2019-2020年高中物理 第3章 第1、2節(jié) 傳感器 溫度傳感器和光傳感器課時作業(yè) 教科版選修3-2.doc

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2019-2020年高中物理 第3章 第1、2節(jié) 傳感器 溫度傳感器和光傳感器課時作業(yè) 教科版選修3-2 1．傳感器通常是把被測的______信息，按一定規(guī)律轉換成與之對應的________的輸出器件或裝置． 2．傳感器有一定的結構，一般由______元件和__________組成． 3．溫度傳感器中使用感溫的敏感元件有__________、____________和__________等． 4．光電式傳感器是測量________的傳感器，它利用了有些金屬或半導體材料，在電路中受到光照時，可以產(chǎn)生________的特點，實現(xiàn)________向電信號的轉化． 5．關于干簧管，下列說法正確的是(　　) A．干簧管接入電路中相當于電阻的作用 B．干簧管是根據(jù)熱脹冷縮的原理制成的 C．干簧管接入電路中相當于開關的作用 D．干簧管是作為電控元件以實現(xiàn)自動控制的 6．如圖1所示是觀察電阻值隨溫度變化情況的示意圖，現(xiàn)在把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴P于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是(設水對電阻阻值的影響不計)(　　) 圖1 A．如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變大，且變化非常明顯 B．如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變小，且變化不明顯 C．如果R為熱敏電阻(用半導體材料制成)，讀數(shù)變化非常明顯 D．如果R為熱敏電阻(用半導體材料制成)，讀數(shù)變化不明顯 【概念規(guī)律練】 知識點一　電容式話筒的原理 1．電容式話筒的保真度比動圈式話筒好，其工作原理如圖2所示．Q是絕緣支架，薄金屬膜M和固定電極N形成一個電容器，被直流電流充電．當聲波使膜片振動時，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流．當膜片向右運動的過程中，有(　　) 圖2 A．電容變大 B．電容變小 C．導線AB中有向左的電流 D．導線AB中有向右的電流 2．如圖3中電容式話筒右側固定不動的金屬板B，與能在聲波驅(qū)動下沿聲源水平方向振動的鍍有金屬層的振動膜a構成一個電容器，a、B分別通過導線與恒定電源兩極相接．聲源S做位移為x＝Asin 2 000πt的振動，則有(　　) 圖3 A．a(chǎn)振動過程中a、B板之間的電場強度不變 B．導線中的電流的頻率為2 000 Hz C．導線中的電流的頻率為1 000 Hz D．a(chǎn)向右位移最大時，a、B板形成的電容最大 知識點二　熱敏電阻和金屬熱電阻 3．如圖4所示，R1為定值電阻，R2為負溫度系數(shù)的熱敏電阻，L為小燈泡，當溫度降低時(　　) 圖4 A．R1兩端的電壓增大 B．電流表的示數(shù)增大 C．小燈泡的亮度變強 D．小燈泡的亮度變?nèi)? 圖5 4．如圖5所示為電阻R隨溫度T變化的圖線，下列說法中正確的是(　　) A．圖線1是熱敏電阻的圖線，它是用金屬材料制成的 B．圖線2是熱敏電阻的圖線，它是用半導體材料制成的 C．圖線1的材料化學穩(wěn)定性好、測溫范圍大、靈敏度高 D．圖線2的材料化學穩(wěn)定性差、測溫范圍小、靈敏度高 知識點三　光電式傳感器 5．如圖6所示為光電式煙塵濃度計的原理圖，試說明其工作原理． 圖6 6．圖7為光電式轉速表原理圖，請說明其工作原理． 圖7 【方法技巧練】 傳感器電路的分析技巧 7．