2019-2020年高中物理第三章傳感器第34節(jié)生活中的傳感器簡單的光控和溫控電路選學(xué)教學(xué)案教科版選修3.doc

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2019-2020年高中物理第三章傳感器第34節(jié)生活中的傳感器簡單的光控和溫控電路選學(xué)教學(xué)案教科版選修3 一、生活中的傳感器 1．洗衣機中的傳感器 全自動洗衣機已經(jīng)實現(xiàn)了利用傳感器和電腦技術(shù)對洗滌全過程進行檢測和控制。近年來的模糊洗衣機中的傳感器大致有：水位傳感器、負載量傳感器、水溫傳感器、布質(zhì)傳感器、洗滌粉傳感器、臟污程度傳感器、脫水(壓電)傳感器。 2．電冰箱中的傳感器 電冰箱主要由制冷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)兩大部分組成?？刂葡到y(tǒng)主要包括：溫度自動控制、除霜溫度控制、過熱及過電流保護等。 3．家用報警器 (1)居家生活中，煤氣泄漏會危及人身安全，需要加以防范。我們可以利用氣敏元件制作有害氣體報警器和可燃氣體報警器。 (2)有一種敲擊防盜報警器，它利用壓電式傳感器對門窗玻璃損毀產(chǎn)生反應(yīng)，形成對報警裝置的啟動。還有一種沖擊防盜報警器，由沖擊傳感器和執(zhí)行電路兩部分組成。 4．傳感器與人的感官 (1)光傳感器和由它制成的錄像頭和監(jiān)控探頭，可以類比人的眼睛。 (2)對有毒有害氣體進行監(jiān)控的化學(xué)和生物傳感器，相當于人的鼻和舌等嗅覺、味覺器官。 (3)力學(xué)和振動傳感器，以及溫度傳感器可以認為相當于人類的觸覺器官，如手、足、皮膚等。 (4)聲傳感器不妨認為是機器的耳朵。 二、簡單的光控和溫控電路 1．光控自動照明電路 (1)電路原理圖 圖331 (2)功能 利用光敏電阻作控制元件從而通過光線來實現(xiàn)自動控制，使電路在天亮?xí)r自動切斷，天黑時自動導(dǎo)通。 (3)調(diào)試 將光敏電阻用黑紙包住使它不被光照亮，如果發(fā)光二極管不亮，則調(diào)節(jié)電位器R1，直到發(fā)光二極管發(fā)光為止。然后將包裹光敏電阻的黑紙打開，看它是否熄滅，如果此時發(fā)光二極管不熄滅，則再調(diào)節(jié)電位器。反復(fù)使光敏電阻遮光或見光，直到可以實現(xiàn)發(fā)光二極管在光敏電阻有光照時熄滅，無光照時發(fā)光為止。此時發(fā)光二極管就相當于一個由環(huán)境明暗變化而自動控制的燈。 2．溫控電熨斗 (1)電路原理圖 圖332 (2)功能 利用熱敏電阻作控制元件，從而使電熨斗的溫度在低于指定值時，電熱器供電加熱，否則將電源關(guān)閉。 (3)調(diào)試 室溫下，如果發(fā)光二極管不亮，則調(diào)節(jié)電位器R1，直到發(fā)光二極管發(fā)光為止。然后將電烤燈通電并靠近熱敏電阻加熱，看它是否熄滅，如果此時發(fā)光二極管不熄滅，則再調(diào)節(jié)電位器。反復(fù)將電烤燈靠近或遠離熱敏電阻，直到可以實現(xiàn)發(fā)光二極管在熱敏電阻溫度升高時熄滅，正常室溫時發(fā)光為止。 1．自主思考——判一判 (1)通常的傳感器可以直接用來進行自動控制。() (2)傳感器可以用來采集信息。(√) (3)傳感器可以將感受到的一些信號轉(zhuǎn)換為電學(xué)量。(√) (4)洗衣機的脫水傳感器是根據(jù)溫度變化控制脫水動作的。() (5)電冰箱是利用溫度傳感器自動控溫的。(√) 2．合作探究——議一議 (1)家庭中電視機、空調(diào)等的遙控器應(yīng)用了什么傳感器？ 提示：紅外線遙控傳感器。 (2)夜晚，樓梯上漆黑一片，但隨著我們的腳步聲響，樓梯的燈亮了；我們登上一層樓，燈光照亮一層樓，而身后的燈則依次熄滅，這種樓梯燈控制裝置好像能“聽到”我們的到來，開燈迎接；又好像能“看見”我們的離去，關(guān)燈節(jié)能。這種“人性化”的功能是靠什么實現(xiàn)的呢？ 