選修3-2 第十章第3單元感測器
[課時作業]
一、單項選擇題(本題共6小題，每小題7分，共42分)
1．關於感測器，下列說法正確的是
a．所有感測器的材料都是由半導體材料做成的
b．金屬材料也可以製成感測器
c．感測器主要是通過感知電壓的變化來傳遞訊號的
d．以上說法都不正確
解析：半導體材料可以製成感測器，其他材料也可以製成感測器，如金屬氧化物氧化錳就可以製成溫度計，所以a錯，b正確．感測器不但能感知電壓的變化，還能感受力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量，所以c錯．
答案：b
2．如圖1所示是乙個測定液面高度的感測器，在導線芯的外面塗上一層絕緣物質，放在導電液體中，導線芯和導電液體構成電容器的兩極，把這兩極接入外電路，當外電路中的電流變化說明電容值增大時，導電液體的深度h的變化為( )
a．增大 b．減小
c．不變d．無法確定
解析：電容器的電容增大時，電容器兩極板的正對面積增大，故h增大，a選項
正確．答案：a
3．如圖2所示的實驗電路中，電源兩端的電壓恆定，l為小燈泡，r為光敏電阻，d為發光二極體(電流越大，發出的光越強)，r與d相距很近且不變．下列說法中正確的是
a．當滑動觸頭向左移動時，l消耗的功率增大
b．當滑動觸頭向左移動時，l消耗的功率減小
c．當滑動觸頭向右移動時，l消耗的功率可能不變
d．無論怎樣移動滑動觸頭，l消耗的功率都不變
解析：電源電壓恆定，也就是說，併聯電路兩端的電壓恆定，當滑動觸頭向左移動時，發光二極體發光變強，光敏電阻的電阻變小，所以電流變大，則l消耗的功率變大．
答案：a
4．如圖3所示是觀察電阻值隨溫度變化情況的示意圖．現在把杯中
的水由冷水變為熱水，關於歐姆表的讀數變化情況正確的是
( )
a．如果r為金屬熱電阻，讀數變大，且變化非常明顯
b．如果r為金屬熱電阻，讀數變小，且變化不明顯
c．如果r為熱敏電阻(用半導體材料製作)，讀數變化非常明顯
d．如果r為熱敏電阻(用半導體材料製作)，讀數變化不明顯
解析：由於金屬熱電阻的化學穩定性較好，測溫範圍較大，因而其熱靈敏性差一些；而由半導體材料製成的熱敏電阻的電阻值感溫靈敏度較高．對於杯中水的溫度公升高或降低，熱敏電阻的阻值變化必然比金屬熱電阻阻值的變化要大．因此，若r為金屬熱電阻時，歐姆表的示數會變大但並不明顯(因為金屬熱電阻阻值會有較小的增大，電路中的電流會有較小的變小)，故a、b兩選項錯誤．同理，若r為熱敏電阻，水公升溫時其阻值必有明顯的變小，歐姆表的示數必有較明顯的變化(即減小)，故c選項正確而d選項錯誤．
答案：c
5．在一些星級賓館的洗手間經常裝有自動幹手機，洗手後將濕手靠近，機內的感測器就開通電熱器加熱，有熱空氣從機內噴出，將濕手烘乾．手靠近幹手機能使感測器工作，是因為
a．改變了濕度b．改變了溫度
c．改變了磁場d．改變了電容
解析：根據自動幹手機工作的特徵，手靠近電熱器開始工作，手撤離電熱器停止工作，人是一種導體，可以與其他導體構成電容．手靠近時相當於連線乙個電容，可以確定幹手機內設有電容式感測器，由於手的靠近改變了電容．用濕度和溫度來驅動電熱器工作，理論上可行，但是假如幹手機是由於濕度、溫度的變化而工作就成了室內烘乾機．
答案：d
