2019高中物理 第四章 傳感器與現(xiàn)代社會(huì) 4.3-4.4 用傳感器做實(shí)驗(yàn) 信息時(shí)代離不開(kāi)傳感器練習(xí)（含解析）滬科選修3-2.docx

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用傳感器做實(shí)驗(yàn) 信息時(shí)代離不開(kāi)傳感器 課時(shí)演練促提升 A組 1. 如圖所示是用來(lái)測(cè)定高溫物體溫度的電阻溫度計(jì)示意圖。A是金屬鉑制成的探頭(隨溫度的升高電阻率增大),B是靈敏電流計(jì),E是恒定電源。若將A置入高溫物體中(如煉鋼爐、核反應(yīng)堆等),可以通過(guò)其電阻率的變化來(lái)測(cè)定溫度。則當(dāng)B偏轉(zhuǎn)的角度最大時(shí),應(yīng)是(　　) A.物體的溫度最高 B.物體的溫度最低 C.由變阻器R的接法來(lái)確定溫度最高還是最低 D.由變阻器R的接法和電源的正、負(fù)極性來(lái)確定溫度最高、最低 解析:B偏轉(zhuǎn)角度最大時(shí),說(shuō)明回路中電流最大,由于I=ER+RA,所以此時(shí)A的阻值最小,由于A的電阻率隨溫度升高而增大,所以此時(shí)物體溫度最低。溫度高低與變阻器和電源的接法無(wú)關(guān)。故選項(xiàng)B正確。 答案:B 2.(多選)如圖所示是霍爾元件的工作原理示意圖。如圖用d表示薄片的厚度,k為霍爾系數(shù),對(duì)于一個(gè)霍爾元件,d、RH為定值,如果保持電流I恒定,則可以驗(yàn)證UH隨B的變化情況,以下說(shuō)法中正確的是(　　) 霍爾元件的工作原理 A.將永磁體的一個(gè)磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面時(shí),UH將變大 B.在測(cè)定地球兩極的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí),霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 C.在測(cè)定地球赤道上的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí),霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 D.改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角,UH將發(fā)生變化 解析:磁體的一個(gè)磁極靠近霍爾元件工作面時(shí),B增強(qiáng),由UH=RHIBd,知UH將變大,故選項(xiàng)A正確;在測(cè)定地球兩極的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí),兩磁場(chǎng)可看做與地面垂直,所以霍爾元件工作面應(yīng)保持水平,故選項(xiàng)B正確;赤道處磁場(chǎng)可看做與地面平行,所以工作面應(yīng)保持豎直,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;若磁場(chǎng)與工作面夾角為θ,則應(yīng)有qvBsinθ=UHdq,可見(jiàn)θ變化時(shí),UH將變化,故選項(xiàng)D正確。 答案:ABD 3.角速度計(jì)是應(yīng)用傳感器來(lái)測(cè)量飛機(jī)、航天器、潛艇的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的裝置,其結(jié)構(gòu)如圖所示。當(dāng)系統(tǒng)繞軸OO轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),元件A發(fā)生位移并輸出相應(yīng)的電壓信號(hào),成為飛機(jī)、衛(wèi)星等的制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源。 已知A的質(zhì)量為m,彈簧的勁度系數(shù)為k、自然長(zhǎng)度為l,電源的電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻不計(jì)?；瑒?dòng)變阻器總長(zhǎng)也為l且電阻分布均勻,系統(tǒng)靜止時(shí)P在B點(diǎn),當(dāng)系統(tǒng)以角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),則(　　) A.電路中電流隨角速度的增大而增大 B.電路中電流隨角速度的減小而增大 C.彈簧的伸長(zhǎng)量為x=mωl/(k-mω2) D.輸出電壓U與ω的函數(shù)關(guān)系式為U=Emω2/(k-mω2) 解析:滑片的移動(dòng)不影響滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻,故電路中的電流不隨角速度的變化而變化,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤;由牛頓第二定律得:kx=m(l+x)ω2,所以x=mω2l/(k-mω2),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;輸出電壓U=Ex/l,將x=mω2l/(k-mω2)代入上式得:U=Emω2/(k-mω2),選項(xiàng)D正確。 