提示：靠電路中安裝的一種能將聲、光信號轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的傳感器——聲光控延時開關(guān)實現(xiàn)的。 (3)電熨斗在達到設(shè)定的溫度后就不再升溫，當溫度降低時又會繼續(xù)加熱，使它總與設(shè)定的溫度相差不多。你知道電熨斗是靠什么來自動控制溫度的嗎？ 圖333 提示：利用雙金屬片溫度傳感器來控制電路的通斷。 力傳感器的應(yīng)用 1．傳感器問題的分析思路 物理傳感器是將所感受的物理量(如力、熱、光等)轉(zhuǎn)換為便于測量的電學(xué)量的器件。我們可以把傳感器的應(yīng)用過程分為三個步驟： ?? 2．分析傳感器問題的四點注意 感受量 分析 要明確傳感器所感受的物理量，如力、熱、光、磁、聲等 輸出信號分析 明確傳感器的敏感元件，分析它的輸入信號及輸出信號，以及輸入信號與輸出信號間的變化規(guī)律 電路結(jié)構(gòu)分析 認真分析傳感器所在的電路結(jié)構(gòu)，在熟悉常用電子元件工作特點的基礎(chǔ)上，分析電路輸出信號與輸入信號間的規(guī)律 執(zhí)行機構(gòu)工作分析 傳感器的應(yīng)用，不僅包含非電學(xué)量如何向電學(xué)量轉(zhuǎn)化的過程，還包含根據(jù)所獲得的信息控制執(zhí)行機構(gòu)進行工作的過程 [典例]　 (多選)壓敏電阻的阻值會隨所受壓力的增大而減小。某位同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計了判斷電梯運動狀態(tài)的裝置，其裝置示意圖如圖334所示，將壓敏電阻平放在電梯內(nèi)，受壓面朝上，在上面放一物體m，電梯靜止時電流表示數(shù)為I0，電梯在不同的運動過程中，電流表的示數(shù)分別如圖335甲、乙、丙、丁所示，下列判斷中正確的是(　　) 圖334 圖335 A．甲圖表示電梯一定處于靜止狀態(tài) B．乙圖表示電梯可能做勻加速上升運動 C．丙圖表示電梯可能做勻加速上升運動 D．丁圖表示電梯可能做變減速下降運動 [思路點撥]　 解答本題時應(yīng)注意以下兩點： (1)電流表示數(shù)與物體對壓敏電阻的壓力大小的關(guān)系。 (2)根據(jù)It圖像只能分析電梯加速度的大小和方向，無法確定電梯速度的方向。 [解析]　根據(jù)歐姆定律可知電流表示數(shù)為I＝，而R的阻值又取決于其與受壓面的壓力，即取決于運動狀態(tài)。若為甲圖，電流恒定且等于電梯靜止時電流表示數(shù)I0，故可判斷此時電梯處于平衡狀態(tài)，即有可能靜止，也有可能做勻速直線運動，故A錯；若電梯做勻加速上升運動，物體所受支持力恒定，壓敏電阻阻值恒定，故電流恒定，且大于I0，故B錯，C對；根據(jù)牛頓第二定律可知物體加速度a＝，若a恒定，則N恒定，R恒定，電流恒定，若a變化→N變化→R變化→電流I變化，故D正確。 [答案]　CD 力傳感器感受到力的信息(如大小、方向是否變化等)后將其轉(zhuǎn)化為電壓、電流、電阻等電學(xué)量，所以這類問題要用到力學(xué)知識(牛頓定律、運動學(xué)公式等)和電學(xué)知識(歐姆定律、電阻定律等)綜合解決?！　　　? 1．壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有位同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計了判斷小車運動狀態(tài)的裝置，其工作原理如圖336(a)所示，將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上，中間放置一個絕緣重球。小車向右做直線運動過程中，電流表示數(shù)如圖(b)所示，下列判斷正確的是(　　) 圖336 A．從t1到t2時間內(nèi)，小車做勻速直線運動 B．從t1到t2時間內(nèi)，小車做勻加速直線運動 C．從t2到t3時間內(nèi)，小車做勻速直線運動 D．