2018-2019學(xué)年高中物理 課時(shí)分層作業(yè)13 生活中的傳感器 簡(jiǎn)單的光控和溫控電路（選學(xué)）教科版選修3-2.doc

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課時(shí)分層作業(yè)(十三) 生活中的傳感器 簡(jiǎn)單的光控和溫控電路（選學(xué)） [基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練] (時(shí)間：15分鐘　分值：50分) 一、選擇題(本題共6小題，每小題6分，共36分) 1．傳感器的種類多種多樣，其性能也各不相同，空調(diào)機(jī)在室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定的溫度后，會(huì)自動(dòng)停止工作，空調(diào)機(jī)內(nèi)使用的傳感器是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：24622105】 A．生物傳感器　　　　　　 B．紅外傳感器 C．溫度傳感器 D．壓力傳感器 C　[空調(diào)機(jī)根據(jù)溫度調(diào)節(jié)工作狀態(tài)，所以內(nèi)部使用了溫度傳感器，故C正確．] 2．有這樣一只音樂(lè)茶杯，茶杯平放桌上時(shí)，無(wú)聲無(wú)息，提起茶杯，茶杯邊播放悅耳的音樂(lè)，邊閃爍著五彩的光芒．當(dāng)用書擋住底部時(shí)(不與底部接觸)，音樂(lè)停止，音樂(lè)茶杯中所用的元件屬于哪類傳感器(　　) A．超聲波傳感器 B．溫度傳感器 C．壓力傳感器 D．光電傳感器 D　[茶杯平放在桌上時(shí)和提起后用書擋住底部(不與底部接觸)時(shí)都沒(méi)有光照，說(shuō)明音樂(lè)茶杯中所用的傳感器與光照有關(guān)，而與壓力無(wú)關(guān)，所以音樂(lè)茶杯中所用的元件屬于光電傳感器，答案選D.] 3．(多選)如圖3313所示，用光敏電阻LDR和燈泡制成的一種簡(jiǎn)易水污染指示器，下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖3313 A．嚴(yán)重污染時(shí)，LDR是高電阻 B．輕度污染時(shí)，LDR是高電阻 C．無(wú)論污染程度如何，LDR的電阻不變，阻值大小由材料本身因素決定 D．該儀器的使用會(huì)因?yàn)榘滋旌屯砩鲜艿接绊? AD　[嚴(yán)重污染時(shí)，透過(guò)污水照到LDR上的光線較少，LDR電阻較大，A對(duì)，B錯(cuò)；LDR由半導(dǎo)體材料制成，受光照影響，電阻會(huì)發(fā)生變化，C錯(cuò)；白天和晚上自然光的強(qiáng)弱不同，或多或少會(huì)影響LDR的電阻，D對(duì)．] 4．(多選)全自動(dòng)洗衣機(jī)中的排水閥是由程序控制器控制其動(dòng)作的，當(dāng)進(jìn)行排水和脫水工序時(shí)，控制鐵芯1的線圈通電，使鐵芯2運(yùn)動(dòng)，從而牽引排水閥的閥門排除污水(如圖3314所示)．以下說(shuō)法中正確的是(　　) 圖3314 A．若輸入的控制電流由a流入，由b流出，則鐵芯2中A端為N極，B端為S極 B．若輸入的控制電流由a流入，由b流出，則鐵芯2中A端為S極，B端為N極 C．若a、b處輸入交變電流，鐵芯2不能被吸入線圈中 D．若a、b處輸入交變電流，鐵芯2仍能被吸入線圈中 AD　[鐵芯1被通電螺線管磁化后吸引鐵芯2從而牽引排水閥的閥門打開排除污水，無(wú)論a、b處輸入直流電還是交流電都是如此，故A、D正確，B、C錯(cuò)誤．] 5．如圖3315所示是自動(dòng)調(diào)溫式電熨斗，下列說(shuō)法不正確的是 (　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：24622106】 圖3315 A．常溫時(shí)上下觸點(diǎn)是接觸的 B．雙金屬片溫度升高時(shí)，上金屬片形變較大，雙金屬片將向下彎曲 C．原來(lái)溫度控制在80 ℃斷開電源，現(xiàn)要求60 ℃斷開電源，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些 D．