高中物理 第3章 传感器 13 传感器 温度传感器和光传感器学业分层测评 教科版选修3-2

13 传感器 温度传感器和光传感器(建议用时：45分钟)学业达标1(多选)关于干簧管，下列说法正确的是()A干簧管接入电路中相当于电阻的作用B干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C干簧管接入电路中相当于开关的作用D干簧管是作为电控元件以实现自动控制的【解析】干簧管是一个磁场自动控制的电路开关，故选项C、D正确【答案】CD2下列关于物理传感器、化学传感器和生物传感器的说法中，正确的是()【导学号：31310145】A物理传感器利用材料的某种物理性质工作，因而只能用于机械加工行业不能用于化工领域B化学传感器是利用某种化学反应来工作的，因而只能输出某种化学物质而不是输出电学量C生物传感器的适用范围广，可在任意温度条件下工作D生物传感器由于含有生命物质，因而对使用传感器的环境条件有一定要求【解析】不论哪种传感器都可以将非电学量转换成电学量输出，故B错；物理传感器在化工领域也可以使用，如温度传感器等，故A错；生物传感器能够使用的前提是感受器中的生命物质保持生物活性，故C错D对【答案】D3如图315所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光当用酒精灯加热电阻丝时，则关于发现小灯泡亮度变化以及发生这一现象的主要原因正确的是()图315A小灯泡变亮，小灯泡的电阻发生了变化B小灯泡变亮，小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化C小灯泡变暗，电阻丝的电阻率随温度发生了变化D小灯泡变暗，电源的电压随温度发生了变化【解析】用酒精灯加热电阻丝时，电阻丝的电阻率随温度升高而增大，电流减小，灯泡变暗【答案】C4光敏电阻能将光信号转化为电信号是因为()A光照强度发生变化时，光敏电阻的阻值也发生变化B光照强度发生变化时，光敏电阻的体积也发生变化C光照强度发生变化时，光敏电阻的长度也发生变化D光照强度发生变化时，光敏电阻的横截面积也发生变化【解析】光敏电阻的特性是光照强度变化时，电阻率发生明显变化，而长度、体积、横截面积不发生变化，故光敏电阻阻值大小会发生变化，A正确【答案】A5(多选)如图316所示的电容式话简就是一种电容式传感器，其原理是：导电性振动膜片与固定电极构成了一个电容器，当振动膜片在声压的作用下振动时，两个电极之间的电容发生变化，电路中电流随之变化，这样声信号就变成了电信号则当振动膜片向右振动时()图316【导学号：31310146】A电容器电容值增大B电容器所带电荷量减小C电容器两极板间的场强增大D电阻R上电流方向自左向右【解析】当振动膜片向右振动时，两极板间的距离d减小，由电容公式C知，C增大，由E知，E增大，A、C正确；由QCU知，电容器所带电荷量Q增大，电容器充电，电阻R上电流方向自右向左，B、D错误【答案】AC6(多选)美国科学家Willard SBoyle与George ESmith因电荷耦合器件(CCD)的重要发明荣获2009年度诺贝尔物理学奖CCD是将光学量转变成电学量的传感器下列器件可作为传感器的有()A发光二极管B热敏电阻C霍尔元件 D干电池【解析】发光二极管有单向导电性，A错；热敏电阻和霍尔元件都可作为传感器，B、C对；干电池是电源，D错【答案】BC7传感器是一种采集信息的重要器件，如图317所示是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力作用于膜片电极上时，下列说法中正确的是()图317【导学号：31310147】若F向下压膜片电极，电路中有从a到b的电流；若F向下压膜片电极，电路中有从b到a的电流；若F向下压膜片电极，电路中不会有电流产生；若电流表有示数，说明压力F发生变化；若电流表有示数，说明压力F不会发生变化A BC D【解析】在电容器、电流表和电源串联成闭合电路中，电容器两极板间的电压U不变，当F向下压膜片电极时，电容器极板间距d变小，由C知，电容器电容C变大，根据QCU知，极板带电量将增大，电容器充电，电路中有从b到a的电流，说法正确；若电流表有示数，说明电容器有充放电，极板带电量发生变化，根据QCU知，电容器电容C发生变化，从而判断出作用在可动膜片电极上的压力F发生变化，说法正确故A项正确【答案】A8(多选)如图318所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r，Rt为负温度系数热敏电阻，R为光敏电阻，闭合开关后，小灯泡L正常发光，由于环境条件改变(光照或温度)，发现小灯泡亮度变暗，则引起小灯泡变暗的原因可能是()图318A温度不变，光照增强B温度升高，光照不变C温度降低，光照增强 D温度升高，光照减弱【解析】由题图可知，当光敏电阻阻值减小或热敏电阻阻值增大时，小灯泡L都会变暗，结合光敏电阻特性可知，A正确，B错误；若光敏电阻阻值减小的同时，热敏电阻的阻值增大，小灯泡L变暗，C正确；若热敏电阻减小，光敏电阻增大，则小灯泡变亮D错误【答案】AC能力提升9(多选)如图319所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时()【导学号：31310148】图319A电压表的示数增大 BR2中电流强度增大C小灯泡的功率增大 D电源的路端电压降低【解析】当照射光强度增大时，R3的阻值变小，则电压表示数增大R2中的电流减小，小灯泡的功率增大电源的路端电压降低，故A、C、D正确【答案】ACD10.