從t2到t3時間內(nèi)，小車做勻加速直線運動 解析：選D　由題意知，壓敏電阻中的電流隨所受壓力而變化，壓力不變時，電流一定，壓力變化時，電流變化，由牛頓第三定律，壓敏電阻對重球也產(chǎn)生大小相同的壓力。由題圖(b)可知，在t2～t3時間內(nèi)電流不變，表示壓力不變，小車做勻加速運動，在t1～t2時間內(nèi)電流增大，壓力增大，小車做加速度增大的運動，故A、B、C均錯誤，D正確。 2.用如圖337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、后壁上各安裝一個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質(zhì)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)將裝置沿運動方向固定在汽車上，傳感器b在前，傳感器a在后。汽車靜止時，傳感器a、b的示數(shù)均為10 N(取g＝10 m/s2)。 圖337 (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，傳感器a的示數(shù)為零？ 解析：(1)如圖所示，依題意，左側(cè)彈簧對滑塊向右的推力F1＝14 N，右側(cè)彈簧對滑塊向左的推力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。 負號表示方向向后(向左)。 答案：見解析 簡單的光控電路設(shè)計 [典例]　為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所使用光控開關(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弱，光越強照度越大，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)，請在圖338中的坐標系中描繪出阻值隨照度變化的曲線，并說明阻值隨照度變化的特點。 　　　圖338　　　　　 　　　圖339 (2)如圖339所示，當1、2兩端所加電壓上升至2 V時，控制開關(guān)自動啟動照明系統(tǒng)。請利用下列器材設(shè)計一個簡單電路，給1、2兩端提供電壓，要求當天色漸暗照度降低至1.0 lx時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖。(不考慮控制開關(guān)對所設(shè)計電路的影響) 提供的器材如下： 光敏電阻RP(符號，阻值見上表)； 直流電源E(電動勢3 V，內(nèi)阻不計)； 定值電阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限選其中之一并在圖中標出)； 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度的增大非線性減小。 (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，當照度降低至1.0 lx時，由圖線知，此時光敏電阻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 求解傳感器控制電路類問題的一般思路 (1)首先明確控制電路的工作原理； (2)然后分清所應(yīng)用的傳感器及其特性； (3)最后結(jié)合電路知識完成設(shè)計?！　　　? 1．光電管在各種自動化裝置中有很多應(yīng)用，街道的路燈自動控制開關(guān)就是其應(yīng)用之一，如圖3310所示為其模擬電路，其中A為光電管，B為電磁繼電器，C為照明電路，D為路燈。試簡述其工作原理。 圖3310 解析：開關(guān)合上后，白天，光電管在可見光照射下有電子逸出，從光電管陰極逸出的電子被加速到達陽極，使電路接通，電磁鐵中的強電流將銜鐵吸下，照明電路斷開，燈泡不亮；夜晚，光電管無電子逸出，電路斷開，彈簧將銜鐵拉上，照明電路接通，這樣就達到日出路燈熄，日落路燈亮的效果。 答案：見解析 2.在城市街道的路燈用光敏電阻作為傳感器控制路燈電路的開關(guān)，實現(xiàn)自動控制。