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2018_2019学年高中物理课时分层作业13生活中的传感器简单的光控和温控电路选学教科版选修3_2

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 课时分层作业(十三) 生活中的传感器 简单的光控和温控电路(选
                                    学)

                                 [基础达标练]
                         (时间:15    分钟 分值:50      分)
    一、选择题(本题共        6 小题,每小题      6 分,共  36 分)
    1.传感器的种类多种多样,其性能也各不相同,空调机在室内温度达到设定的温度后,
会自动停止工作,空调机内使用的传感器是(  )
                                                          【导学号:24622105】
    A.生物传感器                            B.红外传感器
    C.温度传感器                            D.压力传感器
    C [空调机根据温度调节工作状态,所以内部使用了温度传感器,故                            C 正确.]
    2.有这样一只音乐茶杯,茶杯平放桌上时,无声无息,提起茶杯,茶杯边播放悦耳的
音乐,边闪烁着五彩的光芒.当用书挡住底部时(不与底部接触),音乐停止,音乐茶杯中
所用的元件属于哪类传感器(  )
    A.超声波传感器                           B.温度传感器
    C.压力传感器                            D.光电传感器
    D [茶杯平放在桌上时和提起后用书挡住底部(不与底部接触)时都没有光照,说明音
乐茶杯中所用的传感器与光照有关,而与压力无关,所以音乐茶杯中所用的元件属于光电
传感器,答案选       D.]
    3.(多选)如图     3­3­13 所示,用光敏电阻        LDR 和灯泡制成的一种简易水污染指示器,
下列说法中正确的是(  )


                                    图  3­3­13
    A.严重污染时,LDR       是高电阻
    B.轻度污染时,LDR       是高电阻
    C.无论污染程度如何,LDR          的电阻不变,阻值大小由材料本身因素决定
    D.该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响
    AD [严重污染时,透过污水照到             LDR 上的光线较少,LDR      电阻较大,A     对,B   错;
LDR 由半导体材料制成,受光照影响,电阻会发生变化,C                      错;白天和晚上自然光的强弱不
同,或多或少会影响         LDR 的电阻,D    对.]
    4.(多选)全自动洗衣机中的排水阀是由程序控制器控制其动作的,当进行排水和脱水
工序时,控制铁芯        1 的线圈通电,使铁芯         2 运动,从而牵引排水阀的阀门排除污水(如图
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3­3­14 所示).以下说法中正确的是(  )


                                    图  3­3­14
    A.若输入的控制电流由          a 流入,由    b 流出,则铁芯     2 中 A 端为  N 极,B  端为  S 极
    B.若输入的控制电流由          a 流入,由    b 流出,则铁芯     2 中 A 端为  S 极,B  端为  N 极
    C.若  a、b  处输入交变电流,铁芯          2 不能被吸入线圈中
    D.若  a、b  处输入交变电流,铁芯          2 仍能被吸入线圈中
    AD [铁芯   1 被通电螺线管磁化后吸引铁芯             2 从而牵引排水阀的阀门打开排除污水,无
论  a、b 处输入直流电还是交流电都是如此,故                 A、D 正确,B、C    错误.]
    5.如图   3­3­15 所示是自动调温式电熨斗,下列说法不正确的是    (  ) 
                                                          【导学号:24622106】


                                    图  3­3­15
    A.常温时上下触点是接触的
    B.双金属片温度升高时,上金属片形变较大,双金属片将向下弯曲
    C.原来温度控制在        80 ℃断开电源,现要求         60 ℃断开电源,应使调温旋钮下移一些
    D.由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态,应使调温旋钮下移一些
    C [常温工作时,上下触点是接通的,当温度升高时,上层金属片形变大,向下弯曲,
切断电源,切断温度要升高则应使调温旋钮下移一些,A、B、D                         对,C  错.]
    6.如图   3­3­16 所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图,
罩内装有发光二极管         LED、光电三极管和不透明的挡板.平时光电三极管接收不到                        LED 发
出的光,呈现高电阻状态.发生火灾时,下列说法正确的是  (  )
                                                          【导学号:24622107】


