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生活中力传感器的应用
1.
图3－3、4－4
为熬炼身体，小明利用所学物理学问设计了一个电子拉力计，如图3－3、4－4所示是原理图．轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起(弹簧的电阻不计，P与R1间的摩擦不计)，弹簧劲度系数为100 N/cm.定值电阻R0＝5 Ω，ab是一根长为5 cm的均匀电阻丝，阻值R1＝25 Ω，电源输出电压恒为U＝3 V，抱负电流表的量程为0～0.6 A．当拉环不受力时，滑片P处于a端．下列关于这个电路的说法正确的是(不计电源内阻)( )
A．小明在电路中连入R0的目的是爱护电路
B．当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0.1 A
C．当拉力为400 N时，电流表指针指在0.3 A处
D．当拉力为400 N时，电流表指针指在0.5 A处
答案 ABC
解析 若电路无电阻R0，且金属滑片P在b端时，回路短路，损坏电源，R0的存在使电路不消灭短路，因此A正确；当拉环不受力时，滑片P在a端，由欧姆定律得，I＝＝0.1 A，故B正确；拉力为400 N时，由F＝kΔx，则Δx＝4 cm，对应的电阻为RaP＝20 Ω，R1接入电路的电阻RPb＝5 Ω，由闭合电路欧姆定律得，I＝＝0.3 A，故D错，C正确．
生活中温度传感器的应用
2．如图3－3、4－5所示是自动调温式电熨斗，下列说法正确的是( )
图3－3、4－5
A．常温时上下触点是接触的
B．双金属片温度上升时，上金属片形变较大，双金属片将向下弯曲
C．原来温度把握在80 ℃断开电源，现要求60 ℃断开电
源，应使调温旋钮下移一些
D．由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些
答案 ABD
解析 常温工作时，上下触点是接通的，当温度上升时，上层金属片形变大，向下弯曲，切断电源，切断温度要上升则应使调温旋钮下移一些，A、B、D对，C错．
生活中光传感器的应用
3.
图3－3、4－6
如图3－3、4－6为烟雾散射式火灾报警器，它主要由带孔的外罩，发光二极管LED、光电三极管及不透亮 的挡板组成，请简述它的工作原理．
答案 见解析
解析 报警器工作时发光二极管处于发光状态，由于挡板遮挡，平常间电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态，烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到三极管上，其电阻变小，与传感器连接的电路检测出这种变化，就会报警．
自动把握电路的分析与设计
4.
图3－3、4－7
某仪器内部电路如图3－3、4－7所示，其中M是一个质量较大的金属块，左右两端分别与金属丝制作的弹簧相连，并套在光滑水平细杆上，a、b、c三块金属片间隙很小(b固定在金属块上)，当金属块处于平衡状态时，两根弹簧均处于原长状态，若将该仪器固定在一辆汽车上，下列说法中正确的是( )
A．当汽车加速前进时，甲灯亮
B．当汽车加速前进时，乙灯亮
C．当汽车刹车时，乙灯亮
D．当汽车刹车时，甲、乙两灯均不亮
答案 B
解析 当汽车向右加速时，M向左移动，与a接触，乙灯亮；当汽车刹车时，M向右移动，与c接触，甲灯亮．
(时间：60分钟)
题组一 生活中的传感器
1．电子秤使用的是( )
A．超声波传感器 B．温度传感器
C．压力传感器 D．红外线传感器
答案 C
2.