由熨燙絲綢衣物狀態(tài)轉(zhuǎn)化為熨燙棉麻衣物狀態(tài)，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些 C　[常溫工作時(shí)，上下觸點(diǎn)是接通的，當(dāng)溫度升高時(shí)，上層金屬片形變大，向下彎曲，切斷電源，切斷溫度要升高則應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些，A、B、D對(duì)，C錯(cuò)．] 6．如圖3316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)出的光，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 (　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：24622107】 圖3316 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．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．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 C　[由火災(zāi)報(bào)警器的原理可知，發(fā)生火災(zāi)時(shí)煙霧進(jìn)入罩內(nèi)，使光發(fā)生散射，部分光線照到光電三極管上，電阻變小，與傳感器相連的電路檢測(cè)出這種變化，發(fā)出警報(bào)，C對(duì)．] 二、非選擇題(14分) 7.用如圖3317所示的裝置可以測(cè)量汽車在水平路面上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度．該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個(gè)由力敏電阻組成的壓力傳感器．用兩根相同的輕彈簧夾著一個(gè)質(zhì)量為2.0 kg的滑塊，滑塊可無(wú)摩擦滑動(dòng)．兩彈簧的另一端分別接在傳感器a、b上，其壓力大小可直接從傳感器的液晶顯示屏上讀出．現(xiàn)將裝置沿運(yùn)動(dòng)方向固定在汽車上，傳感器b在前，傳感器a在后．汽車靜止時(shí)，傳感器a、b的示數(shù)均為10 N．(取g＝10 m/s2) 圖3317 (1)若傳感器a的示數(shù)為14 N，b的示數(shù)為6.0 N，求此時(shí)汽車的加速度大小和方向． (2)當(dāng)汽車以怎樣的加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳感器a的示數(shù)為零？ 【解析】　 (1)如圖所示，依題意，左側(cè)彈簧對(duì)滑塊向右的推力F1＝14 N，右側(cè)彈簧對(duì)滑塊向左的推力F2＝6.0 N. 滑塊所受合力產(chǎn)生加速度a1，根據(jù)牛頓第二定律有F1－F2＝ma1，得a1＝＝ m/s2＝4.0 m/s2.a1與F1同方向，即向前(向右)． (2)a傳感器的讀數(shù)恰為零，即左側(cè)彈簧的彈力F1′＝0，因兩彈簧相同，左彈簧伸長(zhǎng)多少，右彈簧就縮短多少，所以右彈簧的彈力變?yōu)镕2′＝20 N，滑塊所受合力產(chǎn)生加速度，由牛頓第二定律得F合＝F2′＝ma2 解得a2＝＝－10 m/s2 負(fù)號(hào)表示方向向后(向左)． 【答案】　見解析 [能力提升練] (時(shí)間：25分鐘　分值：50分) 一、選擇題(本題共4小題，每小題6分，共24分) 1．(多選)如圖3318所示，電容式觸摸屏的構(gòu)造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜導(dǎo)體層，再在導(dǎo)體層外加上一塊保護(hù)玻璃，電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長(zhǎng)的電極，在導(dǎo)體層內(nèi)形成一個(gè)低電壓交流電場(chǎng)．在觸摸屏幕時(shí)，由于人體是導(dǎo)體，手指與內(nèi)部導(dǎo)體層間會(huì)形成一個(gè)特殊電容(耦合電容)，四邊電極發(fā)出的電流會(huì)流向觸點(diǎn)，而電流強(qiáng)弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏后的控制器便會(huì)計(jì)算電流的比例及強(qiáng)弱，準(zhǔn)確算出觸摸點(diǎn)的位置．