3　实验：传感器的应用

1 1 09 09 北京北京 23 23 18 分 单位时间内流过管道横截面的液体体积叫做液体的体积流 量 以下简称流量 由一种利用电磁原理测量非磁性导电液体 如自来水 啤酒等 流量的装置 称为电磁流量计 它主要由将流量转换为电压信号的传感器和显示仪表 两部分组成 传感器的结构如图所示 圆筒形测量管内壁绝缘 其 上装有一对电极a和 c a c 间的距离等于测量管内径 D 测量管的轴线与 a c 的连接放像以及通过电线圈 产生的磁场方向三者相互垂直 当导电液体流过测量 管时 在电极 a c 的间出现感应电动势 E 并通过与 电极连接的仪表显示出液体流量 Q 设磁场均匀恒定 磁感应强度为 B 1 已知 33 0 40 205 10 0 12 Dm BT Qs 设液体在测量管内各处流速相同 试求 E 的大小 去 3 0 2 一新建供水站安装了电磁流量计 在向外供水时流量本应显示为正值 但实际显 示却为负值 经检查 原因是误将测量管接反了 既液体由测量管出水口流入 从如 水口流出 因为已加压充满管道 不便再将测量管拆下重装 请你提出使显示仪表的 流量指示变为正直的简便方法 3 显示仪表相当于传感器的负载电阻 其阻值记为 R a c 间导电液体的电阻 r 随 液体电阻率色变化而变化 从而会影响显示仪表的示数 试以 E R r 为参量 给出 电极 a c 间输出电压 U 的表达式 并说明怎样可以降低液体电阻率变化对显示仪表示 数的影响 2 0808江苏江苏物理物理2 2 2007年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科学家 以表彰 他们发现 巨磁电阻效应 基于巨磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的技术 被认 为是纳米技术的第一次真正应用 在下列有关其它电阻应用的说法中 错误的是 A 热敏电阻可应用于温度测控装置中 B 光敏电阻是一种光电传感器 C 电阻丝可应用于电热设备中 D 电阻在电路中主要起到通过直流 阻碍交流的作用 3 江苏省江苏省黄桥中学黄桥中学 20102010 届届高三高三物理物理校本练习校本练习模块机器人具有三个部分 它们分别是传感 器 控制器和执行器 模块机器人的控制器内存有 5 种控制方法 可使用的传感器大 致有 5 类 列表如下 执行模块为小灯模块 电动机模块 某位同学要设计一个装置 当有光照射且有声音 时 电动机才会转 则应选择的控制序号和传感器序号正确的是 C A 01 02 04 B 04 03 05 C 03 02 04 D 02 03 04 序号控制方法序号 传感器 01 即时控制 01 位移传感器 02 延时控制 02 声传感器 03 与 门控制 03 温度传感器 04 或 门控制 04 光传感器 05 非 门控制 05 磁传感器 2 4 2009 年北京丰台区高三上学期期末年北京丰台区高三上学期期末 如图 是一火警报警 电路的示意图 其中 R3为用某种材料制成的传感器 这种材 料的电阻率随温度的升高而增大 值班室的显示器为电路中的 电流表 电源两极之间接一报警器 当传感器 R3所在处出现 火情时 显示器的电流 I 报警器两端的电压 U 的变化情况是 A I 变大 U 变小B I 变小 U 变大 C I 变小 U 变小 D I 变大 U 变大 5 2010 2010 北京北京 23 23 利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器 广泛应用于测量和自动控制等领域 如图 1 将一金属或半导 体薄片垂直至于磁场 B 中 在薄片的两个侧面a b间通以电流I时 另外两侧c f间产生电势差 这一现象称霍尔效应 其原因是薄片中的移动电荷受洛伦兹力的作 用相一侧偏转和积累 于是c f间建立起电场 同时产生霍尔电势差 当电 荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时 和 达到稳定值 的大小与I和 B以及霍尔元件厚度d之间满足关系式 HH IB UR d 其中比例系数 称为霍尔系 数 仅与材料性质有关 