6．如圖4所示為大型電子地磅電路圖，電源電動勢為e，內阻不計．不稱物體時，滑片p在a端，滑動變阻器接入電路的有效電阻最大，電流最小；稱重物時，在壓力作用下使滑片p下滑，滑動變阻器的有效電阻變小，電流變大，這樣把電流對應的重量值刻在刻度盤上，就可以讀出被稱物體的重力了．若滑動變阻器上a、b間距離為l，最大阻值等於定值電阻r0的阻值，已知兩彈簧的總彈力與形變數成正比，比例係數為k，則所稱重物的重力g與電流大小i的關係為 ( )
a．g＝2kl－ b．g＝kl
c．g＝＋kld．g＝kil
解析：電子地磅上有重物時，根據受力平衡及胡克定律得g＝kδx，不稱物體時，滑片p在a端，放置重物g時，滑片下移δx，變阻器在電路中的有效電阻為
r′＝(l－δx)＝(l－)．
由電路的特點，根據閉合電路歐姆定律可得i＝，將 r′代入得i＝，整理得g＝2kl－，所以a正確．
答案：a
二、多項選擇題(本題共4小題，每小題7分，共28分．每小題有多個選項符合題意，全部選對的得7分，選對但不全的得3分，錯選或不答的得0分)
7．如圖5所示，r1、r2為定值電阻，l為小燈泡，r3為光敏
電阻，當照射光強度增大時
a．電壓表的示數增大
b．r2中電流減小
c．小燈泡的功率增大
d．電路的路端電壓增大
解析：當光強度增大時，r3阻值減小，外電路電阻隨r3的減小而減小，r1兩端電壓因乾路電流增大而增大，同時內電壓增大，故電路路端電壓減小，而電壓表的示數增大，a項正確，d項錯誤；由路端電壓減小而r1兩端電壓增大知，r2兩端電壓必減小，則r2中電流減小，故b項正確；結合幹路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，則小燈泡的功率增大，c項正確．
答案：abc
8．一般的電熨斗用合金絲作發熱元件，合金絲電阻隨溫度t變化的關係如圖6中實線①所示，由於環境溫度以及熨燙的衣物厚度、乾濕不同，熨斗的散熱功率不同，因而熨斗的溫度可能會在較大範圍內波動，易損壞衣物．有一種用主要成分為batio3被稱為「ptc」的特殊材料作發熱元件的電熨斗．ptc材料的電阻隨溫度變化的關係如圖6中實線②所示．根據圖線分析可知
a．原處於冷態的ptc電熨斗比普通電熨斗公升溫快
b．ptc電熨斗能自動控制溫度，溫度穩定在t0～t6之間
c．ptc電熨斗能自動控制溫度，溫度穩定在t6～t7之間
d．ptc電熨斗不能自動控制溫度
解析：冷態時ptc材料電阻小，由p＝知其發熱功率大公升溫快，a對．由圖可知，溫度較低時，ptc材料電阻小，熱功率大，生熱大於散熱，溫度公升高，電阻迅速增大，生熱功率會減小，當生熱功率小於散熱功率時，電阻溫度降低，電阻減小，生熱功率會增大，故當生熱功率等於散熱功率時，溫度會穩定在圖中t6～t7之間，實現自動控制溫度，所以c對，b、d錯．
答案：ac
9．如圖7所示為光敏電阻自動記數示意圖，被計數的製品放在傳送帶上，光源安裝在傳送帶一側，光電計數裝置(資訊處理系統)安裝在傳送帶的另一側，其中r1是光敏電阻，r2是定值電阻，每當有製品通過時，光線被擋住，計數器就自動把製品數目記錄下來．關於此光電計數器的運用，下列說法正確的是( )
a．當有光照射r1時，訊號處理系統獲得低電壓
b．當有光照射r1時，訊號處理系統獲得高電壓
c．訊號處理系統每獲得一次高電壓就記數一次
d．訊號處理系統每獲得一次低電壓就記數一次
解析：當有光線照到r1時，r1的電阻變小，電路電流變大，定值電阻r2兩端的電壓變大，所以r1分得電壓要變小，與之併聯的訊號處理系統電壓也會變小；同理，當有製品通過時，照到r1的光線被製品擋住，r1的電阻變大，訊號處理系統獲得較高電壓，所以正確答案是a、c.
