关的简化原理如图所示．图中D是红色发光二极管(只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光)，R为限流电阻，K为控钮式开关，虚线框内S表示延时开关电路，当按下K接通电路瞬间，延时开关触发，相当于S闭合．这时释放K后，延时开关S约在1 min后断开，电灯熄灭．根据上述信息和原理图，我们可推断：‎ 按钮开关K按下前，发光二极管是发光的(选填“发光的”或“熄灭的”)，按钮开关K按下再释放后，电灯L发光持续时间约1 min.这一过程中发光二极管是熄灭的．限流电阻R的阻值和灯丝电阻RL相比，应满足R≫RL的条件．‎ 解析：开关K按下前，S为断开，有电流经过发光二极管，故发光二极管是发光的．当按下开关K后，延时开关S闭合，二极管和K被短路，二极管不发光，由于延时开关S约1 min后断开，故电灯L能持续发光1 min，由于R 为限流电阻，且二极管只要有很小的电流通过就能发光，故应满足R≫RL.‎ ‎7．实验室备有以下器材：电压传感器、电流传感器、滑动变阻器R1(阻值变化范围0～20 Ω)、滑动变阻器R2(阻值变化范围0～1 000 Ω)、电动势适当的电源、小灯泡(4 V　2 W)、开关、导线若干．‎ ‎(1)要完整地描绘小灯泡的UI曲线，请在方框中画出实验电路图，并标出所用滑动变阻器的符号．‎ 答案：如图所示(见解析图)‎ ‎(2)实验中描绘出的小灯泡UI曲线如图所示，由图可知，小灯泡灯丝电阻随温度升高而增大．(填“增大”“减小”或“不变”)‎ ‎(3)如果用上述器材测量所给电源的电动势和内电阻，实验电路如图甲所示，图中R0是阻值为9.0 Ω的保护电阻，实验中测得多组数据记录在下表中，试在同一坐标系中画出等效电源的UI图象，由图象可求出电源自身内阻约为1 Ω.‎ 序号 ‎1‎ ‎2‎ ‎3‎ ‎4‎ ‎5‎ ‎6‎ U/V ‎4.00‎ ‎3.40‎ ‎2.80‎ ‎2.00‎ ‎1.50‎ ‎0.80‎ I/A ‎0.20‎ ‎0.26‎ ‎0.33‎ ‎0.40‎ ‎0.46‎ ‎0.52‎ 答案：如图所示(见解析图)‎ ‎(4)若将上述小灯泡直接与电源和保护电阻组成串联电路，如图乙所示，此时小灯泡消耗的电功率约为0.84 W.‎ 解析：(1)描绘灯泡的伏安特性曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变压器要采用分压接法，由于灯泡的阻值较小，电流应用外接法，电路图如图所示．‎ ‎(2)由题图所示UI图象可知，随电压和电流的增大，灯泡实际功率增大，灯丝温度升高，电压与电流的比值增大，由此可知，灯泡灯丝电阻随温度升高而增大．‎ ‎(3)根据表中数据作出电源UI图象如图所示，由图示图象可知，电源内阻r＝－R0＝ Ω－9 Ω＝1 Ω.‎ ‎(4)由图示图象可知，灯泡两端电压为2.2 V，电流为‎0.38 A，灯泡的电功率为P＝UI＝2.2×0.38 W≈0.84 W.‎ ‎8.传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用．有一种测量人体重的电子秤，其测量部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器R(电阻会随所受压力大小发生变化的可变电阻)，显示体重大小的仪表A(实质是理想的电流表)组成，压力传感器表面能承受的最大压强为1×107 Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如表所示．设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8 V，请回答：‎ 压力F/N ‎0‎ ‎250‎ ‎500‎ ‎750‎ ‎1 000‎ ‎1 250‎ ‎1 500‎ ‎…‎ 电阻R/Ω ‎300‎ ‎270‎ ‎240‎ ‎210‎ ‎180‎ ‎150‎ ‎120‎ ‎…‎ ‎(1)把R写成关于F的函数关系：R＝300－F.‎ ‎(2)该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘上的示数为16 mA处．‎ ‎(3)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20 mA，则这个人的体重是500 N.‎ 解析：(1)F＝0时，R＝300 Ω；当F＝1 000 N时，R＝180 Ω 所以＝＝－，得：R＝300－·F.‎ ‎(2)由压力传感器R的电阻与所受压力的关系如表中所示，可得：F＝0，R＝300 Ω，由闭合电路欧姆定律：‎ I＝＝1.6×10－‎2 A＝16 mA 即该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘16 mA处．‎ ‎(3)由闭合电路欧姆定律：R′＝＝ Ω＝240 Ω 由表中数据得，F＝500 N，‎ 如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20 mA，则此人的体重是500 N.‎