【骄子之路】2023高考物理一轮复习 10.3实验：传感器的简单应用课时强化作业

课时强化作业四十二　实验：传感器的简单应用一、选择题1．关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是(　　)A．非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件B．电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量C．非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量D．非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量解析：传感器是将非电量转化成电学量的元件．一般流程是非电学量被敏感元件感知，然后通过转化元件转化成电信号，再通过转换电路将此信号转换成易于传输或测量的电学量，故选项C正确．答案：C2．利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示．若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2m，则下列说法正确的是(　　)A．传送带运动的速度是0.1m/sB．传送带运动的速度是0.2m/sC．该传送带每小时输送3600个工件D．该传送带每小时输送7200个工件解析：从乙图可知，每隔1秒的时间光传感器就输出一个电信号，而在这一段时间内传送带运动了两个工件之间的距离，所以传送带的运动速度v＝m/s＝0.2m/s，选项A错误，选项B正确；传送带每小时传送的距离为s＝vt＝0.2×3600m＝720m，工作数n＝＝3600个，故选项C正确，选项D错误．答案：BC3.如图所示，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，D为发光二极管(电流越大，发光越强)，且R与D距离不变，下列说法中正确的是(　　)A．当滑动触头向左移动时，L消耗的功率增大B．当滑动触头向左移动时，L消耗的功率减小C．当滑动触头向右移动时，L消耗的功率可能不变D．无论怎样移动滑动触头，L消耗的功率不变解析：5\n电源电压恒定，也就是说，并联电路两端的电压恒定，当滑动触头向左移动时，发光二极管发光变强，光敏电阻的电阻变小，所以电流变大，则L的功率变大．答案：A4．如图所示，M是一小型理想变压器，接线柱a、b接在电压u＝311sin314t(V)的正弦交流电源上，变压器右侧部分为一火警报警系统电路图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器(该热敏材料的电阻率随温度升高而减小)，电流表A2为值班室的显示器，显示通过R1的电流，电压表V2显示加在报警器上的电压，R3为一定值电阻．当传感器R2所在处出现火警时，以下说法中正确的是(　　)A．变压器输出端的交变电流的频率为314HzB．V1的示数是311VC．A1的示数不变，A2的示数减小D．V1的示数不变，V2的示数减小解析：U1＝＝220V，f＝50Hz不变，A、B错误；因U1、U2不变，出现火警时R2变小，R总变小，I2变大，UR3变大，U2′变小，IR1变小，I1变大，故C错误，D正确．答案：D5.酒精测试仪的工作原理如图所示，其中P是半导体型酒精气体传感器，该传感器电阻r′的倒数与酒精气体的浓度c成正比，R0为定值电阻．如图所示关于电压表示数的倒数与酒精气体浓度的倒数之间关系的图象正确的是(　　)解析：由于二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，则＝kc，电路中U＝IR0＝，则＝，即随变化的函数关系为线性关系，但图象不过坐标原点，选项A正确．答案：A5\n二、非选择题6．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；照射光线较弱(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50mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50mA时，3、4接通．励磁线圈中允许通过的最大电流为100mA.(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40W，额定电压36V，符号保护电阻R2，符号电磁开关，符号蓄电池E，电压36V，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200Ω，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．________________________________________________________________________.解析：(1)电路原理如下图所示．(2)①U磁m＝ImR磁＝200×100×10－3V＝20V.由题知，欲使电路起到自动控制作用，励磁线圈中电流I应满足50mA＜I≤100mA，则由闭合电路欧姆定律有：5\nE＝(R2＋R磁)I，即36＝(R2＋200)I，0．05A≤I≤0.1A，则R2的取值范围为160～520Ω.②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，可保证当电磁铁吸合铁片时，3、4间接通；不吸合时，3、4间断开．答案：(1)见解析　(2)①20　160～520　②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开7.如图所示，一热敏电阻RT放在控温容器M内；A为毫安表，量程6mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9Ω；S为开关．已知RT在95℃时的阻值为150Ω，在20℃时的阻值约为550Ω.现要求在降温过程中测量在95～20℃之间的多个温度下RT的阻值．(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图；(2)完成下列实验步骤中的填空：a．依照实验原理电路图连线．b．调节控温容器M内的温度，使得RT的温度为95℃.c．把电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全．d．闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录________．e．将RT的温度降为T1(20℃＜T1＜95℃)；调节电阻箱，使得电流表的读数________，记录________．f．温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1＝________.g．逐步降低T1的数值，直至20℃为止；在每一温度下重复步骤e、f.解析：(1)电阻箱的最大阻值与热敏电阻的最大阻值相差不大，因此电阻箱应与热敏电阻串联．(2)本实验原理是当电路的电流相等时，外电路的总电阻相等，所以95℃和T1时RT对应的电路的电阻相等，有150Ω＋R0＝RT1＋R1，即RT1＝R0－R1＋150Ω.答案：(1)实验原理电路图如图所示(2)d.电阻箱的读数R0e．仍为I0　电阻箱的读数R1f．R0－R1＋150Ω8．图中虚线框内存在一沿水平方向且与纸面垂直的匀强磁场．现通过测量通电导线在磁场中所受的安培力，来测量磁场的磁感应强度大小并判定其方向．所用部分器材已在图中给出，其中D为位于纸面内的U形金属框，其底边水平，两侧边竖直且等长；E为直流电源；R为电阻箱；A为电流表；S为开关．此外还有细沙、天平、米尺和若干轻质导线．5\n(1)在图中画线连接成实验电路图．(2)完成下列主要实验步骤中的填空：①按图接线．②保持开关S断开，在托盘内加入适量细沙，使D处于平衡状态；然后用天平称出细沙质量m1.③闭合开关S，调节R的值使电流大小适当，在托盘内重新加入适量细沙，使D____________；然后读出____________，并用天平称出____________．④用米尺测量________________．(3)用测量的物理量和重力加速度g表示磁感应强度的大小，可以得出B＝____________.(4)判定磁感应强度方向的方法是：若____________，磁感应强度方向垂直纸面向外；反之，磁感应强度方向垂直纸面向里．解析：(1)本实验的原理是：通过测量D的安培力的大小和方向、电流的大小和方向、D的底边长度，根据F＝BIL，测出B的大小和方向；因此把电流表、滑动变阻器、开关、电源和D串联即可，如答案图所示．(2)根据步骤②可知D的重力G＝m1g，步骤③为让电流流过D，使D在重力、安培力和细线的拉力下重新平衡．要测出安培力，需要测出拉力，即用天平称出重新加入细沙的总质量；要测出B，需要测出电流的大小和D的底边的长度．(3)安培力F＝|m2－m1|g，又F＝BIL可得B＝.(4)由电路图知电流的方向水平向右，磁感应强度B方向若垂直纸面向外，则安培力方向为竖直向下，有F＋m1g＝m2g，即m2>m1.答案：(1)如图所示(2)③重新处于平衡状态　电流表的示数I　此时细沙的质量m2　④D的底边长度L(3)　(4)m2>m15