答案：ac
10．家用電熱滅蚊器中電熱部分的主要部件是ptc元件，ptc元件是由鈦酸鋇等半導體材料製成的電阻器，其電阻率與溫度的關係如圖8所示，由於這種特性，ptc元件具有發熱、控溫兩重功能，對此，以下說法中正確的是
a．通電後其功率先增大後減小
b．通電後其功率先減小後增大
c．當其產生的熱量與散發的熱量相等時，溫度保持在t1到t2
之間的某一值不變
d．當其產生的熱量與散發的熱量相等時，溫度保持在t1或t2不變
解析：根據ptc元件的電阻率隨溫度變化的曲線可知：在常溫下，它的電阻是相當小的，通入電流以後，隨著溫度的公升高，其電阻率先變小後增大，那麼它的功率先變大後變小．溫度保持在t1到t2之間的某一值不變，這時候電路處於穩定狀態，如果溫度再公升高，電阻率變大，導致電流變小，溫度就會降下來；如果溫度降低，電阻率減小，導致電流變大，溫度就會公升上去，所以本題正確答案為a、c.
答案：ac
三、計算題(本題共2小題，共30分．解答時請寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟．只寫出最後答案的不能得分．有數值計算的題，答案中必須明確寫出數值和單位)
11．(15分)如圖9所示的裝置可以測量汽車在水平路面上做勻加速直線運動的加速度．該裝置是在矩形箱子的前、後壁上各安裝乙個由力敏電阻組成的壓力感測器．用兩根相同的輕彈簧夾著乙個質量為2.0 kg的滑塊，滑塊可無摩擦滑動，兩彈簧的另一端分別壓在感測器a、b上，其壓力大小可直接從感測器的液晶顯示屏上讀出．現將該裝置沿運動方向固定在汽車上，感測器b在前，感測器a在後，汽車靜止時，感測器a、b的示數均為10 n．(g取10 m/s2)
(1)若感測器a的示數為14 n、b的示數為6.0 n，求此時汽車的加速度大小和方向．
(2)當汽車以怎樣的加速度運動時，感測器a的示數恰好為零．
解析：(1)對滑塊進行受力分析如圖所示，依題意：
左側彈簧對滑塊的向右的推力
f1＝14 n
右側彈簧對滑塊的向左的推力
f2＝6.0 n
滑塊所受合力產生加速度a1，根據牛頓第二定律有：
f1－f2＝ma1
解得：a1＝＝m/s2＝4.0 m/s2
a1與f1同方向，即向前(向右)．
(2)感測器a的讀數恰為零，即左側彈簧的彈力f1′＝0.因兩彈簧相同，左彈簧伸長多少，右彈簧就縮短多少，所以右彈簧的彈力變為f2′＝20 n.
滑塊所受合力產生加速度a2，由牛頓第二定律得
f合＝f2′＝ma2
解得：a2＝＝－10 m/s2，負號表示方向向後(向左)．
答案：(1)4.0 m/s2，方向向右 (2)10 m/s2，方向向左
12．(15分)溫度感測器廣泛應用於室內空調、電冰箱和微波爐等家電產品中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化的特性工作的．如圖10甲所示，電源的電動勢e＝9.0 v，內電阻可忽略不計；g為靈敏電流錶，內阻rg保持不變；r為熱敏電阻，其電阻值與溫度的變化關係如圖10乙所示的r－t圖線表示，閉合開關，當r的溫度等於20℃時，電流表示數i1＝2 ma；當電流錶的示數i2＝3.6 ma時，熱敏電阻r的溫度是多少？
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