传感器是把非电学物理量(如位移、压力、流量、声强等)转换成电学量的一种元件如图3110所示为一种电容传感器，电路可将声音信号转化为电信号电路中a、b构成一个电容器，b是固定不动的金属板，a是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜若声源S发出频率恒定的声波使a振动，则a在振动过程中()图3110Aa、b板之间的电场强度不变Ba、b板所带的电荷量不变C电路中始终有方向不变的电流D向右位移最大时，电容器的电容最大【解析】a在振动过程中，电容器两极板间的距离d在变化而两极板间的电压始终等于电源两端的电压不变由E知，E变，A错；又由C和C得a、b板所带电荷量Q变化，B错、C错；当a向右位移最大时，C最大，Q最大，D对【答案】D11.如图3111所示，是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液构成电容器的两极把这两极接入外电路，当外电路中的电流变化显示电容值增大时，则导电液体的深度h变化为()图3111【导学号：31310149】Ah增大Bh减小Ch不变 D无法确定【解析】由题意知，导线芯和导电液体构成电容器的两极，类似于平行板电容器的两极当液面高度发生变化时相当于两极板正对面积发生变化，会引起电容的变化与平行板电容器类比可得，导电液体深度h增大时，导线芯和导电液体正对面积增大，电容器的电容值变大【答案】A12如图3112所示的电路中，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()图3112A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】滑动变阻器触头P向左移动时，电阻减小，通过D的电流变大，发光二极管发出的光增强，光照射光敏电阻，R的阻值减小，通过L的电流变大，L消耗的功率变大；反之，P向右移动时，L的功率变小A正确【答案】A13如图3113所示，甲、乙是两类热敏电阻的Rt特征图线，如果想用热敏电阻作传感器，并与继电器相连，构成一个简单的自动报警线路，当温度过高时，由继电器接通电路报警则()【导学号：31310150】甲乙图3113A采用图甲类热敏电阻较好B采用图乙类热敏电阻较好C采用图甲和图乙效果一样好D以上说法均不正确【解析】由图中可以看出当温度较高时，甲类热电阻变化较快，使流过继电器的电流迅速增大，致使继电器工作所以采用甲类热敏电阻较好，所以A正确【答案】A14温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的如图3114甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势E9.0 V，内电阻不计；G为灵敏电流表，其内阻Rg保持不变，R为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示，闭合开关S，当R的温度等于20 时，电流表示数I12 mA；当电流表的示数I23.6 mA时，热敏电阻的温度是()甲 乙图3114A60 B80 C100 D120 【解析】由图乙知，当R的温度等于20 时，热敏电阻的阻值R14 k，则由I1可得Rg0.5 k，当电流I23.6 mA时，由I2，可得R22 k，结合图乙此时温度为120 ，故选D.【答案】D15一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝的电阻随温度t变化的关系如图3115中实线所示，由于环境温度以及熨烫的衣物厚度、干湿等情况不同，熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大范围内波动，易损坏衣物有一种用主要成分为BaTiO3，被称为“PTC”的特殊材料作发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点，PTC材料的电阻随温度变化的关系如图中实线所示，根据图线分析：图3115【导学号：31310151】(1)为什么原处于冷态的PTC熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快？(2)通电一段时间后电熨斗温度t自动地稳定在T_tT_范围之内(填下标数字)【解析】(1)由于冷态时PTC材料电阻较小，故由P知，其发热功率较大，所以升温快(2)从图上看出，温度较低时，电阻较小热功率较大，所以生热快于散热，温度升高，电阻值迅速增大，相应生热功率减小，当生热功率小于散热功率时，电阻温度降低，电阻值减小，生热功率会相应增大，故当生热功率等于散热功率时，温度会稳定在图中T6T7之间【答案】(1)见解析(2)67