                                    图  3­3­16
                 中国现代教育网      www.30edu.com  全国最大教师交流平台

    A.进入罩内的烟雾遮挡了光线,使光电三极管电阻更大,检测电路检测出变化发出警
报
    B.光电三极管温度升高,电阻变小,检测电路检测出变化发出警报
    C.进入罩内的烟雾对光有散射作用,部分光线照到光电三极管上,电阻变小,发出警
报
    D.以上说法均不正确    
    C [由火灾报警器的原理可知,发生火灾时烟雾进入罩内,使光发生散射,部分光线
照到光电三极管上,电阻变小,与传感器相连的电路检测出这种变化,发出警报,C                                   对.]
    二、非选择题(14      分)
    7.用如图   3­3­17 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             2.0 kg 的滑块,滑块可无摩擦滑动.两弹簧的另一端分别接
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      10 
N.(取  g=10 m/s2)


                                    图  3­3­17
    (1)若传感器    a 的示数为    14 N,b 的示数为     6.0 N,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?
    【解析】 


    (1)如图所示,依题意,左侧弹簧对滑块向右的推力                    F1=14    N,右侧弹簧对滑块向左

的推力   F2=6.0 N.
                                                                 F1-F2

    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   =
14-6.0
          2        2
  2.0  m/s =4.0 m/s .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,所以右弹簧的弹力变为                     F2′=20 N,滑块所受合力产生加速度,

由牛顿第二定律得        F 合=F2′=ma2
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            F2′
                        2
    解得  a2= m =-10 m/s
    负号表示方向向后(向左).
    【答案】 见解析
                                 [能力提升练]
                         (时间:25    分钟 分值:50      分)
    一、选择题(本题共        4 小题,每小题      6 分,共  24 分)
    1.(多选)如图     3­3­18 所示,电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的
薄膜导体层,再在导体层外加上一块保护玻璃,电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的
电极,在导体层内形成一个低电压交流电场.在触摸屏幕时,由于人体是导体,手指与内
部导体层间会形成一个特殊电容(耦合电容),四边电极发出的电流会流向触点,而电流强
弱与手指到电极的距离成正比,位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱,准确
算出触摸点的位置.由以上信息可知(  ) 
                                                          【导学号:24622108】


                                    图  3­3­18
    A.电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指
    B.当用手触摸屏幕时,手指与屏的接触面积越大,电容越大
    C.当用手触摸屏幕时,手指与屏的接触面积越大,电容越小
    D.如果用戴了绝缘手套的手触摸屏幕,照样能引起触摸屏动作
    AB [电容触摸屏在原理上把人体当成电容器元件的一个极板,把导体层当成另一个极
板,故   A 正确;手指与屏的接触面积越大,即两个极板的正对面积越大,故电容越大,
B 正确,C   错误;如果戴了绝缘手套或手持不导电的物体触摸时没有反应,这是因为手与导
体层距离较大,不能引起导体层电场的变化,D                    错误.]
    2.(多选)如图     3­3­19 所示是家用电冰箱的压缩启动装置的电路.其中的运行绕组是
电冰箱在工作时电动机定子,由于家用交流电是单相的,启动时必须依靠启动绕组的帮助
才能产生旋转磁场.在启动绕组的支路中串联有一个                      PTC 元件.这是一种以钛酸钡为主要
材料的热敏电阻器,电流流过             PTC 元件,元件发热,它的电阻率随温度升高而发生显著变
化,当电动机转起来正常以后,PTC              元件温度较高,电阻很大,启动绕组电流很小,以下
判断正确的是(  )
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                                    图  3­3­19
    A.电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少
    B.电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少
    C.电冰箱启动后,启动绕组功率不变,运行绕组功率是变化的
    D.电冰箱启动后,启动绕组功率是变化的,运行绕组功率不变
    BD [启动时,由于       PTC 元件温度低,电阻小,故耗电多,故               A 错误,B   正确;启动后,
随着   PTC 元件的温度升高,元件本身电阻增大,通过启动绕组的电流减小,故启动绕组的
功率是变化的,而运行绕组电压不变,故功率不变,故                       C 错误,D   正确.]
    3.如图   3­3­20 为一种温度自动报警器的原理图,在水银温度计的顶端封入一段金属
丝,以下说法正确的是(  )