光敏電阻的阻值隨照射光的強弱而變化，作為簡化模型，可以近似認為，照射光較強(如白天)時電阻幾乎為0；照射光較弱(如黑天)時電阻接近于無窮大。利用光敏電阻作為傳感器，借助電磁開關(guān)，可以實現(xiàn)路燈自動在白天關(guān)閉，黑天打開。電磁開關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3311所示。1、2兩接線柱之間是勵磁線圈，3、4兩接線柱分別與彈簧片和觸點連接。當勵磁線圈中電流大于50 mA時，電磁鐵吸合鐵片，彈簧片和觸點分離，3、4斷開；電流小于50 mA時，3、4接通。勵磁線圈中允許通過的最大電流為100 mA。 圖3311 (1)利用以下器材設(shè)計一個自動控制路燈的電路，畫出電路原理圖。 光敏電阻R1，符號 燈泡L，額定功率40 W，額定電壓36 V，符號 保護電阻R2，符號 電磁開關(guān)，符號 蓄電池E，電壓36 V，內(nèi)阻很小；開關(guān)S，導(dǎo)線若干。 (2)回答下列問題： ①如果勵磁線圈的電阻為200 Ω，勵磁線圈允許加的最大電壓為______V，保護電阻R2的阻值范圍是________Ω。 ②在有些應(yīng)用電磁開關(guān)的場合，為了安全，往往需要在電磁鐵吸合鐵片時，接線柱3、4之間從斷開變?yōu)榻油?。為此，電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)如何改造？請結(jié)合本題中電磁開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖說明。 解析：(1)電路原理如圖所示。 (2)①由題意知，最大電流Im＝100 mA，則 Um＝ImR＝10010－3200 V＝20 V 又E＝I(R2＋R) 因50 mA＜I≤100 mA 代入數(shù)據(jù)解得160 Ω≤R2<520 Ω。 ②把觸點從彈簧片右側(cè)移到彈簧片左側(cè)，保證當磁鐵吸合鐵片時，3、4之間接通；不吸合時，3、4之間斷開。 答案：(1)見解析　(2)①20　160～520?、谝娊馕? 溫控電路的設(shè)計與應(yīng)用 [典例]　如圖3312所示，圖甲為熱敏電阻的Rt圖像，圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器組成的一個簡單恒溫箱溫控電路，繼電器的電阻為100 Ω。當線圈的電流大于或等于20 mA時，繼電器的銜鐵被吸合。為繼電器線圈供電的電池的電動勢E＝9.0 V，內(nèi)阻可以不計。圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源。則 圖3312 (1)應(yīng)該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在________(填“A、B端”或“C、D端”)。 (2)如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持50 ℃，可變電阻R′的阻值應(yīng)調(diào)節(jié)為________Ω。 [思路點撥]　解答此題應(yīng)注意以下兩點： (1)繼電器的工作原理。 (2)恒溫箱內(nèi)的溫度與電流的關(guān)系。 [解析]　(1)恒溫箱內(nèi)的加熱器應(yīng)接在A、B端。當線圈中的電流較小時，繼電器的銜鐵在上方，恒溫箱的加熱器處于工作狀態(tài)，恒溫箱內(nèi)溫度升高。 (2)隨著恒溫箱內(nèi)溫度升高，熱敏電阻R的阻值變小，則線圈中的電流變大，當線圈中的電流大于或等于20 mA時，繼電器的銜鐵被吸到下方來，則恒溫箱加熱器與電源斷開，加熱器停止工作，恒溫箱內(nèi)溫度降低。 隨著恒溫箱內(nèi)溫度降低，熱敏電阻R的阻值變大，則線圈中的電流變小，當線圈的電流小于20 mA時，繼電器的銜鐵又被釋放到上方，則恒溫箱加熱器又開始工作，這樣就可以使恒溫箱內(nèi)保持在某一溫度。 