6.3 实验：传感器的应用·2012物理人教版选修3-2-特训班

3 实验：传感器的应用知能要点提炼课标考题表现对应题号关注会解释传感器的应用原理，并在具体问题中优选合适的传感器。2010北京卷计算2009宁夏卷实验 2009山东卷实验1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15飞跃，这里是最好的起点1如图所示为一个逻辑电平检测电路，A与被测点相接，则().AA为低电平，LED发光BA为高电平，LED发光CA为低电平，LED不发光DA为高电平，LED不发光2如图是温度报警器电路示意图，下列关于此电路的分析正确的是().A当RT的温度升高时，RT减小，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发生报警声B当RT的温度升高时，RT减小，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发生报警声C当增大R1时，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声D当增大R1时，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声3如图所示的光控电路用发光二极管LED模拟路灯，RG为光敏电阻A为斯密特触发器输入端，在天黑时路灯(发光二极管)会点亮下列说法正确的是().A天黑时，Y处于高电平B天黑时，Y处于低电平C当R1调大时，天更暗时，灯(发光二极管)点亮D当R1调大时，天较亮时，灯(发光二极管)就能点亮4如图所示，将一光敏电阻连入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时表针的偏角为，现用手掌挡住部分光线，表针的偏角变为，则可判断().ABD不能确定和的关系5某小型电磁继电器，其中L为含铁芯的线圈P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求如图所示其工作方式是().AA与B接信号电压，C与D跟被控电路串联BA与B接信号电压，C与D跟被控电路并联CC与D接信号电压，A与B跟被控电路串联DC与D接信号电压，A与B跟被控电路并联6根据图中所提供的器材，请正确将ABCD四个接线柱的接线接好，使其成为一个以热敏电阻为传感器的简易报警器(当温度过高时，电铃会响铃报警)课内与课外的桥梁是这样架起的7振弦型频率传感器的结构如图所示，它由钢弦和永磁铁两部分组成，钢弦上端用固定夹块夹紧，下端的夹块与一膜片相连接，当弦上的张力越大时，弦的固有频率越大这种装置可以从线圈输出电压的频率确定膜片处压力的变化下列说法正确的是().A当软铁块与磁铁靠近时，a端电势高B当软铁块与磁铁靠近时，b端电势高C膜上的压力较小时，线圈中感应电动势的频率高D膜上的压力较大时，线圈中感应电动势的频率高8高温超导限流器被公认为目前最好的，且惟一行之有效的短路故障电流限制装置，中国科学院电工研究所完成了一种具有自主知识产权的高温超导限流器样机的研制工作，并于2005年初在湖南进行并网挂机实验超导限流器由超导部件和限流电阻并联组成，如图所示，超导部件有一个超导临界电流IC，当通过限流器的电流IIC时，将造成超导体失超，从超导态(本题认为电阻为零)转变为正常态(本题认为是一个纯电阻)以此来限制电力系统故障电流已知超导部件的正常态电阻为R13，超导临界电流IC1.2A，限流电阻R26，小灯泡L上标有“6V 6W”，电源电动势E8V，内阻r2，原来电路正常工作，现L突然发生短路则().A短路前通过R1的电流为2/3AB超导部件将由超导态转为正常态C短路后通过R1的电流为4/3AD短路后通过R1的电流为2A9. (1)如图所示光控电路，用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻，R1的最大电阻为51k，R2为330 k，试分析其工作原理(2)要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些还是调小些？为什么？10下图为某同学设计的一个光控开关电路，LED为发光二极管，RG为光敏电阻，“”是斯密特触发器，该同学晚上进行调试，发现调节R1的大小时，可以让发光二极管有时发光，有时不发光于是该同学把“灯”调亮后就休息了，结果到了第二天，天很亮了，“灯”并没有熄灭，试分析导致上述情况的原因对未知的探究，你也行！11某学生从小是个摄影爱好者，想在家制作一间洗相片的暗室，用课本上学过的传感器元件如蜂鸣器、光敏电阻、干簧管、开关、电源等元件能否设计电路，制成一个光电报警器，达到某个光照强度时蜂鸣器发声，没有光照或光照很弱时，蜂鸣器不发声12. 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，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图说明工作过程13. 如图是一个简单的磁控防盗报警装置门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与M相对的位置嵌入干簧管H，并且将干簧管接入图示的电路睡觉前连接好电路，当盗贼开门时，蜂鸣器就会叫起来请说明它的工作原理14. 这是一个研究圆周运动向心力的实验设计：在一个透明玻璃做成的圆台面上均匀贴了数条反光度很高的狭窄铝箔纸条，在圆盘上方某处安装了一个光传感器，它具有发射红外光线，同时可接收反射光的功能台面上有一条光滑的凹槽，凹槽的尽头，靠近台壁处安装了一个力传感器(可以感知力的大小)，力传感器前放置一个小球圆盘转动时，光传感器发出的光线在铝箔处反射后被光传感器接收，在没有铝箔处将透射过去，小球压迫在力传感器上，获得传感器给球的弹力，这个力充当小球做圆周运动的向心力，力的大小通过传感器可以测量当光传感器和力传感器通过数据采集系统与电脑连接后，电脑显示屏可显示出光接收波形图和力的测量数值从而在小球质量已知的前提下，研究向心力的关系现已知光传感器在圆台面上的光点距转轴距离r，小球的质量为m，球心与转轴相距r，铝箔宽度d，电脑显示屏显示出铝箔条反射光的最短时间为t1，当力传感器获得对应时间的数值F0后，(1)A同学是这样处理的算出v.