如圖8所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當照射光強度增大時(　　) 圖8 A．電壓表的示數(shù)增大 B．R2中電流減小 C．小燈泡的功率增大 D．電路的路端電壓增大 8．如圖9所示是一火警報警裝置的部分電路示意圖，其中R2是半導體熱敏傳感器，它的電阻隨溫度升高而減小，a、B接報警器．當傳感器R2所在處出現(xiàn)火情時，電流表的電流I和a、B兩端兩壓U與出現(xiàn)火情前相比(　　) 圖9 A．I變大，U變大 B．I變小，U變小 C．I變小，U變大 D．I變大，U變小 1．關于傳感器，下列說法正確的是(　　) A．光敏電阻和熱敏電阻都是由半導體材料制成的 B．金屬材料也可以制成傳感器 C．傳感器主要是通過感知電阻的變化來傳遞信號的 D．以上說法都不正確 2．光敏電阻能將光信號轉化為電信號是因為(　　) A．光照強度發(fā)生變化時，光敏電阻的阻值也發(fā)生變化 B．光照強度發(fā)生變化時，光敏電阻的體積也發(fā)生變化 C．光照強度發(fā)生變化時，光敏電阻的長度也發(fā)生變化 D．光照照度發(fā)生變化時，光敏電阻的橫截面積也發(fā)生變化 圖10 3．如圖10所示，R3是光敏電阻，當開關S閉合后，在沒有光照射時，a、B兩點等電勢．當用光照射電阻R3時，則(　　) A．R3的電阻變小，a點電勢高于B點電勢 B．R3的電阻變小，a點電勢低于B點電勢 C．R3的電阻變大，a點電勢高于B點電勢 D．R3的電阻變大，a點電勢低于B點電勢 4．在溫控電路中，通過熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實現(xiàn)對電路相關物理量的控制．如圖11所示電路，R1為定值電阻，R2為半導體熱敏電阻(溫度越高電阻越小)，C為電容器．當環(huán)境溫度降低時(　　) 圖11 A．電容器C的帶電荷量增大 B．電壓表的讀數(shù)增大 C．電容器C兩板間的電場強度減小 D．R1消耗的功率增大 5．如圖12所示電路中，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，RT為負溫度系數(shù)熱敏電阻，RG為光敏電阻，閉合開關后，小燈泡L正常發(fā)光，由于環(huán)境條件改變(光照或溫度)，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗，則引起小燈泡變暗的原因可能是(　　) 圖12 A．溫度不變，光照增強 B．溫度升高，光照不變 C．溫度降低，光照增強 D．溫度升高，光照減弱 6．某學習小組的同學在用多用電表研究熱敏特性實驗中，安裝好如圖13所示裝置，向杯內(nèi)加入冷水，溫度計的示數(shù)為20 ℃，多用電表選擇適當?shù)谋堵?，讀出熱敏電阻的阻值R1，然后向杯內(nèi)加入熱水，溫度計的示數(shù)為60 ℃，發(fā)現(xiàn)多用電表的指針偏轉角度較大，則下列說法正確的是(　　) 圖13 A．應選用電流擋，溫度升高換用大量程測量 B．應選用電流擋，溫度升高換用小量程測量 C．應選用歐姆擋，溫度升高時換用倍率大的擋 D．應選用歐姆擋，溫度升高時換用倍率小的擋 7．傳感器是把非電學物理量(如位移、速度、壓力、角度等)轉換成電學物理量(如電壓、電流、電荷量等)的一種元件．如圖14所示的甲、乙、丙、丁是四種常見的電容式傳感器，下列說法正確的是(　　) 圖14 A．甲圖中兩極板帶電荷量不變，若電壓變小，可判斷出h變小 B．乙圖中兩極板帶電荷量不變，若電壓變大，可判斷出θ變大 C．丙圖中兩極間的電壓不變，若有電流流向傳感器的負極，則x變小 D．丁圖中兩極間的電壓不變，若有電流流向傳感器的正極，則F變大 8．