鲁科版 高中物理 选修32第5章 传感器及其应用寒假复习题含答案Word格式.docx
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B.电量信号
C.位移信号
D.光信号
4.下列器件不是应用温度传感器的是( )
A.电熨斗
B.电子秤
C.电饭锅
D.测温仪
5.热敏电阻能将热信号转换为电信号是因为( )
A.电阻阻值的大小随热量的变化而变化
B.电阻阻值的大小随温度的变化而变化
C.电阻体积的大小随热量的变化而变化
D.电阻体积的大小随温度的变化而变化
6.自动门、生命探测器、家电遥控系统、防盗防火报警器都使用了( )
A.温度传感器
B.红外线传感器
C.生物传感器
D.压力传感器
7.传感器是一种采集信息的重要器件,如图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( )
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
8.每当地震发生后,各路救援人员及时深入灾区,与死神抢时间,争分夺秒抢救被埋人员,有些救援队借助“生命探测仪”可以发现深埋在废墟中的伤员,根据所学知识,你认为“生命探测仪”可能用到了( )
A.红外线传感器
B.压力传感器
C.振动传感器
D.电容传感器
9.如图所示的火灾报警器是应用烟雾对光的散射来工作的.该报警器利用的传感器是( )
B.声传感器
C.位移传感器
D.光传感器
10.电子秤使用的是( )
A.超声波传感器
B.温度传感器
C.压力传感器
D.红外线传感器
二、多选题(共4小题,每小题5.0分,共20分)
11.(多选)关于传感器的应用,下列说法中正确的是( )
A.电熨斗是通过感温铁氧体的作用控制电路的通断的
B.霍尔元件是把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量
C.电子秤能通过应变片把力这个力学量转换为电压这个电学量
D.热敏电阻是把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量的
12.(多选)下列器件中应用光传感器的是( )
A.光电鼠标器
B.火灾报警器
C.测温仪
D.电子秤
13.(多选)如图所示,用电流传感器研究自感现象.电源内阻不可忽略,线圈的自感系数较大,其直流电阻小于电阻R的阻值.t=0时刻闭合开关S,电路稳定后,t1时刻断开S,电流传感器连接计算机分别描绘了整个过程线圈中的电流IL和电阻中的电流IR随时间t变化的图象.下列图象中可能正确的是( )
A.
B.
C.
D.
14.(多选)用多用电表的同一挡位测量热敏电阻和光敏电阻的阻值时,下列说法正确的是( )
A.测热敏电阻时,温度越高,多用电表指针偏角越大
B.测热敏电阻时,温度越高,多用电表指针偏角越小
C.测光敏电阻时,光照越弱,多用电表指针偏角越大
D.测光敏电阻时,光照越弱,多用电表指针偏角越小
分卷II
三、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)
15.用如图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2.0kg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10N(取g=10m/s2).
(1)若传感器a的示数为14N,b的示数为6.0N,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?
16.如图所示是一种悬球式加速度仪,它可以用来测定沿水平轨道运动的列车的加速度.金属球的质量为m,它系在金属丝的下端,金属丝的上端悬挂在O点,AB是一根长为L的均匀电阻丝,其阻值为R,金属丝与电阻丝接触良好,摩擦不计,电阻丝的中心C焊接一根导线,从O点也引出一根导线,两线之间接入一个电压表
(金属丝和导线电阻不计).图中虚线OC与AB垂直,且OC=h,电阻丝AB接在电压为U的直流稳压电源上,整个装置固定在列车中使AB与车前进的方向保持水平.列车静止时金属丝呈竖直状态,当列车加速或减速前进时,金属丝将偏离竖直方向,从电压表
的读数变化可以测出加速度的大小.
(1)当列车向右做匀加速直线运动时,试推导出加速度a与电压表读数U′的关系式(a用U′、U、L、h及重力加速度g等表示);
(2)用推导出的a与U′的关系式说明表盘上a的刻度是否均匀?
(3)C点设置在电阻丝AB中点的原因是什么?
对电压表的选择应有什么特殊要求?
17.如图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2.0kg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,其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出.现将该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10N.(取g=10m/s2).
(1)若传感器a的示数为14N、b的示数为6N,求此时汽车的加速度大小和方向.
(2)求当汽车以怎样的加速度运动时,传感器a的示数恰为零.
18.一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动,在圆盘上沿半径开有一条宽度为2mm的均匀狭缝,将激光器与传感器上下对准,使两者间连线与转轴平行,分别置于圆盘的上下两侧,且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移动,激光器连续向下发射激光束,在圆盘转动过程中,当狭缝经过激光器与传感器之间时,传感器接收到一个激光信号,并将其输入计算机,经处理后画出相应图线.如图甲所示为该装置示意图,如图乙为所接收的光信号随时间变化的图线,横坐标表示时间,纵坐标表示接收到的激光信号强度,图中Δt1=1.0×
10-3s,Δt2=0.8×
10-3s.
(1)利用如图乙中的数据求1s时圆盘转动的角速度;
(2)说明激光器和传感器沿半径移动的方向;
(3)求如图乙中第三个激光信号的宽度Δt3.
答案
1.【答案】B
【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PTC元件温度升高,PTC元件电阻增大,通过启动绕组的电流减小,故启动绕组功率是变化的,而运行绕组电压不变,故功率不变,则④正确.
2.【答案】B
【解析】太阳能电池板的有效采光面积不同,所产生的电流不同,当电流最大时正对太阳,所以应用的是光传感器,选项B正确,选项A、C、D错误.