要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持50 ℃，即50 ℃時線圈內(nèi)的電流為20 mA。由閉合電路歐姆定律I＝，r為繼電器的電阻。由圖甲可知，50 ℃時熱敏電阻的阻值為90 Ω，所以R′＝－R－r＝260 Ω。 [答案]　(1)A、B端　(2)260 (1)分析工作原理時，要理解兩個電路的連接情況，即明確控制電路和工作電路。 (2)明確溫度傳感器的原理，因溫度變化，阻值變化，所以要注意結(jié)合閉合電路歐姆定律進行處理?！　　　? 1．如圖3313甲所示為在溫度為10 ℃左右的環(huán)境中工作的某自動恒溫箱原理簡圖，箱內(nèi)的電阻R1＝20 kΩ、R2＝10 kΩ、R3＝40 kΩ，RT為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示，a、b端電壓Uab≤0時，電壓鑒別器會令開關(guān)S接觸，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度升高；當a、b端電壓Uab>0時，電壓鑒別器會令開關(guān)S斷開，停止加熱，則恒溫箱內(nèi)的溫度可保持在(　　) 圖3313 A．10 ℃　　　　　　　　　 　B．20 ℃ C．30 ℃ D．45 ℃ 解析：選C　由題可知Uab＝0是一個電壓的臨界點，對應(yīng)著開關(guān)S的動作，而開關(guān)的動作對應(yīng)著溫度的上升或下降。由電路圖可知，在R1、R2、R3給定的條件下，熱敏電阻RT的阻值決定了Uab的正負。設(shè)電源負極的電勢為零，則φa＝U，φb＝U，其中U為電源的路端電壓，令φa＝φb，即Uab＝0，則可得＝，代入數(shù)據(jù)得RT＝20 kΩ，由題圖乙得對應(yīng)的溫度為30 ℃，C正確。 2．現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，要求當熱敏電阻的溫度達到或超過60 ℃時，系統(tǒng)報警。提供的器材有：熱敏電阻，報警器(內(nèi)阻很小，流過的電流超過Ic時就會報警)，電阻箱(最大阻值為999.9 Ω)，直流電源(輸出電壓為U，內(nèi)阻不計)，滑動變阻器R1(最大阻值為1 000 Ω)，滑動變阻器R2(最大阻值為2 000 Ω)，單刀雙擲開關(guān)一個，導(dǎo)線若干。 在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。已知U約為18 V，Ic約為10 mA；流過報警器的電流超過20 mA時，報警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60 ℃時阻值為650.0 Ω。 (1)完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。 圖3314 (2)電路中應(yīng)選用滑動變阻器________(填“R1”或“R2”)。 (3)按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng)： ①電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實驗要求，這一阻值為________Ω；滑動變阻器的滑片應(yīng)置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是________________________________________________________________________。 ②將開關(guān)向________(填“c”或“d”)端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至________________________________________________________________________。 (4)保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使用。 