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第六章 传感器 (时间:60分钟分值:100分)一、选择题(本题共6小题,每小题8分,共48分.每小题给出的四个选项中,至少有一项是正确的,全部选对得8分,部分选对得4分,有选错或不选的得0分)有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置,其中有两个传感器,下列说法正确的是()A.两个传感器都是光电传感器B.两个传感器分别是光电传感器和温度传感器C.两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器D.只有光照和温度都适合时排气扇才能工作(多选)当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品之中,关于常用的几种家用电子器件所采用的传感器,下列说法中正确的是()A.电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了红外线传感器B.电子体温计中主要是采用了温度传感器C.电脑所用的光电鼠标主要是采用了声波传感器D.电子秤中主要是采用了力电传感器在一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机,洗手后将湿手靠近,机内的传感器就开通电热器加热,有热空气从机内喷出,将湿手烘干.手靠近干手机能使传感器工作,是因为()A.改变了湿度B.改变了温度C.改变了磁场D.改变了电容某兴趣小组对火灾报警装置的部分电路进行探究,其电路图如图6-T-1甲所示,其中R2是半导体热敏电阻,它的电阻随温度的变化关系如图乙所示.当R2所在处出现火情时,通过电流表的电流I和a、b间的电压U与出现火情前相比()图6-T-1A.I变大,U变小B.I变小,U变小C.I变小,U变大D.I变大,U变大(多选)利用霍尔效应制作的霍尔元件广泛应用于测量和自动控制等领域.图6-T-2是霍尔元件的工作原理示意图.该霍尔元件的载流子是自由电子,磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下,通入图示方向的电流I,C、D两侧面会形成电势差UCD.下列说法中正确的是()图6-T-2A.电势差UCD0B.电势差UCD0C.形成电势差UCD的原因是载流子受到磁场力而偏转D.形成电势差UCD的原因是电场力与磁场力达到平衡在如图6-T-3所示的电路中,电流表为理想电表,R2为热敏电阻,其阻值随温度的升高而减小.某时刻由于电路中某个元件发生了变化而导致灯泡L变暗但未熄灭,下列分析正确的是()图6-T-3A.可能是R1断路B.可能是R1短路C.可能是R2所在处温度升高D.可能是R2所在处温度降低二、实验题(本题共2小题,共22分)(8分)图6-T-4甲为在10左右的环境中工作的某自动恒温箱原理图,箱内的电阻R1=2k,R2=1.5k,R3=4k.R为热敏电阻,它的电阻随温度变化的图像如图乙所示.当a、b两点间电势差Uab0时,电压鉴别器使S断开,停止加热.恒温箱内的温度大约保持在.甲乙图6-T-4(14分)如图6-T-5所示,热敏电阻RT放在控温容器M内;A为毫安表,量程为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999.9;S为开关.已知RT在95时的阻值为150,在20时的阻值为550.现要求在降温过程中测量在2095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.图6-T-5(2)完成下列实验步骤中的填空.依照实验原理电路图连线;调节控温容器M内的温度,使得RT的温度为95;将电阻箱调到适当的初值,以保证仪器安全;闭合开关,调节电阻箱,记录电流表的示数I0,并记录;将RT的温度降为T1(20T195),调节电阻箱,使得电流表的读数,记录;温度为T1时热敏电阻的阻值RT=;逐步降低T1的数值,直至20为止,在每一温度下重复步骤.三、计算题(本题共2小题,共30分,解答应写出必要的文字说明、表达式和重要的演算步骤.有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)(14分)如图6-T-6甲所示,条形磁铁置于水平转台上且随转台一起做匀变速转动,磁传感器位于转台边缘,获得传感器所在位置的磁感应强度随时间的变化曲线如图乙所示.图中横坐标为时间,每格表示的时间是3s,纵坐标为磁感应强度.(1)请类比平均速度的定义方法,定义平均角速度,并求出转台在测量期间的平均角速度.(2)请类比加速度的定义方法,定义角加速度,并求出转台的角加速度.甲乙图6-T-6(16分)如图6-T-7所示,甲图是在研究性学习活动中吴丽同学自制的电子秤原理示意图,目的是利用理想电压表的示数指示物体的质量.