沪科版选修3-25.3信息时代离不开传感器课后测评

信息时代离不开传感器

课后篇巩固提升

A组

1.如图所示是用来测定高温物体温度的电阻温度计示意图。A是金属铂制成的探头(随温度的升高电阻率增大),B是灵敏电流计,E是恒定电源。若将A置入高温物体中(如炼钢炉、核反应堆等),可以通过其电阻率的变化来测定温度。则当B偏转的角度最大时,应是(　　)

A.物体的温度最高

B.物体的温度最低

C.由变阻器R的接法来确定温度最高还是最低

D.由变阻器R的接法和电源的正、负极性来确定温度最高、最低

解析:B偏转角度最大时,说明回路中电流最大,由于I=,所以此时A的阻值最小,由于A的电阻率随温度升高而增大,所以此时物体温度最低。温度高低与变阻器和电源的接法无关。故选项B正确。

答案:B

2.(多选)如图所示是霍尔元件的工作原理示意图。如图用d表示薄片的厚度,k为霍尔系数,对于一个霍尔元件,d、RH为定值,如果保持电流I恒定,则可以验证UH随B的变化情况,以下说法中正确的是(　　)

霍尔元件的工作原理

A.将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时,UH将变大

B.在测定地球两极的磁场强弱时,霍尔元件的工作面应保持水平

C.在测定地球赤道上的磁场强弱时,霍尔元件的工作面应保持水平

D.改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角,UH将发生变化

解析:磁体的一个磁极靠近霍尔元件工作面时,B增强,由UH=RH,知UH将变大,故选项A正确;在测定地球两极的磁场强弱时,两磁场可看作与地面垂直,所以霍尔元件工作面应保持水平,故选项B正确;赤道处磁场可看作与地面平行,所以工作面应保持竖直,故选项C错误;若磁场与工作面夹角为θ,则应有qvBsinθ=q,可见θ变化时,UH将变化,故选项D正确。

答案:ABD

3.在输液时,药液有时会从针口流出体外,为了及时发现,设计了一种报警装置,电路如图所示。M是贴在针口处的传感器,接触到药液时其电阻RM发生变化,导致S两端电压U增大,装置发出警报,此时(　　)

A.RM变大,且R越大,U增大越明显

B.RM变大,且R越小,U增大越明显

C.RM变小,且R越大,U增大越明显

D.RM变小,且R越小,U增大越明显

解析:S两端电压U增大,故传感器两端电压一定减小,则当有药液从针口流出体外使传感器接触药液时,RM变小;当R>RM时,R越大,M与R并联的电阻R并越接近RM,U增大越明显,故C正确。

答案:C

4.如图所示是一火警器的部分电路示意图,其中R2为负温度系数热敏电阻。电表为值班室的显示器,a、b之间接报警器。当传感器R2所在处出现火情时,显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是(　　)

A.I变大,U变大 B.I变大,U变小

C.I变小,U变大 D.I变小,U变小

解析:敏感元件是半导体负温度系数热敏电阻,当该电阻所在处出现火警时,温度急剧升高,电阻R2变小,使得电路总电阻减小,干路总电流增大,路端电压减小,即U变小;因干路电流的增大而带来R1上的电压增大,所以并联部分的两端电压是减小的,电流表的示数减小。选项D正确。

答案:D

5.如图所示,A是浮子,B是金属触头,C为住宅楼房顶上的蓄水池,M是带水泵的电动机,D是弹簧,E是衔铁,F是电磁铁,S1、S2分别为触头开关,S为开关,J为电池。请利用上述材料,设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置。

(1)连接电路图。

(2)简述其工作原理。(涉及的元件可用字母代替)

解析:(1)如图

(2)按图接好电路,合上开关S,水泵工作,水位升高,当浮子上升使B接触到S1时,左侧电路(控制电路)工作,电磁铁F有磁力,拉下衔铁E,使S2断开,电动机M不工作,停止注水,当水位下降使B与S1脱离,电磁铁电路停止工作,F无磁性,弹簧D的弹力拉动E,使S2接通,M工作。

答案:见解析

6.当前大量使用的磁敏器件是霍尔元件与集成电路制在一起的磁传感器,它有以下两种:

(1)一种是“线性”的,它是将霍尔元件和放大器集成在一个芯片内,其输出的电压与感受到的磁感应强度成正比地连续变化。请你提出一种方案,利用它来测量电流的大小。

(2)另一种叫做“开关型”的,当磁感应强度达到一定程度时它才会输出高电平,而在磁感应强度弱到一定程度时输出低电平(或者相反),也就是说,它只能在高、低电平之间跃变。请你提出一种方案,利用它来测量物体的转速。

