河北省邢台市高中物理第六章传感器

河北省邢台市高中物理第六章传感器

‎6.2 传感器的应用 ‎ ‎1．传感器应用的一般模式：______________________.‎ ‎2．电子秤由________、电压放大器、模数转换器、微处理器和数字显示器组成．电阻应变片受到力的作用，它的______会发生变化，从而引起上下表面的电压差发生变化．把应变片放到合适的电路中，它能够把物体的______这个力学量转换为______这个电学量，因而电子秤是______传感器的应用．‎ ‎3．电饭锅中的敏感元件为____________，它具有这样的性质：常温下具有________，能够被磁体吸引，当温度上升到约‎103℃‎时，就__________，不能被磁体吸引，这个温度在物理学中称为该材料的“居里温度”或“居里点”，电饭锅是温度传感器的应用．‎ ‎4．传感器的种类多种多样，其性能也各不相同，空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内使用的传感器是( )‎ A．生物传感器 B．红外传感器 C．温度传感器 D．压力传感器 ‎5．下列器件是应用力传感器的是( )‎ A．鼠标器 B．火灾报警器 C．测温仪 D．电子秤 ‎6．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上是电视机中的传感器把光信号转化为电信号的过程．下列属于这类传感器的是( )‎ A．红外报警装置 B．走廊照明灯的声控开关 C．自动洗衣机中的压力传感装置 D．电饭锅中控制加热和保温的温控器 ‎【概念规律练】‎ 知识点一 力传感器的应用 ‎1．压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小．一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图1甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m，升降机静止时电流表示数为I0.某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过程中( )‎ 图1‎ A．物体处于失重状态 B．物体处于超重状态 C．升降机一定向上做匀加速运动 D．升降机可能向下做匀减速运动 ‎2．传感器是一种采集信息的重要器件，如图2所示的是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片的电极上时，以下说法中正确的是( )‎ 图2‎ ‎①若F向上压膜片电极，电路中有从a到b的电流 ‎②若F向上压膜片电极，电路中有从b到a的电流 ‎③若F向上压膜片电极，电路中不会出现电流 ‎④若电流表有示数，则说明压力F发生变化 ‎⑤若电流表有示数，则说明压力F不发生变化 A．②④ B．①④ C．③⑤ D．①⑤‎ 知识点二 温度传感器的应用 ‎3．关于电饭锅的说法正确的是( )‎ A．电饭锅中的温度传感器其主要元件是氧化铁 B．铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性 C．用电饭锅烧水，水开时能自动断电 D．用电饭锅煮饭时，温控开关自动断电后，它不能自动复位 ‎4．如图3所示是电饭煲的电路图，S1是一个温控开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点(‎103℃‎)时会自动断开，S2是一个自动温控开关，当温度低于‎70℃‎时会自动闭合；温度高于‎80℃‎时会自动断开，红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯，分流电阻R1＝R2＝500 Ω，加热电阻丝R3＝50 Ω，两灯电阻不计．‎ 图3‎ ‎(1)分析电饭煲的工作原理．‎ ‎(2)简要回答，如果不闭合开关S1，能将饭煮熟吗？‎ ‎(3)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比．‎ 知识点三 光传感器的应用 ‎5．在如图4所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED之间的距离不变，下列说法正确的是( )‎ 图4‎ A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大 B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小 C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变 D．无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变 ‎6．如图5为烟雾散射式火灾报警器，它主要由带孔的外罩，发光二极管LED、光电三极管及不透明的挡板组成，请简述它的工作原理．‎ 图5‎ ‎【方法技巧练】‎ 传感器问题的分析技巧 ‎7．电熨斗在达到设定的温度后就不再升温，当温度降低时又会继续加热，使它总与设定的温度相差不多．在熨烫不同的织物时，设定的温度可以不同，进行这样的控制，靠的是温度传感器．电熨斗中装有双金属片温度传感器，这种双金属片的作用是控制电路的通断，如图6所示为电熨斗的结构图，图中双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属，请结合所学知识回答以下问题：‎ 图6‎ ‎(1)常温下，上、下触点应当是接触的还是分离的？当温度过高时双金属片将起怎样的作用？‎ ‎(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何利用调温旋钮来实现的？‎ ‎8．