解析：(1)電路圖連接如圖。 (2)報警器開始報警時，對整個回路有 U＝Ic(R滑＋R熱) 代入數(shù)據(jù)可得R滑＝1 150.0 Ω，因此滑動變阻器應(yīng)選擇R2。 (3)①在調(diào)節(jié)過程中，電阻箱起到等效替代熱敏電阻的作用，電阻箱的阻值應(yīng)為報警器報警時熱敏電阻的阻值，即為650.0 Ω?；瑒幼冏杵髟陔娐分袨橄蘖鹘臃?，滑片應(yīng)置于b端附近，若置于另一端a時，閉合開關(guān)，則電路中的電流I＝ A≈27.7 mA，超過報警器最大電流20 mA，報警器可能損壞。②開關(guān)應(yīng)先向c端閉合，移動滑動變阻器的滑片，直至報警器開始報警為止。 答案：(1)連線如解析圖所示?！?2)R2　(3)①650.0　b　接通電源后，流過報警器的電流會超過20 mA，報警器可能損壞?、赾　報警器開始報警 1．用遙控器調(diào)換電視機頻道的過程，實際上就是傳感器把光信號轉(zhuǎn)換為電信號的過程，下列屬于這類傳感器的是(　　) A．紅外報警裝置 B．走廊照明燈的聲控開關(guān) C．自動洗衣機中的壓力傳感裝置 D．電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器 解析：選A　電視遙控器和紅外報警裝置工作時都是將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，則A選項正確；而B選項是將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號，C選項是感知壓力來傳遞信息，D選項是通過溫度來控制電路。 2．(多選)如圖1所示是自動調(diào)溫式電熨斗，下列說法正確的是(　　) 圖1 A．常溫時上下觸點是接觸的 B．雙金屬片溫度升高時，上金屬片形變較大，雙金屬片將向下彎曲 C．原來溫度控制在80 ℃斷開電源，現(xiàn)要求60 ℃斷開電源，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下調(diào)一些 D．由熨燙絲綢衣物狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殪贍C棉麻衣物狀態(tài)，應(yīng)使調(diào)溫旋鈕下移一些 解析：選ABD　常溫工作時，上下觸點是接通的，當溫度升高時，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，C錯。 3．(多選)全自動洗衣機中的排水閥是由程序控制器控制其動作的，當進行排水的程序時，控制鐵芯1的線圈通電，使鐵芯2運動，從而牽引排水閥的閥門排除污水(如圖2所示)。以下說法中正確的是(　　) 圖2 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，則鐵芯2不能被吸入線圈中 D．若a、b處輸入交變電流，則鐵芯2仍能被吸入線圈中 解析：選AD　若輸入的控制電流由a流入，由b流出，則螺線管左端為N極，右端為S極；鐵芯被通電螺線管磁化，A端為N極，B端為S極。 4．如圖3所示為一種溫度自動報警器的原理圖，在水銀溫度計的頂端封入一段金屬絲，以下說法正確的是(　　) 圖3 A．溫度升高至74 ℃時，L1亮燈報警 B．溫度升高至74 ℃時，L2亮燈報警 C．溫度升高至78 ℃時，L1亮燈報警 D．溫度升高至78 ℃時，L2亮燈報警 解析：選D　當溫度低于78 ℃時，線圈中沒有電流，此時僅燈L1亮；當溫度升高到78 ℃時，線圈中有電流，磁鐵吸引銜鐵，燈L2被接通，所以燈L2亮報警；溫度升高至74 ℃時，線圈中沒有電流，只是燈L1亮。 5．計算機鍵盤是由兩片金屬切片組成的小電容器。該電容器的電容可用公式C＝ε計算，式中ε＝910－12 F/m，S為金屬片的正對面積，d表示兩金屬片間距。當鍵被按下時，此電容器的電容發(fā)生變化，與之相連的電子線路就能檢測出哪個鍵被按下了，從而給出相應(yīng)的信號。設(shè)每個金屬片的正對面積為50 mm2，鍵未按下時的金屬片間距為0.6 mm。