托盘与电阻可忽略的金属弹簧相连,托盘与弹簧的质量均不计.滑动变阻器的滑动端与弹簧上端相连接,当托盘中没有放物体时,滑片恰好指在变阻器的最上端,此时电压表的示数为零.设变阻器的总电阻为R,总长度为L,电源电动势为E,内阻为r,限流电阻的阻值为R0,弹簧的劲度系数为k,重力加速度为g,不计一切摩擦和其他阻力.(1)请推导出电压表的示数U与所称物体的质量m的关系式.(2)为使电压表的示数与待测物体的质量成正比,请利用原有器材进行改进,在乙图的基础上完成改进后的电路原理图,并求出电压表的示数U与所称物体的质量m的关系式.甲乙图6-T-71.B解析题中提到在光照或温度升高时排气扇都能自动启动,由此可见两个传感器中一个是光电传感器,另一个是温度传感器,而且排气扇自动工作只需光照和温度一个满足条件即可,A、C、D错误,B正确.2.ABD解析电脑所用的光电鼠标主要采用了光电传感器,C错误.3.D解析根据自动干手机工作的特征,手靠近时电热器开始工作,手撤离时电热器停止工作,人是一种导体,可以与其他导体构成电容器.手靠近时相当于连接一个电容器,可以确定干手机内有电容式传感器,手靠近时改变了电容.用湿度或温度来驱动电热器工作,理论上可行,但是假如干手机是由于湿度或温度的变化而工作,那么它就成了室内烘干机,只有选项D正确.4.A解析由图乙知,温度越高,R2的阻值越小;当出现火情时,R2减小,R总减小,I总=ER总增大,路端电压U=E-I总r减小,即a、b间的电压减小;R1两端电压U1=I总R1增大,并联电路的电压U2=U-U1减小,I3=U2R3减小,故I=I总-I3增大,即电流表的示数增大,选项A正确.5.BCD解析电流方向为EF,由左手定则知,霍尔元件中的载流子(自由电子)受洛伦兹力作用向侧面C偏转,侧面C聚集负电荷,因整个元件是中性的,则侧面D出现正电荷,所以两个侧面C、D之间形成由D到C的电场,侧面D的电势高于侧面C的电势.随着两侧面电荷的增多,元件中运动的载流子受到的电场力逐渐增大,当载流子受到的电场力与洛伦兹力平衡时,两侧面之间的电势差达到稳定状态.综上所述,选项A错误,选项B、C、D正确.6.C解析灯泡L变暗说明灯泡两端的电压降低,其原因不可能是R1短路或断路,选项A、B错误;当R2所在处温度升高时,热敏电阻R2的阻值减小,闭合回路的总电阻减小,通过电源的电流将增大,电源的内电压和定值电阻R1两端的电压随之增大,导致灯泡两端的电压减小,灯泡变暗,选项C正确,选项D错误.7.25解析由题可知Uab=0是一个临界点,对应着开关S的动作,而开关的接通或断开对应着温度的上升或下降.由电路分析可知,在R1、R2、R3给定的条件下,热敏电阻R的阻值决定了Uab的正负.设电源负极的电势为零,则a=R2R1+R2U,b=RR3+RU,其中U为电源的路端电压,令a=b,即Uab=0,则可得R2R1=RR3,代入数据得R=3k,由图像可得对应的温度为25.8.(1)如图所示(2)电阻箱的读数R0仍为I0电阻箱的读数R1150+R0-R1解析由于本实验只有一只可以测量和观察的直流电流表,所以应该用“替代法”,考虑到用电流表观察而保证电路中电阻不变,因此将热敏电阻、电阻箱和电流表串联形成测量电路.而且在95和20时热敏电阻RT的阻值是已知的,所以如果热敏电阻的初始温度为95,则电流表的示数不变时,电阻箱和热敏电阻的阻值之和应保持为150和电阻箱的初值之和不变;如果热敏电阻的初始温度为20,则电流表示数不变时,电阻箱和热敏电阻的阻值之和应保持为550和电阻箱的初值之和不变.因此可以测量任意温度下的电阻.实验原理电路图如图所示.9.(1)0.86rad/s(2)-0.0062rad/s2解析(1)由图像可知,在测量期间,磁铁转动的周期数为7,用时51s,故平均角速度=7251rad/s0.86rad/s.(2)类比加速度的定义,角加速度为角速度的增量与所用时间的比值.测量期内,从第一个周期开始到第七个周期开始的时间间隔为t=42s.第一个周期用时6s,角速度为1=26rad/s1.05rad/s.第七个周期用时约为8s,角速度为2=28rad/s0.79rad/s.所以角加速度为a=2-1t=0.79-1.0542rad/s2-0.0062rad/s2.10.(1)U=mgREmgR+kL(R0+r)(2)如图所示U=mgREkL(R0+R+r)解析(1)设在托盘中放入质量为m的物体后,弹簧被压缩的长度为x,则有mg=kxR1=xLRI=ER1+R0+r电压表的示数U=IR1联立解得U=mgREmgR+kL(R0+r).(2)改进后的电路原理图如图所示.电流为I=ER+R0+r电压表的示数为U=IR1联立解得U=mgREkL(R0+R+r).
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