由以上信息可知(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：24622108】 圖3318 A．電容式觸摸屏的兩極板分別是導(dǎo)體層和手指 B．當(dāng)用手觸摸屏幕時(shí)，手指與屏的接觸面積越大，電容越大 C．當(dāng)用手觸摸屏幕時(shí)，手指與屏的接觸面積越大，電容越小 D．如果用戴了絕緣手套的手觸摸屏幕，照樣能引起觸摸屏動(dòng)作 AB　[電容觸摸屏在原理上把人體當(dāng)成電容器元件的一個(gè)極板，把導(dǎo)體層當(dāng)成另一個(gè)極板，故A正確；手指與屏的接觸面積越大，即兩個(gè)極板的正對(duì)面積越大，故電容越大，B正確，C錯(cuò)誤；如果戴了絕緣手套或手持不導(dǎo)電的物體觸摸時(shí)沒(méi)有反應(yīng)，這是因?yàn)槭峙c導(dǎo)體層距離較大，不能引起導(dǎo)體層電場(chǎng)的變化，D錯(cuò)誤．] 2．(多選)如圖3319所示是家用電冰箱的壓縮啟動(dòng)裝置的電路．其中的運(yùn)行繞組是電冰箱在工作時(shí)電動(dòng)機(jī)定子，由于家用交流電是單相的，啟動(dòng)時(shí)必須依靠啟動(dòng)繞組的幫助才能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)．在啟動(dòng)繞組的支路中串聯(lián)有一個(gè)PTC元件．這是一種以鈦酸鋇為主要材料的熱敏電阻器，電流流過(guò)PTC元件，元件發(fā)熱，它的電阻率隨溫度升高而發(fā)生顯著變化，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)正常以后，PTC元件溫度較高，電阻很大，啟動(dòng)繞組電流很小，以下判斷正確的是(　　) 圖3319 A．電冰箱的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)比正常工作時(shí)耗電少 B．電冰箱的電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)比啟動(dòng)時(shí)耗電少 C．電冰箱啟動(dòng)后，啟動(dòng)繞組功率不變，運(yùn)行繞組功率是變化的 D．電冰箱啟動(dòng)后，啟動(dòng)繞組功率是變化的，運(yùn)行繞組功率不變 BD　[啟動(dòng)時(shí)，由于PTC元件溫度低，電阻小，故耗電多，故A錯(cuò)誤，B正確；啟動(dòng)后，隨著PTC元件的溫度升高，元件本身電阻增大，通過(guò)啟動(dòng)繞組的電流減小，故啟動(dòng)繞組的功率是變化的，而運(yùn)行繞組電壓不變，故功率不變，故C錯(cuò)誤，D正確．] 3．如圖3320為一種溫度自動(dòng)報(bào)警器的原理圖，在水銀溫度計(jì)的頂端封入一段金屬絲，以下說(shuō)法正確的是(　　) 圖3320 A．溫度升高至74 ℃時(shí)，L1亮燈報(bào)警 B．溫度升高至74 ℃時(shí)，L2亮燈報(bào)警 C．溫度升高至78 ℃時(shí)，L1亮燈報(bào)警 D．溫度升高至78 ℃時(shí)，L2亮燈報(bào)警 D　[當(dāng)溫度低于78 ℃時(shí)，線圈中沒(méi)有電流，此時(shí)僅燈L1亮；當(dāng)溫度升高到78 ℃時(shí)，線圈中有電流，磁鐵吸引銜鐵，燈L2被接通，所以燈L2亮報(bào)警；溫度升高至74 ℃時(shí)，線圈中沒(méi)有電流，只是燈L1亮．A、B、C均錯(cuò)誤，D正確．] 4．某種位移傳感器的工作原理如圖3321(a)所示，物體M在導(dǎo)軌上平移時(shí)，帶動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片P一起平移，通過(guò)理想電壓表的示數(shù)來(lái)反映物體M的位移x.已知電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻不計(jì)，滑動(dòng)變阻器的總長(zhǎng)為L(zhǎng)，物體M以O(shè)為平衡位置做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)(取向右為正方向)，振幅為，物體經(jīng)過(guò)O時(shí)P恰好位于滑動(dòng)變阻器的中點(diǎn)．