如果電容變化了0.25 pF，電子線路恰能檢測出必要的信號，則鍵至少需要被按下(　　) A．0.15 mm　　　　　　 　B．0.25 mm C．0.35 mm D．0.45 mm 解析：選A　根據(jù)題意d1＝0.6 mm＝0.610－3 m， C1＝ε＝7.510－13 F。按下金屬片，間距變小，電容變大，變?yōu)椋? C2＝(C1＋0.2510－12)F＝110－12 F， 根據(jù)公式C2＝ε得， d2＝＝0.4510－3 m， Δd＝d1－d2＝0.1510－3 m。 6．小強用恒溫箱進行實驗時，發(fā)現(xiàn)恒溫箱的溫度持續(xù)升高，無法自動控制。經(jīng)檢查，恒溫箱的控制器沒有故障。參照圖4，下列對故障判斷正確的是(　　) 圖4 A．只可能是熱敏電阻出現(xiàn)故障 B．只可能是溫度設(shè)定裝置出現(xiàn)故障 C．熱敏電阻和溫度設(shè)定裝置都可能出現(xiàn)故障 D．可能是加熱器出現(xiàn)故障 解析：選C　恒溫箱內(nèi)溫度持續(xù)升高，說明加熱器沒有損壞，選項D錯誤。無法自動控制，而經(jīng)檢查控制器又沒有故障，說明控制器沒問題。熱敏電阻或溫度設(shè)定裝置出現(xiàn)故障都能使溫度持續(xù)升高，故應(yīng)選C。 7.慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于彈道式導(dǎo)彈工程中，這個系統(tǒng)的重要元件之一是加速度計。加速度計構(gòu)造原理示意圖如圖5所示，沿導(dǎo)彈長度方向安裝的固定光滑桿上套有一質(zhì)量為m的滑塊，滑塊兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連；兩彈簧的另一端與固定壁相連?；瑝K原來靜止，彈簧處于自然長度，滑塊上有指針可通過標尺測出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進行制導(dǎo)。設(shè)某段時間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運動，指針向左偏離O點的距離為s，則這段時間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度(　　) 圖5 A．方向向左，大小為 B．方向向右，大小為 C．方向向左，大小為 D．方向向右，大小為 解析：選D　當指針向左偏離O點的距離為s時，與滑塊相連的左邊彈簧被壓縮s，右邊彈簧被拉伸s，因而彈簧對滑塊的彈力的大小均為ks，且方向均水平向右，即滑塊受到的合力大小為2ks，方向水平向右。由牛頓第二定律可知選項D正確。 8．某種位移傳感器的工作原理如圖6(a)所示，物體M在導(dǎo)軌上平移時，帶動滑動變阻器的滑片P一起平移，通過理想電壓表的示數(shù)來反映物體M的位移x。已知電源電動勢為E，內(nèi)阻不計，滑動變阻器的總長為L，物體M以O(shè)為平衡位置做簡諧運動(取向右為正方向)，振幅為，物體經(jīng)過O時P恰好位于滑動變阻器的中點。若電壓表的示數(shù)U隨時間t的變化關(guān)系如圖(b)所示，則在圖示0～t1時間內(nèi)，下列說法正確的是(　　) 圖6 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的加速度為負方向且不斷減小 解析：選A　由0～t1時間內(nèi)，電壓表的示數(shù)U隨時間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A正確。 9.在輸液時，藥液有時會從針口流出體外，為了及時發(fā)現(xiàn)，設(shè)計了一種報警裝置，電路如圖7所示。M是貼在針口處的傳感器，接觸到藥液時其電阻RM發(fā)生變化，導(dǎo)致S兩端電壓U增大，裝置發(fā)出警報，此時(　　) 圖7 A．RM變大，且R越大，U增大越明顯 B．RM變大，且R越小，U增大越明顯 C．RM變小，且R越大，U增大越明顯 D．RM變小，且R越小，U增大越明顯 解析：選C　此裝置電路中M與R并聯(lián)后再與S串聯(lián)。