如圖15所示為測定壓力的電容式傳感器，將平行板電容器、靈敏電流表(零刻度在中間)和電源串聯(lián)成閉合回路，當壓力F作用于可動膜片電極上時，膜片發(fā)生形變，引起電容的變化，導致靈敏電流表指針偏轉，在對膜片開始施加壓力使膜片電極從圖中的虛線推到圖中實線位置并保持固定的過程中，靈敏電流表指針偏轉情況為(電流從電流表正接線柱流入時指針向右偏)(　　) 圖15 A．向右偏到某一刻度后回到零刻度 B．向左偏到某一刻度后回到零刻度 C．向右偏到某一刻度后不動 D．向左偏到某一刻度后不動 9．傳感器是把非電學物理量(如位移、壓力、流量、聲強等)轉換成電學量的一種元件．如圖16所示為一種電容式傳感器，電路可將聲音信號轉化為電信號．電路中a、B構成一個電容器，B是固定不動的金屬板，a是能在聲波驅(qū)動下沿水平方向振動的鍍有金屬層的振動膜．若聲源S發(fā)出頻率恒定的聲波使a振動，則a在振動過程中(　　) 圖16 A．a(chǎn)、B板之間的電場強度不變 B．a(chǎn)、B板所帶的電荷量不變 C．電路中始終有方向不變的電流 D．向右位移最大時，電容器的電容量最大 10．有一些星級賓館的洗手間裝有自動干手機，洗手后將濕手靠近，機內(nèi)的傳感器就開通電熱器加熱，有熱空氣從機內(nèi)噴出，將濕手烘干，手靠近干手機能使傳感器工作，是因為(　　) A．改變濕度 B．改變溫度 C．改變磁場 D．改變電容 題　號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答　案 圖17 11．如圖17所示，將多用電表的選擇開關置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆分別與光敏電阻RG的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的中央．若用不透光的黑紙將RG包裹起來，表針將向________(填“左”或“右”)轉動；若用手電筒的光照射RG，表針將向________(填“左”或“右”)轉動． 12．按圖18所示連接好電路，合上S，發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮，原因是____________________；用電吹風對熱敏電阻吹一會兒，會發(fā)現(xiàn)小燈泡________，原因是________________________；把熱敏電阻放入冷水中會發(fā)現(xiàn)__________． 圖18 13．如圖19所示為一實驗小車中利用光電脈沖測量車速和行程的裝置示意圖，A為光源，B為光電接收器，A、B均固定在車身上，C為小車的車輪，D為與C同軸相連的齒輪．車輪轉動時，A發(fā)出的光速通過旋轉齒輪上齒的間隙后變成脈沖光信號，被B接收并轉換成電信號，由電子電路記錄和顯示．若實驗顯示單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)為n，累計脈沖數(shù)為N，則要測出小車的速度和行程還必須測量的物理數(shù)據(jù)是________；小車速度的表達式為v＝________；行程的表達式為s＝________. 圖19 14．如圖20所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻．此光電計數(shù)器的基本工作原理是什么？ 圖20 第三章　傳感器 第1節(jié)　傳感器 第2節(jié)　溫度傳感器和光電式傳感器 答案 課前預習練 1．非電　電信息 2．敏感　處理電路 3．熱電偶　熱雙金屬片　熱敏電阻 4．光信號　電流或電壓　光信號 5．CD　[干簧管能感知磁場，是因為當兩個簧片所處位置的磁場方向相同時，就會吸引，所以是做開關來使用，當磁場靠近或遠離的時候，就會實現(xiàn)閉合或斷開．] 6．C　[金屬熱電阻的阻值隨溫度的升高而增大，但靈敏度較差．而熱敏電阻(用半導體材料制成)靈敏度高，所以選C.] 課堂探究練 1．AC　[由電容器的電容公式C＝可知，當膜片向右運動時，相當于電容器兩極間的距離變小，電容變大，電源對電容器充電，電流的方向由電源的正極流向負極，故導線AB中有向左的電流．] 