2017-2018学年高中物理SWSJ教科版选修3-2课时跟踪检测十一 传感器 温度传感器和光传感器 含解析 精品

课时跟踪检测（十一） 传感器 温度传感器和光传感器

1．下列关于传感器的说法正确的是( )

A．话筒是一种常用的传感器，其作用是将电信号转换为声音信号

B．在天黑楼道里出现声音时，楼道里的灯才亮，说明它的控制电路中只有声音传感器 C．光敏电阻能够把光照强弱变化转换为电阻大小变化 D．电子秤中所使用的测力装置是温度传感器

解析：选C 话筒是一种常用的传感器，其作用是将声音信号转换为电信号，故A错误。在天黑楼道里出现声音时，楼道里的灯才亮，说明它的控制电路中既有声音传感器，又有光传感器，故B错误。光敏电阻能够把光照强弱变化转换为电阻大小变化，故C正确。电子秤中所使用的测力装置是压力传感器，故D错误。

2．下列应用了温度传感器的是( ) A．商场里的自动玻璃门 B．夜间自动打开的路灯 C．自动恒温冰箱

D．楼梯口在夜间有声音时就亮的灯

解析：选C 商场里的自动玻璃门是应用了红外线传感器，A错误；夜间自动打开的路灯是利用了光传感器，B错误；自动恒温冰箱是利用了温度传感器，C正确；夜间有声音时就亮的楼梯灯是利用了声音传感器，D错误。

3.如图1所示，在电路中接一段钨丝，闭合开关，灯泡正常发光，当用打火机给钨丝加热时灯泡亮度明显变暗，根据钨丝的上述特性，可用钨丝来制作一个温度传感器，下面的说法中不正确的是( )

图1

A．该传感器利用了钨丝的物理性质

B．该传感器利用了钨丝电阻随温度变化而变化的特性 C．该传感器能够把热学量(温度)转换为电学量(电阻) D．该传感器能够把电学量(电阻)转换为热学量(温度)

解析：选D 由题目中的实验现象可知，钨丝的电阻随温度的升高而增大，随温度的降低而减小，利用该特性可以制成温度传感器，传感器能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量。故A、B、C正确，D错误。

4．(多选)已知磁敏电阻在没有磁场时电阻很小，有磁场时电阻变大，并且磁场越强阻值越大，为探测磁场的有无，利用磁敏电阻作为传感器设计了如图2所示电路，电源的电动势E和内阻r不变，在没有磁场时调节变阻器R使电灯L正常发光，若探测装置从无磁场区域进入强磁场区，则( )

图2

A．电灯L变亮 C．电流表示数减小

B．电灯L变暗 D．电流表示数增大

解析：选AC 探测装置从无磁场区进入强磁场区时，电阻变大，则电路的总电阻变大，根据I＝

E

可知总电流变小，所以电流表的示数减小，根据U＝E－Ir，可知I减小，U增R总

大，所以灯泡两端的电压增大，所以电灯L变亮，故A、C正确。

5. (多选)传感器是一种采集信息的重要器件，如图3是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片电极上时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串联接成闭合电路，那么( )

图3

A．当F向上压膜片电极时，电容将减小 B．当F向上压膜片电极时，电容将增大 C．若电流计有示数，则压力F发生变化 D．若电流计有示数，则压力F不发生变化

εS

解析：选BC 当F向上压膜片电极时，板间距离减小，由电容的决定式C＝得到，4πkd电容器的电容将增大，故A错误，B正确。当F变化时，电容变化，而板间电压不变，由Q＝CU，故带电荷量Q发生变化，电容器将发生充、放电现象， 回路中有电流，电流计有示数。反之，电流计有示数时，压力F必发生变化。故C正确，D错误。

6．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化而变化的特性工作的。在图4甲中，电源的电动势E＝9.0 V，内电阻可忽略不计；G为灵敏电流表，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其电阻值R随温度t的变化关系如图乙的R-t图线所示。闭合开关S，当R的温度等于20 ℃时，电流表的示数I1＝2 mA，当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻R的温度是( )

图4

A．60 ℃ C．100 ℃

B．120 ℃ D．240 ℃

解析：选B 由图乙查得，当温度等于20 ℃时，R的阻值为R1＝4 kΩ。 当电流表示数为I1＝2 mA时，E＝I1(Rg＋R1)，

当电流表示数为I2＝3.6 mA时，设热敏电阻R的阻值为R2，则E＝I2(Rg＋R2)， 解得Rg＝0.5 kΩ，R2＝2 kΩ。

由图乙查得，当R的阻值为R2＝2 kΩ时，温度等于120 ℃。故B对。

7.如图5所示的电路可将声音信号转化为电信号，该电路中右侧固定不动的金属板b与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜a构成一个电容器，a、b通过导线与恒定电源两极相接。若声源S做简谐运动，则( )

图5

A．a振动过程中，a、b板间的电场强度不变 B．a振动过程中，a、b板间所带电荷量不变

C．a振动过程中，灵敏电流表中始终有方向不变的电流 D．a向右的位移最大时，a、b板所构成的电容器的电容最大

解析：选D 由于平行板电容器两极板与电池两极相连接，因此两极板间的电压U保UεS持不变，根据场强E＝，C＝可判断A错、D对。再由Q＝CU可知，B错。由于Q

d4πkd变化，电容器出现充电、放电现象，显然电流表中电流方向不断变化，C错。

8. (多选)如图6所示，Rt为热敏电阻，R1为光敏电阻，R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，V为理想电压表，现发现电压表示数增大，可能的原因是( )