忽略電源內(nèi)阻，根據(jù)歐姆定律得I＝，S兩端的電壓U＝IRS增大，則電流I增大，故R并減小，所以并聯(lián)支路的總電阻減小，RM必減小，故選項A、B錯誤。由于＝＋，即R并＝＝，當R遠大于RM時，→0，則R并≈RM，此時認為RM變化了多少，R并就變化了多少，且R越大，RM的變化對U的變化影響就越明顯，故選項C正確，D錯誤。 10．如圖8所示，實線是某同學(xué)利用力傳感器懸掛一鉤碼在豎直方向運動時，數(shù)據(jù)采集器記錄下的力傳感器中拉力的大小變化情況。從圖中可知道該鉤碼的重力約為________N，A、B、C、D四段圖線中鉤碼處于超重狀態(tài)的為________，處于失重狀態(tài)的為________。 圖8 解析：當拉力的大小不變時，力傳感器懸掛的鉤碼在豎直方向是勻速運動，此時力傳感器的讀數(shù)大小等于鉤碼的重力，約10 N。當力傳感器讀數(shù)大于重力時，鉤碼處于超重狀態(tài)，即A、D狀態(tài)。當力傳感器讀數(shù)小于重力時，鉤碼處于失重狀態(tài)，即B、C狀態(tài)。 答案：10　A、D　B、C 11.有一種測量壓力的電子秤，其原理圖如圖9所示。E是內(nèi)阻不計、電動勢為6 V的電源。R0是一個阻值為300 Ω的限流電阻。G是由理想電流表改裝成的指針式測力顯示器。R是一個壓敏電阻，其阻值可隨壓力大小變化而改變，其關(guān)系如下表所示。C是一個用來保護顯示器的電容器。秤臺的重力忽略不計。試分析。 圖9 壓力F/N 0 50 100 150 200 250 300 … 電阻R/Ω 300 280 260 240 220 200 180 … (1)利用表中的數(shù)據(jù)寫出電阻R隨壓力F變化的函數(shù)式。 (2)若電容器的耐壓值為5 V，該電子秤的最大稱量值為多少？ (3)如果把電流表中電流的刻度變換成壓力刻度，則該測力顯示器的刻度是否均勻？ 解析：(1)由表中數(shù)據(jù)可知 k＝＝＝0.4 Ω/N。 所以電阻R隨壓力F變化的函數(shù)表達式為 R＝(300－0.4F)Ω。 (2)R上受到的壓力越大，R的阻值越小，電容器兩端電壓越大，但不能超過5 V，所以＝，解得R＝60 Ω， 又因為R＝(300－0.4 F)Ω， 得出F＝600 N。 (3)電流表中的電流 I＝＝， 電流I與壓力F不是線性關(guān)系，則該測力顯示器的刻度不均勻。 答案：(1)R＝(300－0.4 F)Ω (2)600 N　(3)不均勻 12．如圖10所示是一種自動測定油箱內(nèi)油面高度的裝置。其中R是滑動變阻器，阻值范圍是0～100 Ω，它的金屬滑片是杠桿的一端，油量表是由量程為0～0.6 A的電流表改裝而成，從指針所指的刻度可知油箱內(nèi)油面的高度；R′為校準電阻。已知電源電壓為12 V，油箱空和油箱滿時金屬滑片恰分別在滑動變阻器的兩端點a、b處。 　　　　 圖10　　　　　　　　　　圖11 (1)當油箱滿時，電流表示數(shù)恰好為滿偏刻度0.6 A，求校準電阻R′的阻值和油箱空時電流表的示數(shù)。 (2)若將電流表改換為電壓表，用電壓表指針指示的刻度顯示油箱內(nèi)油面的高度，要求油面上升時電壓表的讀數(shù)增大，請將電壓表○畫在圖11中，并標明電壓表的“＋”、“－”接線柱。若改裝后電路中校準電阻的阻值不變，求電壓表示數(shù)的變化范圍。 解析：(1)油箱滿時，金屬滑片在b處，滑動變阻器連入電路的電阻為零，電流表示數(shù)恰好為滿偏刻度0.6 A，則 R′＝＝＝20 Ω 油箱空時，金屬滑片在a處，滑動變阻器連入電路的電阻R＝100 Ω，則電流表的示數(shù)為I1＝＝＝0.1 A。 (2)為符合油面上升時電壓表讀數(shù)增大的要求，應(yīng)使電壓表與校準電阻R′并聯(lián)，電壓表示數(shù)變化的范圍由金屬滑片在a、b兩處時校準電阻R′兩端的電壓決定。如圖所示。 金屬滑片在a處時U1＝＝2 V，金屬滑片在b處時U2＝12 V，故電壓表示數(shù)的變化范圍為2～12 V。 答案：(1)20 Ω　0.1 A　(2)圖見解析　2～12 V