2．CD　[a振動過程中，a、b間距變化，由平行板電容器公式可知電容C變化，且a向右位移最大時，a、b板電容最大，則A錯，D對；振動過程中，電容器不斷地充放電，導線中電流頻率與a的振動頻率一致，C正確，B錯．] 點評　電容式話筒的薄金屬膜和固定電極形成一個電容器，被充電后，聲波使膜振動，電容變化，形成變化的電流． 3．C　[R2與燈L并聯(lián)后與R1串聯(lián)，與電源構成閉合電路，當熱敏電阻溫度降低時，熱敏電阻R2的阻值增大，外電路電阻增大，電流表讀數(shù)變小，R1兩端電壓減小，燈L兩端電壓增大，燈泡亮度變強，故C正確，其余各項均錯．] 點評　熱敏電阻溫度升高，電阻減??；溫度降低，電阻增大． 4．BD　[熱敏電阻由半導體材料制成，電阻隨溫度升高而減小，且靈敏度高，金屬熱電阻隨溫度升高電阻增大，靈敏度不高，但測溫范圍大，化學性質(zhì)穩(wěn)定．故B、D正確．] 點評　1.熱敏電阻和金屬熱電阻的阻值隨溫度的變化方向是相反的．熱敏電阻溫度升高，電阻減小，金屬熱電阻溫度升高，電阻增大． 2．熱敏電阻隨溫度變化明顯．金屬熱電阻的化學穩(wěn)定性好，測溫范圍大． 5．見解析 解析　光源1發(fā)出的光線經(jīng)半透半反鏡3，分成兩束強度相等的光線．一路光線直接到達光電轉換電路7上，產(chǎn)生作為被測煙塵濃度的參比信號．另一路光線經(jīng)反射鏡4穿過被測煙塵5到達光電轉換電路6上，其中一部分光線被煙塵吸收或散射而衰減，煙塵濃度越高，光線的衰減量越大，到達光電轉換電路6的光就越弱．兩路光線分別轉換成電壓信號U1、U2，如果U1＝U2，說明被測的光路上沒有煙塵，相反，如果U1、U2相差較大，說明煙塵較大，因此可用兩者之比，算出被測煙塵的濃度． 點評　光通過半透半反鏡3被分成兩束相等的光線，經(jīng)過7的光強不再發(fā)生變化，經(jīng)過6的光強由于受到煙塵的作用被衰減，這兩束光就出現(xiàn)了差別由此來檢測煙塵的濃度． 6．見解析 解析　光源1發(fā)出的光線經(jīng)透鏡2會聚成平行光束照到被測旋轉物3上，光線被事先粘貼在旋轉物體上的反光紙4反射回來，經(jīng)透鏡5聚焦落在光敏二極管6上，它產(chǎn)生與轉速對應的電脈沖信號，轉速快慢不同，接收的脈沖信號數(shù)量多少不同，經(jīng)信號處理電路處理后，由顯示器10顯示出每分鐘或每秒鐘的轉數(shù)即轉速． 點評　測速原理為：旋轉物體的轉速轉換為反光紙單位時間反光的次數(shù)，經(jīng)光敏二極管后又轉化為電脈沖信號單位時間內(nèi)的數(shù)量，再經(jīng)處理后顯示出轉速． 7．ABC 解析　當光強度增大時，R3阻值減小，外電路電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，同時內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，而電壓表的示數(shù)增大，A項正確，D項錯誤；由路端電壓減小，而R1兩端電壓增大知，R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，故B項正確；結合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，則小燈泡的功率增大，C項正確． 8．D　[當傳感器R2出現(xiàn)火情時，溫度升高，電阻減小，電路的總電阻減小，總電流I增大，路端電壓Uab＝E－Ir減小，I(r＋R1)增大，U并＝E－I(r＋R1)減小，通過R3的電流I3減小，通過R2的電流I2＝I－I3增大，D對．] 方法總結　電路中涉及熱敏電阻、光敏電阻或金屬熱電阻等元件時，熟記各種元件的特性，然后依據(jù)動態(tài)電路問題的分析思路，由部分到整體再到部分的順序進行分析． 課后鞏固練 1．AB 2．