设半导体薄片的宽度 c f间距 为l 请写出 和 的关系式 若半导 体材料是电子导电的 请判断图 中c f哪端的电势高 已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为 电子的电荷量为 请导出 霍尔系数 的表达式 通过横截面积 的电流InevS 其中v是导电电 子定向移动的平均速率 图 2 是霍尔测速仪的示意图 将非磁性圆盘固定在转轴上 圆盘的周边等距离 地嵌装着 个永磁体 相邻永磁体的极性相反 霍尔元件置于被测圆盘的边缘 附近 当圆盘匀速转动时 霍尔元件输出的电压脉冲信号图像如图 所示 若在时间 内 霍尔元件输出的脉冲数目为P 请导出圆盘转速N的表达 式 利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程 除除此之外 请你展开 智慧 的翅膀 提出另一个实例或设想 6 2009 湛江市湛江市 唱卡拉 OK 用的话筒 内有传感器 其中有一种是动圈式的 它的工作原 理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈 线圈处于永磁体的磁场中 当声波使 膜片前后振动时 就将声音信号转变为电信号 下列说法正确的是 BD E A r R1 R2 R3 报警器 3 A 该传感器是根据电流的磁效应工作的 B 该传感器是根据电磁感应原理工作的 C 膜片振动时 穿过金属线圈的磁通量总是增加的 D 膜片振动时 金属线圈中产生感应 7 2010 2010 全国卷全国卷 2222 图 1 是利用激光测转的原理示意图 图中圆盘可绕固定轴转动 盘边缘侧面上有一小段涂有很薄的反光材料 当盘转到某一位置时 接收器可以接收 到反光涂层所反射的激光束 并将所收到的光信号转变成电信号 在示波器显示屏上 显示出来 如图 2 所示 1 若图 2 中示波器显示屏横向的每大格 5 小格 对应的时间为 5 00 10 2 s 则圆 盘的转速为 转 s 保留 3 位有效数字 2 若测得圆盘直径为 10 20 cm 则可求得圆盘侧面反光涂层的长度为 cm 保留 3 位有效数字 8 四川省内江市四川省内江市 2010 届高三二模模拟届高三二模模拟如图所示 M 是一小型理想变压器 接线柱 a b 接在电压 V 314sin311tu 的正弦交流电源上 变压器右侧部分为一火警报警系统 原理图 其中 R2为用半导体热敏材料制成的传感器 所有电表均为理想电表 电流表 A2为值班室的显示器 显示通过 R1的电流 电压表 V2显示加在报警器上的电压 报 警器未画出 R3为一定值电阻 当传感器 R2所在处出现火情时 以下说法中正确的 是 D A A1的示数增大 A2的示数增大 C V1的示数增大 V2的示数增大 D V1的示数减小 V2的示数减小 D A1的示数增大 A2的示数减小 9 09 华罗庚中学模拟 某一电学黑箱内可能有电容器 电感线圈 定值电阻等元件 在接线柱间以如图所示的 Z 字形连接 两接线柱间 只有一个元件 为了确定各元件种类 小华同学用电流传感器 相当于电流表 与一 直流电源 滑动变阻器 开关串联后 分别将 AB BC CD 接入电路 闭合开关 计 算机显示的电流随时间变化的图象分别如图 a b c 所示 则如下判断中正确的是 ABD 4 A AB 间是电容器 B BC 间是电感线圈 C CD 间是电容器 D CD 间是定值电阻 10 湖南省长沙市一中湖南省长沙市一中 雅礼中学雅礼中学 2010 届高三三月联考届高三三月联考 2008 年 北京奥运会上何雯娜夺得中国首枚奥运会女子蹦床金牌 为 了测量运动员跃起的高度 可在弹性网上安装压力传感器 利用传感器记录运动员运动过程中对弹性网的压力 并由计 算机作出压力 时间图象 如图所示 运动员在空中运动时可 视为质点 则可求运动员跃起的最大高度为 g 取 10m s2 B A 7 2m B 5 0m C 1 8m D 1 5m 11 山东省潍坊市山东省潍坊市 20102010 届高三上学期阶段性测试届高三上学期阶段性测试一质量 m 2 0kg 的小物块以一定的初速度 冲上一个足够长的倾角为 37 的固定斜面 