高二物理：第六章第二節(jié)《傳感器的應(yīng)用》練習(xí)(新人教版)選修3-2

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111 河南省焦作市沁陽(yáng)一中高中物理 第六章第二節(jié) 傳感器的應(yīng)用練習(xí) 新人教版選修3-2 問(wèn)題探究： 1 力傳感器的應(yīng)用——電子秤 閱讀教材，思考并回答問(wèn)題。 1 電子秤使用的測(cè)力裝置是什么？它是由什么元件組成的？ ⑵力傳感器的工作原理。 彈簧鋼制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各貼一個(gè)應(yīng)變片，在梁的自由端施力F，則梁發(fā)生彎曲,上表面拉伸，下表面壓縮, 上表面應(yīng)變片的電阻__________，下表面應(yīng)變片的電阻變小。F越大， 彎曲形變___________，應(yīng)變片的阻值變化就越大。如果讓?xiě)?yīng)變片中通過(guò)的電流保持恒定，那么上面應(yīng)變片兩端的電壓變大，下面應(yīng)變片兩端的電壓變小。傳感器把這兩個(gè)電壓的差值輸出。外力越大，輸出的電壓差值也就____________。 ⑶應(yīng)變片能夠把什么力學(xué)量轉(zhuǎn)化為什么電學(xué)量？ ⒉溫度傳感器的應(yīng)用——電熨斗， 電熨斗結(jié)構(gòu)圖（如圖所示） 思考與討論： （1）常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的還是分 離的？當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，雙金屬片將怎樣起作用？ （2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，這是如何使用調(diào)溫旋鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)的？ ⒊溫度傳感器——電飯鍋 手動(dòng)開(kāi)關(guān) 接線螺絲 觸點(diǎn) 永磁鐵 電熱板 內(nèi)膽底 轉(zhuǎn)軸 感溫鐵氧體 電飯鍋的主要部件鐵氧體，它的特點(diǎn)是常溫下，具有鐵氧體，能夠被磁鐵吸引，但是溫度上升到約為103℃時(shí)，就失去了磁性，不能被磁體吸引了。我們把103℃就叫做該材料的居里溫度或居里點(diǎn)。 思考與討論： 1 開(kāi)始煮飯時(shí)為什么要壓下開(kāi)關(guān)按鈕？手松開(kāi)后這個(gè)按鈕是否會(huì)恢復(fù)到圖示的狀態(tài)？為什么？ 2 煮飯時(shí)水沸騰后鍋內(nèi)是否會(huì)大致保持一定的溫度？為什么？ 3 飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會(huì)有什么變化？這時(shí)電飯鍋會(huì)自動(dòng)地發(fā)生哪些動(dòng)作？ ⑷如果用電飯鍋燒水，能否在水沸騰后自動(dòng)斷電？ 4．光傳感器的應(yīng)用——火災(zāi)報(bào)警器 以利用煙霧對(duì)光的散射來(lái)工作的火災(zāi)報(bào)警器為例，簡(jiǎn)述其工作原理。 【例題1】某學(xué)生為了測(cè)量一物體的質(zhì)量，找到一個(gè)力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力(比例系數(shù)為k)，如圖所示，測(cè)量時(shí)先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時(shí)的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測(cè)得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U?，F(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、電壓表、滑動(dòng)變阻器、干電池各一個(gè)、開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線若干、待測(cè)物體(可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上)。 (1)設(shè)計(jì)一個(gè)電路，要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)，并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大，在方框中畫(huà)出完整的測(cè)量電路圖； (2)簡(jiǎn)要說(shuō)明測(cè)量步驟，求出比例系數(shù)k，并測(cè)出待測(cè)物體的質(zhì)量m； (3)請(qǐng)?jiān)O(shè)想實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題． 【例題2】如圖所示甲為在溫度為10℃左右的環(huán)境中工作的自動(dòng)恒溫箱簡(jiǎn)圖，箱內(nèi)電阻R1＝20kΩ，R2＝10kΩ，R3＝40 kΩ，R1為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示。當(dāng)a、b端電壓Uab<0時(shí)，電壓鑒別器會(huì)令開(kāi)關(guān)S接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度提高；當(dāng)Uab>0時(shí)，電壓鑒別器使S斷開(kāi)，停止加熱，恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在 ℃。 甲 乙 【當(dāng)堂檢測(cè)】 1.如圖所示，電吉他的弦是磁性物質(zhì)，當(dāng)弦振動(dòng)時(shí)，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流輸送到放大器、喇叭，把聲音播放出來(lái)，下列說(shuō)法正確的是( ) A．電吉他是光電傳感器 B．電吉他是溫度傳感器 C．電吉他是聲音傳感器 D．弦改用尼龍材料原理不變 2．下列說(shuō)法正確的是( ) A．應(yīng)變式力傳感器可以測(cè)重力，也可以用來(lái)測(cè)牽引力 B．電子秤的核心元件是應(yīng)變片，它多用金屬材料制成，是一種敏感元件 C．應(yīng)變片能把力學(xué)量(物體形變)轉(zhuǎn)換為電學(xué)量(電壓) D．