答案:D 4. 如右圖所示是一火警器的部分電路示意圖,其中R2為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。電表為值班室的顯示器,a、b之間接報(bào)警器。當(dāng)傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時(shí),顯示器的電流I、報(bào)警器兩端的電壓U的變化情況是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.I變大,U變大 B.I變大,U變小 C.I變小,U變大 D.I變小,U變小 解析:敏感元件是半導(dǎo)體負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻,當(dāng)該電阻所在處出現(xiàn)火警時(shí),溫度急劇升高,電阻R2變小,使得電路總電阻減小,干路總電流增大,路端電壓減小,即U變小;因干路電流的增大而帶來(lái)R1上的電壓增大,所以并聯(lián)部分的兩端電壓是減小的,電流表的示數(shù)減小。選項(xiàng)D正確。 答案:D 5.如圖所示,A是浮子,B是金屬觸頭,C為住宅樓房頂上的蓄水池,M是帶水泵的電動(dòng)機(jī),D是彈簧,E是銜鐵,F是電磁鐵,S1、S2分別為觸頭開(kāi)關(guān),S為開(kāi)關(guān),J為電池。請(qǐng)利用上述材料,設(shè)計(jì)一個(gè)住宅樓房頂上的自動(dòng)注水裝置。 (1)連接電路圖。 (2)簡(jiǎn)述其工作原理。(涉及的元件可用字母代替) 解析:(1)如圖 (2)按圖接好電路,合上開(kāi)關(guān)S,水泵工作,水位升高,當(dāng)浮子上升使B接觸到S1時(shí),左側(cè)電路(控制電路)工作,電磁鐵F有磁力,拉下銜鐵E,使S2斷開(kāi),電動(dòng)機(jī)M不工作,停止注水,當(dāng)水位下降使B與S1脫離,電磁鐵電路停止工作,F無(wú)磁性,彈簧D的彈力拉動(dòng)E,使S2接通,M工作。 答案:見(jiàn)解析 6.當(dāng)前大量使用的磁敏器件是霍爾元件與集成電路制在一起的磁傳感器,它有以下兩種: (1)一種是“線性”的,它是將霍爾元件和放大器集成在一個(gè)芯片內(nèi),其輸出的電壓與感受到的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比地連續(xù)變化。請(qǐng)你提出一種方案,利用它來(lái)測(cè)量電流的大小。 (2)另一種叫做“開(kāi)關(guān)型”的,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí)它才會(huì)輸出高電平,而在磁感應(yīng)強(qiáng)度弱到一定程度時(shí)輸出低電平(或者相反),也就是說(shuō),它只能在高、低電平之間躍變。請(qǐng)你提出一種方案,利用它來(lái)測(cè)量物體的轉(zhuǎn)速。 解析:(1)設(shè)計(jì)方案如圖甲所示。在C形軟鐵心1上繞制線圈2,霍爾傳感器3置入鐵心的間隙中,并與數(shù)字毫伏表4相連。線圈中通入的待測(cè)電流I越強(qiáng),鐵心間隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度就越大,則傳感器輸出的電壓越大。 (2)設(shè)計(jì)方案如圖乙所示。轉(zhuǎn)動(dòng)物體1的邊緣上嵌入一個(gè)小永磁體2,霍爾傳感器3固定在近旁,并與計(jì)數(shù)電路和顯示屏4相連。物體每轉(zhuǎn)動(dòng)一周,傳感器就輸出一個(gè)電壓脈沖,計(jì)數(shù)器顯示的數(shù)字就增加1,配合停表測(cè)出在時(shí)間t內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)n,就可以計(jì)算出轉(zhuǎn)速。 答案:見(jiàn)解析 B組 1.(多選)關(guān)于電子秤中應(yīng)變式力傳感器的說(shuō)法正確的是 (　　) A.應(yīng)變片是由導(dǎo)體材料制成 B.當(dāng)應(yīng)變片的表面拉伸時(shí),其電阻變大;反之,變小 C.傳感器輸出的是應(yīng)變片上的電壓 D.外力越大,輸出的電壓差值也越大 解析:應(yīng)變片多用半導(dǎo)體材料制成,選項(xiàng)A錯(cuò)誤、選項(xiàng)B正確;傳感器輸出的是上、下兩應(yīng)變片上的電壓差,并且隨著外力的增大,輸出的電壓差值也就越大,選項(xiàng)C錯(cuò)誤、選項(xiàng)D正確。 答案:BD 2.(多選)電容式話筒的保真度比動(dòng)出式話筒好,其工作原理如圖所示。Q是絕緣支架,薄金屬膜片M和固定電極N形成一個(gè)電容器,被直流電源充電,當(dāng)聲波使膜片振動(dòng)時(shí),電容發(fā)生變化,電路中形成變化的電流。當(dāng)膜片向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中有(　　) A.電容變大 B.電容變小 C.導(dǎo)線AB中有向左的電流 D.導(dǎo)線AB中有向右的電流 解析:當(dāng)膜片向右運(yùn)動(dòng)時(shí),電容器兩板M、N間的距離d變小,由C=εS4πkd得電容C變大,選項(xiàng)A正確,電容器被充電,AB中有向左的電流通過(guò),選項(xiàng)C正確。 答案:AC 3.