某同学利用传感器测出了小物块冲上斜面 过程中多个时刻的瞬时速度 并用计算机做出了小物块上滑过程的速度 时间图线 如图所示 取 sin37 0 6 cos37 0 8 g 10m s2 求 1 小物块冲上斜面过程中加速度的大小 2 小物块与斜面间的动摩擦因数 3 小物块向上运动的最大距离 12 浙江省温州市十校联合体浙江省温州市十校联合体 20102010 届高三期中联考届高三期中联考如图所示的装置可以测量飞行器 在竖直方向上做匀加速直线运动的加速度 该装置是在矩形 箱子的上 下壁上各安装一个可以测力的传感器 可测压力 和拉力 分别连接两根劲度系数相同 可拉伸可压缩 的 轻弹簧的一端 弹簧的另一端都固定在一个滑块上 滑块套 在光滑竖直杆上 现将该装置固定在一飞行器上 传感器 P 在上 传 感器 Q 在下 飞行器在地面静止时 传感器 P Q 显示的弹力大小均为 10 N 求 1 滑块的质量 地面处的 g 10 m s2 2 当飞行器竖直向上飞到离地面 4 R 处 此处的重力加速度为多大 R 是地球的半径 3 若在离地面 4 R 处时 传感器 P Q 显示的弹力大小均为 F 20 N 此时飞行器的加 速度是多大 传感器始终竖直方向放置 P 在上 Q 在下 13 合肥合肥 3535 中中 20092009 届高三物理第一次质量抽测届高三物理第一次质量抽测 用计算机辅助实验系统做验证牛顿第三 定律的实验 点击实验菜单中 力的相互作用 如图 a 所示 把两个力探头的挂钩 钩在一起 向相反方向拉动 观察显示器屏幕上出现的结果 图 b 观察分析两个力 传感器的相互作用力随时间变化的曲线 可以得到以下实验结论 CD A 作用力与反作用力时刻相等 B 作用力与反作用力作用在同一物体上 C 作用力与反作用力大小相等 D 作用力与反作用力方向相反 O F N t s 1 12 34 3 5 46 9 5 14 山东省潍坊市山东省潍坊市 20102010 届高三上学期阶段性测试届高三上学期阶段性测试一质量 m 2 0kg 的小物块以一定的初速度 冲上一个足够长的倾角为 37 的固定斜面 某同学利用传感器测出了小物块冲上斜面 过程中多个时刻的瞬时速度 并用计算机做出了小物块上滑过程的速度 时间图线 如图所示 取 sin37 0 6 cos37 0 8 g 10m s2 求 1 小物块冲上斜面过程中加速度的大小 2 小物块与斜面间的动摩擦因数 3 小物块向上运动的最大距离 15 浙江省金华一中浙江省金华一中 2010 届高三届高三 12 月联考月联考在消防演习中 消防队员从一根树枝的长直轻 绳上由静止滑下 经一段时间落地 为了获得演习中的一些数据 以提高训练质量 研究人员在轻绳上端安装一个力传感器并与数据处理系统相连接 用来记录消防队员 下滑过程中轻绳收到的拉力与消防队员重力的比值随时间变化的情况 已知某队员在 一次演习中的数据如图所示 问 该消防队员在下滑过程中的最大速度和落地速度各是多少 g 取 10m s2 16 16 上海市建平中学上海市建平中学 20102010 届高三摸底测试届高三摸底测试一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动 在圆盘 上沿半径开有一条宽度为 2mm 的均匀狭缝 将激光器与传感器上下对准 使二者 间连线与转轴平行 分别置于圆盘的上下两侧 且可以同步地沿圆盘半径方向匀 速移动 激光器连续向下发射激光束 在圆盘转动过程中 当狭缝经过激光器与 传感器之间时 传感器接收到一个激光信号 并将其输入计算机 经处理后画出 相应图线 图 a 为该装置示意图 图 b 为所接收的光信号随时间变化的图线 横 坐标表示时间 纵坐标表示接收到的激光信号强度 图中 t1 1 0 10 3s t2 0 8 10 3s 1 利用图 b 中的数据求1s时圆盘转动的角速度 2 说明激光器和传感器沿半径移动的方向 3 求图 b 中第三个激光信号的宽度 t3 17 2010 2010 福建福建 17 17 如图 甲 所示 质量不计的弹簧竖直固 6 定在水平面上 t 0 时刻 将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放 