图3－3、4－8
如图3－3、4－8所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、电键K与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中．两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电荷量为＋q的小球．K断开时传感器上有示数，K闭合时传感器上恰好无示数．则线圈中的磁场B的变化状况和磁通量变化率分别是( )
A．正在增加，＝ B．正在减弱，＝
C．正在减弱，＝ D．正在增加，＝
答案 D
解析 K闭合时传感器上恰好无示数，说明小球受竖直向上的电场力，且电场力大小等于重力，由楞次定律可推断磁场B正在增加，依据法拉第电磁感应定律E＝n＝U，又q·＝mg得＝，故D正确．
3．利用传感器和计算机可以争辩快速变化的力的大小．试验时，把图3－3、4－9甲中的小球举高到绳子的悬点O处，然后让小球自由下落．用这种方法获得的弹性绳的拉力随时间的变化图线如图3－3、4－9乙所示．依据图线所供应的信息，以下推断正确的是( )
图3－3、4－9
A．t2时刻小球所处位置是运动中最高点
B．t1～t2期间小球速度先增大后减小
C．t3时刻小球动能最小
D．t2与t5时刻小球速度大小不同
答案 B
解析
小球下落的轨迹开放图如图所示，B处为绳子原特长，C处为小球重力与绳上拉力相等处，D处为小球下落的最低点，在F－t图中，0～t1小球在OB间下落，t1～t2小球在BD间下落，t2～t3小球由D回到B处，t3～t4小球在BO间上升，而后下落至B点．由F－t图知，小球在t2时刻下落到最大距离，然后最大距离在渐渐减小，由以上分析知，小球的最大速度消灭在C点，对应于t1～t2之间，A错，B对；小球动能最小消灭在t2时刻或t3～t4间某时刻，C错误；t2和t5分别对应小球先后两次下落过程中经过最低点的时刻，速度大小为零，D错误．正确选项为B.
4．(2022·绵阳高三其次次诊断)电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内水烧开前的加热状态，另一种是锅内水烧开后的保温状态，如图3－3、4－10所示是电饭锅电路原理示意图，S是感温材料制造的开关．已知电饭锅的额定电压为220 V，加热功率为550 W，保温功率为22 W．当开关S闭合时，电饭锅所处的工作状态和R2的阻值分别是(不考虑R1、R2的电阻受温度变化的影响)( )
图3－3、4－10
A．加热，2 200 Ω B．加热，88 Ω
C．保温，88 Ω D．保温，2 200 Ω
答案 B
解析 由于开关闭合时回路电阻最小，由P＝可知，此时功率最大，所以处于加热状态；把P加热＝550 W和U＝220 V代入P加热＝可得，R＝88 Ω.
5．(2021·北京海淀期末)氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测，它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化．在图3－3、4－11所示电路中，不同的一氧化碳浓度对应传感器不同的电阻值，电压表的示数与一氧化碳的浓度一一对应，观看电压表示数就能推断一氧化碳浓度是否超标．已知氧化锡传感器的电阻的倒数与一氧化碳浓度成正比，那么，电压表示数U与一氧化碳浓度ρ之间的对应关系正确的是( )
图3－3、4－11
A．U越大，表示ρ越大，ρ与U成正比
B．U越大，表示ρ越小，ρ与U成反比
C．U越大，表示ρ越大，但ρ与U无关
D．U越大，表示ρ越小，但ρ与U无关
答案 C
解析 设传感器的电阻为R1，电源的电动势为E，内阻为r，由题意：得到＝kρ，k是比例系数．又依据欧姆定律得，电压表示数U＝E＝E由数学学问分析，U越大，ρ越大．但ρ与U无关．故选C.