如图7所示为某种电子秤的原理示意图，AB为一均匀的滑线电阻，阻值为R，长度为L，两边分别有P1、P2两个滑动头，P1可在竖直绝缘光滑的固定杆MN上保持水平状态而上下自由滑动，弹簧处于原长时，P1刚好指着A端，P1与托盘固定相连，若P1、P2间出现电压，该电压经过放大，通过信号转换后在显示屏上将显示物体重力的大小．已知弹簧的劲度系数为k，托盘自身质量为m0，电源电动势为E，内阻不计，当地的重力加速度为g.求：‎ 图7‎ ‎(1)托盘上未放物体时，在托盘自身重力作用下，P1离A的距离x1；‎ ‎(2)托盘上放有质量为m的物体时，P1离A的距离x2；‎ ‎(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是：调节P2，使P2离A的距离也为x1，从而使P1、P2间的电压为零．校准零点后，将物体m放在托盘上，试推导出物体质量m与P1、P2间的电压U之间的函数关系式．‎ ‎1．关于电子秤中应变式力传感器说法正确的是( )‎ A．应变片是由导体材料制成 B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之变小 C．传感器输出的是应变片上的电压 D．外力越大，输出的电压差值也越大 ‎2．电子秤使用的是( )‎ A．超声波传感器 B．压力传感器 C．温度传感器 D．红外传感器 ‎3．在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上装有的传感器是( )‎ A．光传感器 B．温度传感器 C．声传感器 D．压力传感器 ‎4．下列器件不是应用温度传感器的是( )‎ A．电熨斗 B．话筒 C．电饭锅 D．测温仪 ‎5. 惯性制导系统已广泛应用于弹道式导弹工程中，这个系统的重要元件之一是加速度计．加速度计构造和原理的示意图如图8所示：沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一质量为m的滑块，滑块两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连；两弹簧的另一端与固定壁相连．滑块原来静止，弹簧处于自然长度，滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导．设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离O点的距离为x，则这段时间内导弹的加速度( )‎ 图8‎ A．方向向左，大小为kx/m B．方向向右，大小为kx/m C．方向向左，大小为2kx/m D．方向向右，大小为2kx/m ‎6．如图9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、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中通过的电流的大小和方向为( )‎ 图9‎ 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 ‎7．利用传感器和计算机可以研究快速变化的力的大小．实验时，把图10甲中的小球举高到绳子的悬点O处，然后让小球自由下落．用这种方法获得的弹性绳的拉力随时间的变化图线如图乙所示．根据图线所提供的信息，以下判断正确的是( )‎ 图10‎ A．t2时刻小球所处位置是运动中最高点 B．t1～t2期间小球速度先增大后减小 C．t3时刻小球动能最小 D．t2与t5时刻小球速度大小不同 ‎8．如图11所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、电键K与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中．两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电荷量为＋q的小球．K断开时传感器上有示数，K闭合时传感器上恰好无示数．则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是( )‎ 图11‎ A．正在增加，＝ B．正在减弱，＝ C．正在减弱，＝ D．正在增加，＝ ‎9．一般的电熨斗用合金丝做发热元件，合金丝电阻随温度t变化的关系如图12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，熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大的范围内波动，易损坏衣物．有一种用主要成分为BaTiO3，被称为“PTC”的特殊材料做发热元件的电熨斗，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11中实线②所示．‎ 根据图线分析：‎ 图12‎ ‎(1)为什么处于冷态的PTC熨斗刚通电时比普遍电熨斗升温快？‎ ‎(2)通电一段时间后电熨斗温度t自动地稳定在______＜t＜______范围之内．‎ ‎10．青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能．用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(如黑天)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，黑天打开．电磁开关的内部结构如图13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.‎ 图13‎ ‎(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，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，内阻很小；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任意举出一个其它的电磁铁应用的例子．‎