小球 落到弹簧上压缩弹簧到最低点 然后又被弹起离开弹簧 上升到一定高度后再下落 如此反复 通过安装在弹簧下端的压力传感器 测出这一过程弹簧弹力 F 随时间 t 变 化的图像如图 乙 所示 则 A 1 t时刻小球动能最大 B 2 t时刻小球动能最大 C 2 t 3 t这段时间内 小球的动能先增加后减少 D 2 t 3 t这段时间内 小球增加的动能等于弹簧减少的弹性势能 18 广东省汕尾市广东省汕尾市 20102010 届高三上学期期末调研考试届高三上学期期末调研考试 2009 年 12 月 19 日下午 联合国气候 变化大会达成 哥本哈根协议 为减少二氧化碳排放 我国城市公交推出新型节能环 保电动车 在检测某款电动车性能的实验中 质量为 8 102kg 的电动车由静止开始沿 平直公路行驶 达到的最大速度为 15m s 利用传感器测得此过程中不同时刻电动车 的牵引力 F 与对应的速度 v 并描绘出 v F 1 图象 图 中 AB BO 均为直线 假设电动车行驶中所受的阻力 恒定 则 BD A 在全过程中 电动车在 B 点时速度最大 B BA 过程电动车做匀加速运动 C CB 过程电动车作减速运动 D CB 过程电动车的牵引力的功率恒定 19 湖南省长沙市一中湖南省长沙市一中 雅礼中学雅礼中学 2010 届高三三月联考届高三三月联考如图甲所示 某同学用 轻绳通过定滑轮提升一重物 运用传感器 未在图中画出 测得此过程中不 同时刻对轻绳的拉力 F 与被提升重物的速度 v 并描绘出 F 1 v 图象 假设某 次实验所得的图象如图乙所示 其中线段 AB 与 1 v 轴平行 它反映了被提升 重物在第一个时间段内 F 和 1 v 的关系 线段 BC 的延长线过原点 C 点为实 线与虚线的分界点 它反映了被提升重物在第二个时间段内 F 和 1 v 的关系 第三个时间段内拉力 F 和速度 v 均为 C 点所对应的大小 保持不变 因此图象上没有反映 实验中还测得重物由静止开始经 过 t 1 4s 速度增加到 vC 3 0m s 此后物体做匀速运动 取重力 加速度 g 10m s2 绳重及一切摩擦和阻力均可忽略不计 C D B C A F 图甲 v F N s m 1 1 v O 2 AB C 4 6 8 图乙 7 1 在提升重物的过程中 除了重物的质量和所受重力保持不变以外 在第一时 间段内和第二时间段内还各有一些物理量的值保持不变 请分别指出第一时间段内和 第二时间内所有其他保持不变的物理量 并求出它们的大小 2 求被提升重物在第一时间段内和第二时间段内通过的总路程 20 福建省龙岩二中 2010 届高三摸底考试一质量 m 2 0kg 的小物块以一定的初速度冲上一 倾角为 37 足够长的斜面 某同学利用传感器测出了小物块冲上斜面过程中多个时刻 的瞬时速度 并用计算机做出了小物块上滑过程的速度 时间图线 如图所示 取 sin37 0 6 cos37 0 8 g 10m s2 求 1 小物块冲上斜面过程中加速度的大小 2 小物块与斜面间的动摩擦因数 3 小物块返回斜面底端时的动能 21 华安 连城 永安 漳平一中 龙海二中 泉港一华安 连城 永安 漳平一中 龙海二中 泉港一 中中 六校联考六校联考在研究摩擦力特点的实验中 将木块放 在水平长木板上 如图 a 所示 用力沿水平方向拉木 块 拉力从 0 开始逐渐增大 分别用力传感器采集拉 力和木块所受到的摩擦力 并用计算机绘制出摩擦力 f 随拉力 F 的变化图像 如图 b 所示 已知木块质量为 0 78kg 取重力加速度 g 10m s2 sin37 0 60 cos37 0 80 1 求木块与长木板间的动摩擦因数 2 若木块在与水平方向成 37 角斜向右上方的恒定拉力 F 作用下 以 a 2 0m s2的 加速度从静止开始做匀变速直线运动 如图 c 所示 拉力大小应为多大 3 在 2 中力作用 2s 后撤去拉力 F 求 整个运动过程中摩擦力对木块做的功 22 20092009 江苏省江苏省华罗庚中学月华罗庚中学月 考 考 如图所示 在同一竖直平 面内的两正对着的相同半圆光 滑轨道 相隔一定的距离 虚 线沿竖直方向 一小球能在其间运动 今在最高点 A 与最低点 B 各