所有電子秤都應(yīng)用了應(yīng)變式力傳感器 3.用力傳感器懸掛一鉤碼沿豎直方向由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)．如圖中實(shí)線是傳感器記錄的拉力大小變化情況，則( ) A．鉤碼的重力約為4 N B．鉤碼的重力約為3 N C．A、B、C、D四段圖線中，鉤碼處于超重狀態(tài)的A、D.失重狀態(tài)的是B、C D．A、B、C、D四段圖線中，鉤碼處于超重狀態(tài)的A、B，失重狀態(tài)的是C、D 4.如圖所示是會(huì)議室和賓館房間的天花板上裝有的火災(zāi)報(bào)警器的結(jié)構(gòu)原理圖，罩內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板．平時(shí)光電三極管接收不到LED發(fā)生的光呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是( ) A．進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧遮擋了光線，使光電三極管電阻更大，檢測(cè)電路檢測(cè)出變化發(fā)出警報(bào) B．發(fā)生火災(zāi)時(shí)，光電三極管溫度升高，電阻變小，檢測(cè)電路檢測(cè)出變化發(fā)出警報(bào) C．發(fā)生火災(zāi)時(shí)，進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧對(duì)光有散射作用，部分光線照到光電三極管上，電阻變小，發(fā)出警報(bào) D．以上說(shuō)法均不正確 5.如圖所示為用熱敏電阻R和繼電器L等組成的一個(gè)簡(jiǎn)單的恒溫控制電路，其中熱敏電阻的阻值會(huì)隨溫度的升高而減?。娫醇着c繼電器、熱敏電阻等組成控制電路，電源乙與恒溫箱加熱器(圖中未畫(huà)出)相連接．則( ) A．當(dāng)溫度降低到某一數(shù)值，銜鐵P將會(huì)被吸下 B．當(dāng)溫度升高到某一數(shù)值，銜鐵P將會(huì)被吸下 C．工作時(shí)，應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在C、D端 D．工作時(shí)，應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在A、B端 參考答案 問(wèn)題探究： ⒈⑴力的傳感器 金屬梁和應(yīng)變片 ⑵變大 越大 越大 ⒉（1）常溫下，上、下觸點(diǎn)應(yīng)是接觸的，但溫度過(guò)高時(shí)，由于雙金屬片受熱膨脹系數(shù)不同，上部金屬膨脹大，下部金屬膨脹小，則雙金屬片向下彎曲，使觸點(diǎn)分離，從而切斷電源，停止加熱．溫度降低后，雙金屬片恢復(fù)原狀，重新接通電路加熱，這樣循環(huán)進(jìn)行，起到自動(dòng)控制溫度的作用． （2）熨燙棉麻衣物和熨燙絲綢衣物需要設(shè)定不同的溫度，此時(shí)可通過(guò)調(diào)溫旋鈕調(diào)節(jié)升降螺絲，升降螺絲帶動(dòng)彈性鋼片升降，從而改變觸點(diǎn)接觸的難易，達(dá)到控制在不同溫度的目的． ⒊⑴ 開(kāi)始煮飯時(shí)，用手壓下開(kāi)關(guān)按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開(kāi)后，按鈕不再恢復(fù)到圖示狀態(tài)。 ⑵ 水沸騰后，鍋內(nèi)大致保持100℃不變。 ⑶ 飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當(dāng)溫度升至“居里點(diǎn)103℃”時(shí)，感溫磁體失去鐵磁性，在彈簧作用下，永磁體被彈開(kāi)，觸點(diǎn)分離，切斷電源，從而停止加熱． ⑷ 如果用電飯鍋燒水，水沸騰后，鍋內(nèi)保持100℃不變，溫度低于“居里點(diǎn)103℃”，電飯鍋不能自動(dòng)斷電。只有水燒干后，溫度升高到103℃才能自動(dòng)斷電。 ⒋ 報(bào)警器帶孔的罩子內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板．平時(shí)，光電三極管收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)．煙霧進(jìn)入罩內(nèi)后對(duì)光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻變?。c傳感器連接的電路檢測(cè)出這種變化，就會(huì)發(fā)出警報(bào)． 【例題1】解析：(1)由題意分析可知，輸出端應(yīng)接電壓表；為使輸入電壓可調(diào)，且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能大，滑線變阻器必須接成分壓電路，電路設(shè)計(jì)如下圖所示． (2)測(cè)量步驟與結(jié)果： ①調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為零。②將砝碼放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U0。③將待測(cè)物放在轉(zhuǎn)換器上，記下輸出電壓U，由U0＝km0g，得k＝U0/m0g，又測(cè)得U＝kmg，所以m＝m0U/U0。 (3)可能出現(xiàn)的問(wèn)題有： ①因電源電壓不夠而輸出電壓調(diào)不到零。②待測(cè)物體質(zhì)量超過(guò)轉(zhuǎn)換器量程。(答出一條即可) 【例題2】解析：(1)由圖線讀得，轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)周期T＝0.8 s① 角速度ω＝＝ rad/s＝7.85 rad/s.② (2)激光器和探測(cè)器沿半徑由中心向邊緣移動(dòng)(理由為：由于脈沖寬度在逐漸變窄，表明光信號(hào)能通過(guò)狹縫的時(shí)間逐漸減少，即圓盤(pán)上對(duì)應(yīng)探測(cè)器所在位置的線速度逐漸增加，因此激光器和探測(cè)器沿半徑由中心向邊緣移動(dòng))． (3)設(shè)狹縫寬度為d，探測(cè)器接收到第i個(gè)脈沖時(shí)距轉(zhuǎn)軸的距離為ri，第i個(gè)脈沖的寬度為Δti，激光器和探測(cè)器沿半徑的運(yùn)動(dòng)速度為v. Δti＝T③ r3－r2＝r2－r1＝vT④ r2－r1＝⑤ r3－r2＝⑥ 由④、⑤、⑥式解得 Δt3＝＝ ＝0.6710－3 s. 當(dāng)堂檢測(cè)：1. C 2. AC 3. AC 4. C 5. BD 111