6．把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关、电源按如图3－3、4－12甲所示电路连接，制成光电报警装置．当报警器有光照射时，蜂鸣器发声，当没有光照或者光照很弱时，蜂鸣器不发声．①光敏电阻：光敏电阻受光照后，阻值会变小．②干簧管继电器开关：由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成，如图3－3、4－12乙所示，当线圈中有肯定的电流时，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片在磁力作用下由原来的分别状态变成闭合状态．当线圈中没有电流或者电流很微弱时，磁场消逝，簧片在弹力的作用下回复到分别状态．试说明光电报警器的工作原理．
图3－3、4－12
答案 当报警器有光照射时，光敏电阻阻值减小，电路中电流增大，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片由原来的分别状态变成闭合状态，蜂鸣器电路接通，蜂鸣器发声；反之，当没有光照射或光照很微弱时，光敏电阻阻值很大，电路中的电流很小，干簧管内的两个铁质簧片处于分别状态，连接蜂鸣器的电路断开，蜂鸣器不发声．
7．光敏电阻在各种自动扮装置中有很多应用，其中就可用于街道路灯的自动把握开关，如图3－3、4－13所示为模拟电路，其中A为光敏电阻，B为电磁继电器，C为照明电路，D为路灯，请连成正确的电路，达到日出灯熄，日落灯亮的效果．
图3－3、4－13
答案 见解析
解析 电路连接如图所示．当天亮时，光线照射光敏电阻A，其阻值快速减小，把握回路电流增大，电磁继电器B工作，吸住衔铁使触点断开，路灯熄灭，当夜晚降落，光线变暗，光敏电阻A的阻值增大．把握回路电流减小，弹簧将衔铁拉起，触点接通，路灯点亮．
8．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，画出电路图并说明工作过程．
图3－3、4－14
答案 见解析
解析 (1)电路图如图所示．
(2)工作过程：闭合S，当温度低于设计值时热敏电阻阻值大，通过电磁继电器的电流不能使它工作，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，电炉丝断电，停止供热，当温度低于设计值，又重复前述过程．
题组二 自动把握电路的分析与设计
9.
图3－4、4－15
如图3－3、4－15所示，全自动洗衣机中的排水阀是由程序把握器把握其动作的，当进行排水和脱水工序时，把握铁芯1的线圈通电，使铁芯2运动，从而牵引排水阀的阀门排解污水．以下说法中正确的是( )
A．若输入的把握电流由a流入，由b流出，则铁芯2中A端为N极，B端为S极
B．若输入的把握电流由a流入，由b流出，则铁芯2中A端为S极，B端为N极
C．若a、b处输入交变电流，铁芯2不能被吸入线圈中
D．若a、b处输入交变电流，铁芯2仍能被吸入线圈中
答案 AD
解析 铁芯被通电螺线管磁化．
10.
图3－3、4－16
如图3－3、4－16所示，是一个简洁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，最好通过试验模拟这个电路的工作．
答案 磁控防盗报警器的主要元件是自动把握开关——干簧管．干簧管内部有两个软磁性簧片，软磁性物质的特性是易于磁化而又易于失去磁性．磁场存在时，簧片与磁场相互吸引；移去磁铁，即磁场消逝，簧片失去磁性而恢复原状．当门闭着时，永久磁铁使干簧管接通，斯密特触发器输入端与电源负极相连，处于低电平，则输出端为高电平，故蜂鸣器不发声；当开门时，没有磁铁作用，干簧管不通，斯密特触发器输入端为高电平，则输出端为低电平，则蜂鸣器通电，发声报警．
11．太阳能是一种清洁、绿色的能源．在上海举办的2010年世博会上，大量使用了太阳能电池．太阳能电池在有光照时，可以将光能转化为电能；在没有光照时，可以视为一个电学器件．某试验小组通过试验，探究一个太阳能电池在没有光照时(没有储存电能)的IU特性．所用的器材包括：太阳能电池，电源E，电流传感器，电压传感器，滑动变阻器R，开关S及导线若干．
(1)为了描绘出完整的IU特性曲线，在图3－3、4－17甲中A处接________传感器，B处接________传感器，并将图甲连成完整的试验电路图．
图3－3、4－17
(2)该试验小组依据试验得到的数据，描点绘出了如图乙的IU图像，图中PQ为过P点的垂线．由图可知，当电压小于2.0 V时，太阳能电池的电阻________(填“很大”或“很小”)；当电压为2.8 V时，太阳能电池的电阻约为________Ω.
答案 (1)电压 电流 电路图如解析图所示． (2)很大 1.0×103(965～1040)
解析 A，B两处分别接电压表与电流表，电压表并联在电路中，电流表串联在电路中，所以A接的是电压传感器，B接的是电流传感器，从图可知电路使用的是分压电路，从图像上得电压为2.8 V时，太阳能电池的电阻约为1.0×103 Ω.电路图如图所示．
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