A　[光敏電阻的特性是光照強度變化時，電阻率發(fā)生明顯變化，而長度、體積、橫截面積等基本不變，故光敏電阻阻值大小會發(fā)生變化，A正確．] 3．A　[R3是光敏電阻，當有光照射時電阻變小，R3兩端電壓降減小，故a點電勢將升高，因其它阻值不變，所以a點電勢將高于b點電勢．] 4．AB　[降溫，則R2↑，I總↓，所以RR2＝E－(r＋R1)I總↑則UC＝UR2↑，Q＝CUC↑，A項正確．I總↓，則U外＝E－I總r↑，○V↑，B項正確．I總↓，P1＝IR1↓，D項錯誤．C板間E＝↑，故C項錯誤．] 5．AC　[由題圖可知，當光敏電阻阻值減小或熱敏電阻阻值增大時，小燈泡L都會變暗，結合光敏電阻特性可知，A正確，B錯誤．若光敏電阻阻值減小的同時，熱敏電阻的阻值增大，小燈泡L變暗，C正確．若熱敏電阻減小，光敏電阻增大，則小燈泡變亮．D錯誤．] 6．D　[多用電表與熱敏電阻構成的回路中未接入電源，故不能用電流擋，A、B均錯．當溫度升高時多用電表指針偏轉角度較大，說明熱敏電阻的阻值變小了，應該換用倍率小的擋，C錯誤，D正確．] 7．BD　[A選項若Q不變，由C＝知U變小，C變大，可知h變大，A錯；B選項若Q不變，由C＝知U變大，C變小，可知θ變大，B對；C中若U不變，電流流向負極表示正在放電，Q減小，可知C減小，x變大，C錯；D中若U不變，電流流向正極表示在充電，Q增加，可知C增大，d減小，F(xiàn)增大，D對．] 8．A　[壓力F作用時，極板間距d變小，由C＝，電容器電容C變大，又根據(jù)Q＝CU，極板帶電荷量變大，所以電容器應充電，靈敏電流計中產(chǎn)生由正接線柱流入的電流，所以指針將右偏，極板保持固定后，充電結束，指針回到零刻度．] 9．D　[a、b始終跟電源相連，電勢差U不變，由于a、b間距離變化，由E＝知場強變化，A錯誤；由C＝知d變化時C變化，a向右位移最大時，電容最大，D正確；由Q＝CU知a、b所帶電荷量變化，電路中電流方向改變，B、C錯誤．] 10．D　[根據(jù)自動干手機工作的特征，手靠近干手機電熱器工作，手撤離后電熱器停止工作，人是一種導體，可以與其他導體構成電容器．手靠近時相當于連接一個電容器，可以確定干手機內(nèi)設有電容式傳感器，由于手的靠近改變了電容大小，故D正確；用濕度和溫度來驅(qū)動電熱器工作，理論上可行，但是假如干手機是由于溫度、濕度的變化工作就成了室內(nèi)烘干機．] 11．左　右 解析　光敏電阻受光照越強，電阻越小，所以將RG用不透光的黑紙包起來，電阻增大，指針左偏；若用手電筒的光照射RG，電阻減小，指針右偏． 12．溫度低，熱敏電阻阻值大，電磁鐵磁性弱，觸點斷開　發(fā)光　溫度升高，熱敏電阻阻值變小，電磁鐵磁性增強，觸點接觸　小燈泡熄滅 13．車輪半徑R和齒輪的齒數(shù)P　　 解析　小車的速度等于車輪的周長與單位時間內(nèi)車輪轉動圈數(shù)的乘積．設車輪的半徑為R，單位時間內(nèi)車輪轉動的圈數(shù)為k，則有v＝2πRk. 若齒輪的齒數(shù)為P，則齒輪轉一圈電子電路顯示的脈沖數(shù)即為P，已知單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)為n，所以單位時間內(nèi)齒輪轉動的圈數(shù)為.由于齒輪與車輪同軸相連，它們在單位時間內(nèi)轉動的圈數(shù)相等，即k＝n/P. 由以上兩式可得，v＝. 同理，設車輪轉動的累計圈數(shù)為k′，則有s＝2πRk′，且k′＝N/P，所以s＝. 可見，要測出小車的速度v和行程s，除單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)n和累計脈沖數(shù)N外，還必須測出車輪半徑R和齒輪的齒數(shù)P. 14．見解析 解析　當光被元件擋住時，光敏電阻的阻值R1增大，電路中電流減小，R2兩端電壓減小，信號處理系統(tǒng)得到低電壓，每通過一個元件就獲得一次低電壓，計數(shù)一次．