若電壓表的示數(shù)U隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖3321(b)所示，則在圖示0～t1時(shí)間內(nèi)，下列說(shuō)法正確的是 (　　) (a)　　　　　　　　　　(b) 圖3321 A．物體M的速度為正方向且不斷增大 B．物體M的速度為負(fù)方向且不斷減小 C．物體M的加速度為正方向且不斷增大 D．物體M的加速度為負(fù)方向且不斷減小 A　[由0～t1時(shí)間內(nèi)，電壓表的示數(shù)U隨時(shí)間t的變化關(guān)系可知，物體M的速度為正方向且不斷增大，加速度為正方向且不斷減小，選項(xiàng)A正確．] 二、非選擇題(本題共2小題，共26分) 5．(10分)如圖3322所示是熱水器的恒溫集成電路，R0是熱敏電阻，溫度較低時(shí)其阻值很大，溫度較高時(shí)阻值很?。绻麩崴髦袥](méi)有水或水溫較高時(shí)，繼電器會(huì)放開簧片，發(fā)熱器斷路，反之會(huì)吸住簧片接通發(fā)熱器．如果熱水器中沒(méi)有水時(shí)，電路中BC部分就處于________(選填“斷路”或“短路”)狀態(tài)，則在電路圖的虛線框內(nèi)的門電路應(yīng)是________門，當(dāng)溫度較低時(shí)，門電路的輸入端A是________(選填“高”或“低”)電勢(shì)． 圖3322 【解析】　熱水器中沒(méi)有水，BC部分相當(dāng)于斷路．熱水器中沒(méi)有水或水溫較高時(shí)，繼電器都能使發(fā)熱器斷路，故可判斷虛線框內(nèi)應(yīng)是“與”門，當(dāng)溫度較低時(shí)，R0阻值較大，故門電路輸入端A是高電勢(shì)． 【答案】　斷路　與　高 6．(16分)為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場(chǎng)所使用光控開關(guān)控制照明系統(tǒng)．光控開關(guān)可采用光敏電阻來(lái)控制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生變化的元件(照度可以反映光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)照度越大，照度單位為lx)．某光敏電阻RP在不同照度下的阻值如下表： 照度(lx) 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 電阻(kΩ) 75 40 28 23 20 18 (1)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，請(qǐng)?jiān)趫D3323中的坐標(biāo)系中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說(shuō)明阻值隨照度變化的特點(diǎn)． 圖3323　　　　　　　　　　圖3324 (2)如圖3324所示，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2 V時(shí)，控制開關(guān)自動(dòng)啟動(dòng)照明系統(tǒng)．請(qǐng)利用下列器材設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單電路，給1、2兩端提供電壓，要求當(dāng)天色漸暗照度降低至1.0 lx時(shí)啟動(dòng)照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖．(不考慮控制開關(guān)對(duì)所設(shè)計(jì)電路的影響) 提供的器材如下： 光敏電阻RP(符號(hào)，阻值見上表)； 直流電源E(電動(dòng)勢(shì)3 V，內(nèi)阻不計(jì))； 定值電阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限選其中之一并在圖中標(biāo)出)； 開關(guān)S及導(dǎo)線若干． 【解析】　(1)如圖甲所示，光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大非線性減?。? 甲　　　　　　　　　　　乙 (2)電路原理圖如圖乙所示，根據(jù)串聯(lián)電阻的正比分壓關(guān)系，E＝3 V，當(dāng)照度降低至1.0 lx時(shí)，由圖線知，此時(shí)光敏電阻RP＝20 kΩ，URP＝2 V，串聯(lián)電阻分壓UR＝1 V，由＝＝2得R＝＝10 kΩ，故選定值電阻R1. 【答案】　見解析