                                    图  3­3­20

    A.温度升高至      74 ℃时,L1   亮灯报警

    B.温度升高至      74 ℃时,L2   亮灯报警

    C.温度升高至      78 ℃时,L1   亮灯报警

    D.温度升高至      78 ℃时,L2   亮灯报警

    D [当温度低于      78 ℃时,线圈中没有电流,此时仅灯               L1 亮;当温度升高到       78 ℃时,

线圈中有电流,磁铁吸引衔铁,灯               L2 被接通,所以灯      L2 亮报警;温度升高至        74 ℃时,线

圈中没有电流,只是灯          L1 亮.A、B、C   均错误,D    正确.]
    4.某种位移传感器的工作原理如图               3­3­21(a)所示,物体     M 在导轨上平移时,带动滑
动变阻器的滑片       P 一起平移,通过理想电压表的示数来反映物体                   M 的位移   x.已知电源电动
势为   E,内阻不计,滑动变阻器的总长为              L,物体   M 以 O 为平衡位置做简谐运动(取向右为
               L
正方向),振幅为2,物体经过            O 时 P 恰好位于滑动变阻器的中点.若电压表的示数                   U 随时

间  t 的变化关系如图      3­3­21(b)所示,则在图示       0~t1 时间内,下列说法正确的是 (  )
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                            (a)          (b)
                                    图  3­3­21
    A.物体   M 的速度为正方向且不断增大
    B.物体   M 的速度为负方向且不断减小
    C.物体   M 的加速度为正方向且不断增大
    D.物体   M 的加速度为负方向且不断减小

    A [由  0~t1 时间内,电压表的示数          U 随时间   t 的变化关系可知,物体         M 的速度为正
方向且不断增大,加速度为正方向且不断减小,选项                      A 正确.]
    二、非选择题(本题共         2 小题,共    26 分)

    5.(10 分)如图    3­3­22 所示是热水器的恒温集成电路,R0            是热敏电阻,温度较低时其
阻值很大,温度较高时阻值很小.如果热水器中没有水或水温较高时,继电器会放开簧片,
发热器断路,反之会吸住簧片接通发热器.如果热水器中没有水时,电路中                                BC 部分就处于
________(选填“断路”或“短路”)状态,则在电路图的虚线框内的门电路应是
________门,当温度较低时,门电路的输入端                A 是________(选填“高”或“低”)电势.


                                    图  3­3­22
    【解析】 热水器中没有水,BC             部分相当于断路.热水器中没有水或水温较高时,继

电器都能使发热器断路,故可判断虚线框内应是“与”门,当温度较低时,R0                               阻值较大,
故门电路输入端       A 是高电势.
    【答案】 断路 与 高
    6.(16 分)为了节能和环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统.光控开关可
采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的

强弱,光越强照度越大,照度单位为                lx).某光敏电阻      RP 在不同照度下的阻值如下表:

      照度(lx)            0.2       0.4      0.6       0.8      1.0       1.2
      电阻(kΩ)             75       40        28       23        20       18
    (1)根据表中数据,请在图          3­3­23 中的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线,并说
明阻值随照度变化的特点.
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                       图 3­3­23          图           3­3­24
    (2)如图  3­3­24 所示,当    1、2 两端所加电压上升至         2 V 时,控制开关自动启动照明系
统.请利用下列器材设计一个简单电路,给                   1、2 两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低
至  1.0  lx 时启动照明系统,在虚线框内完成电路原理图.(不考虑控制开关对所设计电路
的影响)
    提供的器材如下:


    光敏电阻    RP(符号            ,阻值见上表);
    直流电源    E(电动势    3 V,内阻不计);

    定值电阻:R1=10 kΩ,R2=20 kΩ,R3=40 kΩ(限选其中之一并在图中标出);
    开关  S 及导线若干.
    【解析】 (1)如图甲所示,光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小.


                            甲           乙
    (2)电路原理图如图乙所示,根据串联电阻的正比分压关系,E=3                           V,当照度降低至

1.0 lx 时,由图线知,此时光敏电阻             RP=20  kΩ,URP=2   V,串联电阻分压       UR=1  V,由
URP   RP         RP

 UR = R =2 得  R= 2 =10 kΩ,故选定值电阻         R1.
    【答案】 见解析
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