再由F.与F0比较，从而验证mF.但结果发现，误差较大，请指出问题所在(2)这一设计对转台做非匀速圆周运动的情况是否适用简要说明理由解剖真题，体验情境。15.(2009宁夏)青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为0；照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大.利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开.电磁开关的内部结构如图所示.1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接.当励磁线圈中电流大于50mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50mA时，3、4接通.励磁线圈中允许通过的最大电流为100mA.(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图光敏电阻R1，符号灯泡L，额定功率40W，额定电压36V，符号保护电阻R2，符号电磁开关，符号蓄电池E，电压36V，内阻很小；开关S，导线若干.(2)回答下列问题：如果励磁线圈的电阻为200，励磁线圈允许加的最大电压为_V，保护电阻R2的阻值范围为_.在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通.为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明答：_.任意举出一个其它的电磁铁应用的例子.答：_.3实验：传感器的应用1.B、C 解析：A为低电平时，Y为高电平，LED的电压小，不发光；A为高电平时，Y为低电平，LED的电压大，发光，故B、C正确2.B、C 解析：当RT温度升高时，电阻减小，A点电势升高到某一数值，Y端电势突然降低，蜂鸣器导通发出警报，A错B对当增大R1时，A端电势升高到某一数值，Y端电势突然降低，电流通过蜂鸣器，发出报警声，C对D错3.B、C 解析：天黑时，RG阻值增大到一定值，斯密特触发器输入端A的电压上升到某个值，输出端Y突然由高电平跳到低电平；R1调大时，A端电压降低，只有天更暗时，RG电阻值更大时，路灯才点亮，故B、C正确4.B解析：光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，开始时有光照射，光敏电阻的阻值较小，当手掌挡住部分光线时，光敏电阻的阻值增大，因为欧姆表的零刻度在表盘的右侧，所以欧姆表测电阻时，阻值越大，指针张角越小，所以选项B正确5.A解析：A、B接电磁继电器线圈，所以A、B应接信号电压，线圈随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用故正确答案为A.6.如图所示7.B、C 解析：当铁块靠近磁铁时，线圈中的磁通量增加，根据楞次定律可得，b端电势比a端电势高，选项B正确；膜上压力越小时，钢弦上的张力越大，振动频率越高，线圈中感应电动势的频率越高，所以选项C正确.8.B、C 解析：小灯泡L上标有“6V 6W”，故该灯泡的电阻RLU2/R(62/6)6，短路前由于电路正常工作，电路的总电阻为RRLr628，总电流为IE/R1A，所以短路前通过R1的电流为I11A，选项A错误；当L突然短路后，电路中电流为IE/r4AIc1.2A，超导态转变为正常态，则此时电路中总电阻为R224，总电流IE/RA2A，短路后通过R1的电流为I1A，故选项B、C正确9. (1)白天，光强度较大，光敏电阻PG电阻值较小，加在斯密特触必器A端的最压较低，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED不导通；当天色暗到一定程度时，RG的阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到某个值(1.6 V)，输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光(相当于路灯亮了)，这样就达到了使路灯天明熄灭，天暗自动开启的目的(2)应该把R1的阻值调大些，这样要使斯密触发器的输入端A电压达到某个值(如1.6 V，就需要RG的阻值达到更大，即天色更暗)10.见解析 解析：由题图可知，发光二极管导通发亮时，说明输出端Y为低电平，输入端A端为高电平，由于晚上RG的光照条件差，RG电阻较大，要想A端为高电平，R1必须调的很大，等到了白天，RG的光照强度变大，其阻值变小，A端电势进一步升高，所以Y端仍为低电平，所以发光二极管不会熄灭把RG与R1调换，问题就会得到解决11.见解析 解析：可以，用干簧管和绕在干簧管外的线圈做一个开关，当线圈中有电流时线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，在磁力作用下由分离状态变成闭合状态，当线圈中没有电流或电流很弱时磁场消失，簧片在弹力作用下回复到分离状态，线圈和光敏电阻相连，光敏电阻受到光照时电阻会变小，线圈中电流增大，没有光照时电阻会变大，线圈中电流会变小，可以设计成如图的电路12. 热敏电阻R1与滑动变阻器及电磁继电器构成低控制电路，电路图如右图所示工作过程：闭合S当温度低于设计值时热敏电阻阻值大，通过电磁继电器电流不能使它工作，K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，K断开，电炉丝继电，停止供热当温度低于设计值，又重复前述过程13. 门闭合时，干簧管的两个簧片被磁化而闭合，使触发器(非门)的输入端为低电平，则其输出端为高电平，与电源电压接近，蜂鸣器两端电势差很小，不响若盗贼将门打开，永磁体就远离干簧管，因而两簧片分离，使非门的输入端为高电平，则输出端为低电平，蜂鸣器两端达到工作电压，就鸣叫14. (1)是由于用v计算瞬时速度时，d值偏大的原因；(2)适用在实验中，若使d值较小，则由v算出