解析:(1)设计方案如图甲所示。在C形软铁心1上绕制线圈2,霍尔传感器3置入铁心的间隙中,并与数字毫伏表4相连。线圈中通入的待测电流I越强,铁心间隙中的磁感应强度就越大,则传感器输出的电压越大。

(2)设计方案如图乙所示。转动物体1的边缘上嵌入一个小永磁体2,霍尔传感器3固定在近旁,并与计数电路和显示屏4相连。物体每转动一周,传感器就输出一个电压脉冲,计数器显示的数字就增加1,配合停表测出在时间t内转动的圈数n,就可以计算出转速。

答案:见解析

B组

1.(多选)关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是(　　)

A.应变片是由导体材料制成

B.当应变片的表面拉伸时,其电阻变大;反之,变小

C.传感器输出的是应变片上的电压

D.外力越大,输出的电压差值也越大

解析:应变片多用半导体材料制成,选项A错误、选项B正确;传感器输出的是上、下两应变片上的电压差,并且随着外力的增大,输出的电压差值也就越大,选项C错误、选项D正确。

答案:BD

2.(多选)电容式话筒的保真度比动出式话筒好,其工作原理如图所示。Q是绝缘支架,薄金属膜片M和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电,当声波使膜片振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流。当膜片向右运动的过程中有(　　)

A.电容变大

B.电容变小

C.导线AB中有向左的电流

D.导线AB中有向右的电流

解析:当膜片向右运动时,电容器两板M、N间的距离d变小,由C=得电容C变大,选项A正确,电容器被充电,AB中有向左的电流通过,选项C正确。

答案:AC

3.为监测某化工厂的污水排放量,技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计。该装置由绝缘材料制成,长、宽、高分别为a、b、c,左右两端开口。在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场,在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极。污水充满管口从左向右流经该装置时,电压表将显示两个电极间的电压U。若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积),下列说法中正确的是(　　)

A.若污水中正离子较多,则前表面比后表面电势高

B.若污水中负离子较多,则前表面比后表面电势高

C.污水中离子浓度越高电压表的示数将越大

D.污水流量Q与U成正比,与a、b无关

解析:由左手定则可以判断出正离子较多时,正离子受到的洛伦兹力使其向后表面偏转聚集而导致后表面电势升高,同理负离子较多时,负离子向前表面偏转聚集而导致前表面电势低,选项A,B错误;设前、后表面间的最高电压为U,则=qvB,所以U=vBb,由此可知U与离子浓度无关,选项C错误;因Q=vbc,而U=vBb,所以Q=,选项D正确。

答案:D

4.对于确定的一个霍尔元件,若保持通入的恒定电流不变,当磁感应强度增加时,霍尔电压UH应(　　)

A.不变 B.减小

C.增大 D.不确定

解析:由UH=k可得,当磁感应强度B增加时,UH增大。

答案:C

5.现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干。如图所示,试设计一个温控电路,要求温度低于某一温度时,电炉丝自动通电供热,高于另一某温度时,又可以自动断电,画出电路图并说明工作过程。

解析:电路图如图所示,闭合开关S1,当温度低于设计值时热敏电阻阻值大,通过电磁继电器的电流不能使它工作,S2接通电炉丝加热。当温度达到设计值时,热敏电阻减小到某值,通过电磁继电器的电流达到工作电流,S2断开,电炉丝断电,停止加热。当温度低于设计值,又重复前述过程。

答案:见解析

6.在原子反应堆中抽动液态金属或在医疗器械中抽动血液等导电液体时,常使用电磁泵。某种电磁泵的结构如图所示,把装有液态钠的矩形截面导管(导管是环形的,图中只画出其中一部分)水平放置于匀

强磁场中,磁场的磁感应强度为B,方向与导管垂直,让电流I按如图方向纵向穿过液态钠且电流方向与B垂直。设导管截面高为a,宽为b,导管有长为l的一部分置于磁场中,由于磁场对液态钠的作用力使液态钠获得驱动而不断沿管子向前推进。整个系统是完全密封的,只有金属钠本身在其中流动,其余的部件是固定不动的。

(1)假定在液态钠不流动的条件下,求导管横截面上由磁场驱动力所形成的附加压强p与上述各量的关系式;

(2)设液态钠中每个自由电荷所带电荷量为q,单位体积内参与导电的自由电荷数为n,求在横穿液态钠的电流I的方向上参与导电的自由电荷定向移动的平均速度