為監(jiān)測(cè)某化工廠的污水排放量,技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖所示的流量計(jì)。該裝置由絕緣材料制成,長(zhǎng)、寬、高分別為a、b、c,左右兩端開(kāi)口。在垂直于上下底面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),在前后兩個(gè)內(nèi)側(cè)面分別固定有金屬板作為電極。污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時(shí),電壓表將顯示兩個(gè)電極間的電壓U。若用Q表示污水流量(單位時(shí)間內(nèi)排出的污水體積),下列說(shuō)法中正確的是(　　) A.若污水中正離子較多,則前表面比后表面電勢(shì)高 B.若污水中負(fù)離子較多,則前表面比后表面電勢(shì)高 C.污水中離子濃度越高電壓表的示數(shù)將越大 D.污水流量Q與U成正比,與a、b無(wú)關(guān) 解析:由左手定則可以判斷出正離子較多時(shí),正離子受到的洛倫茲力使其向后表面偏轉(zhuǎn)聚集而導(dǎo)致后表面電勢(shì)升高,同理負(fù)離子較多時(shí),負(fù)離子向前表面偏轉(zhuǎn)聚集而導(dǎo)致前表面電勢(shì)低,選項(xiàng)A,B錯(cuò)誤;設(shè)前、后表面間的最高電壓為U,則qUb=qvB,所以U=vBb,由此可知U與離子濃度無(wú)關(guān),選項(xiàng)C錯(cuò)誤;因Q=vbc,而U=vBb,所以Q=Uc/B,選項(xiàng)D正確。 答案:D 4.對(duì)于確定的一個(gè)霍爾元件,若保持通入的恒定電流不變,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增加時(shí),霍爾電壓UH應(yīng)(　　) A.不變 B.減小 C.增大 D.不確定 解析:由UH=kIBd可得,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B增加時(shí),UH增大。 答案:C 5.現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動(dòng)變阻器、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線若干。如圖所示,試設(shè)計(jì)一個(gè)溫控電路,要求溫度低于某一溫度時(shí),電爐絲自動(dòng)通電供熱,高于另一某溫度時(shí),又可以自動(dòng)斷電,畫(huà)出電路圖并說(shuō)明工作過(guò)程。 解析:電路圖如圖所示,閉合開(kāi)關(guān)S1,當(dāng)溫度低于設(shè)計(jì)值時(shí)熱敏電阻阻值大,通過(guò)電磁繼電器的電流不能使它工作,S2接通電爐絲加熱。當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí),熱敏電阻減小到某值,通過(guò)電磁繼電器的電流達(dá)到工作電流,S2斷開(kāi),電爐絲斷電,停止加熱。當(dāng)溫度低于設(shè)計(jì)值,又重復(fù)前述過(guò)程。 答案:見(jiàn)解析 6.在原子反應(yīng)堆中抽動(dòng)液態(tài)金屬或在醫(yī)療器械中抽動(dòng)血液等導(dǎo)電液體時(shí),常使用電磁泵。某種電磁泵的結(jié)構(gòu)如圖所示,把裝有液態(tài)鈉的矩形截面導(dǎo)管(導(dǎo)管是環(huán)形的,圖中只畫(huà)出其中一部分)水平放置于勻 強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向與導(dǎo)管垂直,讓電流I按如圖方向縱向穿過(guò)液態(tài)鈉且電流方向與B垂直。設(shè)導(dǎo)管截面高為a,寬為b,導(dǎo)管有長(zhǎng)為l的一部分置于磁場(chǎng)中,由于磁場(chǎng)對(duì)液態(tài)鈉的作用力使液態(tài)鈉獲得驅(qū)動(dòng)而不斷沿管子向前推進(jìn)。整個(gè)系統(tǒng)是完全密封的,只有金屬鈉本身在其中流動(dòng),其余的部件是固定不動(dòng)的。 (1)假定在液態(tài)鈉不流動(dòng)的條件下,求導(dǎo)管橫截面上由磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力所形成的附加壓強(qiáng)p與上述各量的關(guān)系式; (2)設(shè)液態(tài)鈉中每個(gè)自由電荷所帶電荷量為q,單位體積內(nèi)參與導(dǎo)電的自由電荷數(shù)為n,求在橫穿液態(tài)鈉的電流I的方向上參與導(dǎo)電的自由電荷定向移動(dòng)的平均速度v。 解析:(1)由安培力計(jì)算公式可得液態(tài)鈉所受磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力F=BIa?、? 管道橫截面積S=ab　② 由壓強(qiáng)公式,垂直于導(dǎo)管橫截面方向上磁場(chǎng)力產(chǎn)生的附加壓強(qiáng)p=FS?、? 由①②③得p=BIb (2)由電流定義式I=Qt　④ 在時(shí)間t內(nèi)通過(guò)的總電荷量Q=nqblvt?、? 由④⑤得參與導(dǎo)電的自由電荷定向移動(dòng)的平均速率 v=Inqbl。 答案:(1)p=BIb　(2)Inqbl