3.【答案】B
【解析】传感器是将非电学量转换为电学量的元件,则传感器的输出量通常为电量信号.故选B.
4.【答案】B
【解析】电子秤是利用压力传感器制成的.
5.【答案】B
6.【答案】B
【解析】自动门发出红处线,人挡住红处线时,门会自动打开;
家电遥控系统会发出红外线信号,家电接收红外线会按一定程序工作;
人体能自动发出红外线,可以通过红外线传感器接收;
防盗防火报警器,当温度升高时发出的红外线增强,因此这四种都用了红外线传感器,B正确,A、C、D错误.
7.【答案】A
【解析】当F向上压膜片电极时,板间距离减小,电容器的电容将增大.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.
8.【答案】A
【解析】伤员被深埋在废墟中,借助红外线传感器,可以感知人与周围环境的差别,且伤员与尸体的温度不同,借助探测仪可以探测到活着的被困人员.
9.【答案】D
【解析】由于此火灾报警器是应用烟雾对光的散射来工作的,所以该报警器利用的传感器是光传感器,选项D正确.
10.【答案】C
【解析】根据电子秤的工作原理,可知当电子秤受到压力的作用时,会显示相应的大小,故使用的是压力传感器,故C正确.
11.【答案】BC
【解析】电饭锅是通过感温铁氧体的作用控制电路的通断的;
热敏电阻是把温度高低这个热学量转换为电阻这个电学量的.
12.【答案】AB
【解析】光电鼠标器中装有红外发射管(LED)和红外接收管,其中的红外接收管就是光传感器.当鼠标移动时,滚球带动码盘转动,使红外接收管收到断续的脉冲信号,这样的脉冲信号经过处理后就可以描述出光标移动的位移了,选项A正确.火灾报警装置是利用光传感器将光信号转换为电信号的,选项B正确.测温仪是温度传感器,常用热敏电阻、金属热电阻、热电偶或红外线敏感元件,通过改变元件的电阻或电路的电压来达到测量温度的目的,选项C错误.电子秤是力传感器,由金属梁和应变片组成,当发生形变时其电阻会发生变化,常用的一般应变片在被拉伸时,其电阻会变大;
在被压缩时,其电阻会变小.外力越大,应变片的形变就越大,应变片的电阻变化就越大,因此,可以用应变片的电阻大小表示出外力的大小,选项D错误.
13.【答案】AD
14.【答案】AD
【解析】根据热敏电阻的特点,温度越高电阻越小,多用表指针偏角越大,A对,B错;
由光敏电阻的特点,光照越弱,电阻越大,偏角越小,C错,D对.
15.【答案】
(1)4.0m/s2 方向向右
(2)汽车以方向向左、大小为10m/s2的加速度运动
【解析】
(1)如图所示,依题意:
左侧弹簧对滑块向右的推力F1=14N,右侧弹簧对滑块向左的推力F2=6.0N,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=4m/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,所以右侧弹簧的弹力变为F2′=20N.
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=
=10m/s2,方向向左.
16.【答案】
(1)设列车加速度为a时,小球偏离竖直方向θ角,此时小球受力情况如图所示,
根据牛顿第二定律得
mgtanθ=ma.①
因为tanθ=
,②
由①②两式得a=
g③
又设列车加速度为a时,电压表读数为U′
,④
由④式得DC=
,⑤
将⑤式代入③式得a=
⑥
(2)由⑥式可知,g、L、U、h均为常数,则列车加速度a与电压表读数U′成正比,可将电压表中刻度一一对应地改成加速度a的数值,因而可知表盘上加速度a的刻度与电压表的刻度一样,是均匀的.
(3)原因是列车可能加速运动也可能减速运动(加速度方向随之变化);
所选择的电压表中间刻度应为零
17.【答案】
(1)4.0m/s2 向前
(2)10m/s2 向后
【解析】传感器上所显示的大小,即弹簧对传感器的压力,据牛顿第三定律知,此即弹簧上的弹力大小,亦即弹簧对滑块的弹力大小.
(1)
如图所示,依题意知左侧弹簧对滑块向右的推力F1=14N,右侧弹簧对滑块向左的推力F2=6N.
设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=4.0m/s2,a1与F1同方向,即向前.
(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,左侧弹簧伸长多少,右侧弹簧就缩短多少,所以右侧弹簧的弹力变为F2′=20N.滑块所受合力产生加速度,由牛顿第二定律得F合=F2′=ma2,得a2=
=10m/s2,方向向后.
18.【答案】
(1)7.85rad/s
(2)由中心向边缘移动 (3)6.7×
10-4s
(1)由图乙解得,转盘的转动周期T=0.8s,故其角速度ω=
rad/s=7.85rad/s.
(2)由图乙可知,圆盘转动的角速度不变,说明圆盘在做匀速圆周运动;
脉冲宽度逐渐变窄,表示光信号通过狭缝的时间逐渐减少,而狭缝的宽度为一定值,则说明圆盘上对应探测器所在的位置的线速度逐渐增加,因此激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动.
(3)设狭缝宽度为d,探测器接收到第i个脉冲时距转轴的距离为ri,第i个脉冲的宽度为Δti,激光器和探测器沿半径的运动速度为u.
Δti=
得ri=
,又因为r3-r2=r2-r1=uT,所以
-
,解得:
Δt3=
≈6.7×
10-4s.
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