图6

A．热敏电阻温度升高，其他条件不变 B．热敏电阻温度降低，其他条件不变 C．光照减弱，其他条件不变 D．光照增强，其他条件不变

解析：选AC 热敏电阻温度升高，其阻值减小，外电路的总电阻减小，总电流增大，路端电压减小，则通过光敏电阻的电流减小，则通过R3的电流增大，电压表的示数增大，A正确；热敏电阻温度降低时，其阻值增大，外电路总电阻增大，总电流减小，路端电压随之增大，通过光敏电阻的电流增大，所以通过热敏电阻的电流减小，电压表的示数减小，B错误；光照减弱，光敏电阻的阻值增大，外电路总电阻增大，路端电压增大，则电压表的示数增大，C正确；光照增强，光敏电阻的阻值减小，外电路总电阻减小，路端电压减小，则电压表的示数减小，D错误。

9. (多选)霍尔式位移传感器的测量原理如图7所示，有一个沿z轴方向均匀变化的匀强磁场，磁感应强度B＝B0＋kz(B0、k均为常数)。将霍尔元件固定在物体上，保持通过霍尔元件的电流I不变(方向如图)，当物体沿z轴正方向平移时，由于位置不同，霍尔元件在y轴方向的上、下表面的电势差U也不同。则( )

图7

A．B越大，上、下表面的电势差U越大 ΔU

B．k越大，传感器灵敏度越高

Δz

C．图中霍尔元件的上板电势可能比下板电势高 D．电流越大，上、下表面的电势差U越小

解析：选ABC 电流强度不变就是电荷定向运动的速度v保持不变，最后导体内部的带电粒子受到的电场力与洛伦兹力相等，即Bqv＝Eq，最终上下两板间的电势差U＝Ed＝Bdv，因此B越大，上、下表面的电势差U越大，A正确；电流大，表示电荷运动的速度ΔU

越大，U也越大，D错误；而传感器灵敏度＝kdv，因此k越大，传感器灵敏度越高，B

Δz

正确；当导电的电荷为正电荷时，根据左手定则，可知下极板电势高，当导电的电荷为负电荷时，可知下极板电势低，C正确。

10．(多选)有一种测量人体重的电子秤，其原理如图8虚线内所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)。设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3 A，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，电阻R随压力变化的函数式为R＝30－0.02 F(F和R的单位分别是N和Ω)。下列说法正确的是( )

图8

A．该秤能测量的最大体重是1 400 N B．该秤能测量的最大体重是1 300 N

C．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处 D．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.400 A处 解析：选AC 因为理想电流表的量程为3 A，所以电路中允许的最大电流为3 A，因此根据闭合电路欧姆定律，压力传感器的最小电阻应满足R＋2＝

12

，R最小为2 Ω，代入3

R＝30－0.02F，求出最大F＝1 400 N，A正确，B错误；当F＝0时，R＝30 Ω，这时电路12

中的电流I＝ A＝0.375 A，C正确，D错误。

30＋2

11．某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性。现用直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线连成如图9所示的实物图。

图9

(1)实验的主要步骤：

①正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源，调节并记录电源输出的电 流值；

②在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开关，________，________，断

开开关。

③重复第②步操作若干次，测得多组数据。

(2)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得图10所示的R-t关系图线，请根据图线写出该热敏电阻的R-t关系式：R＝________＋________ t(Ω)(保留3位有效数字)。

图10

解析：(1)因本实验是探究热敏电阻的阻值随温度变化的特性，所以实验需要测出热敏U

电阻的阻值及相应的温度，热敏电阻的阻值用R＝I间接测量，故需要记录的数据是温度计的示数和电压表的示数。

108－104

(2)设热敏电阻R＝R0＋kt，k＝＝0.400。由图乙知，温度为10 ℃时，热敏电

20－10阻R＝104 Ω，则R0＝R－kt＝(104－0.400×10)Ω＝100 Ω，所以R＝100＋0.400t(Ω)。

答案：(1)记录温度计的示数 记录电压表的示数 (2)100 0.400

12．在开展研究性学习的过程中，某同学设计了一个利用线圈测量转轮转速的装置，如图11所示，在轮子的边缘贴上一个小磁体，将小线圈靠近轮边放置，接上数据采集器和电脑(即DIS实验器材)。如果小线圈的面积为S，匝数为N，小磁体附近的磁感应强度的最大值为B，小线圈所在回路的总电阻为R，实验发现，轮子转过θ角，小线圈的磁通量由最大值变为零。因此，他认为只要测得此过程感应电流的平均值I，就可以测出转轮转速的大小。请你运用所学的知识，通过计算对该同学的结论进行评价。

图11

解析：该同学的结论正确。

设转轮的角速度和转速分别为ω、n，轮子转过θ角所需时间为Δt，通过线圈的磁通量的变化量为ΔΦ，线圈中产生的感应电动势的平均值为E。根据法拉第电磁感应定律有E＝

ΔΦBSEN＝N，由闭合电路欧姆定律得感应电流的平均值I＝ RΔtΔt

θω

又Δt＝ω，n＝ 2π

IRθ

联立以上各式可得n＝，由此可见，该同学的结论是正确的。

2πNBS答案：见解析

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