2024年高中物理新教材同步學(xué)案 選擇性必修第二冊(cè) 第5章 章末素養(yǎng)提升（含解析）

章末素養(yǎng)提升物理觀念傳感器及其工作原理1.定義：將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量或控制電路的通斷的元件2.敏感元件：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(①熱敏電阻和金屬熱電阻——溫度傳感器，將熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量,②光敏電阻——光傳感器，將光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量,③電阻應(yīng)變片——電子秤，將力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量))3.工作流程：非電學(xué)量→敏感元件→轉(zhuǎn)換元件→轉(zhuǎn)換電路→電學(xué)量科學(xué)思維1.理解傳感器的原理2.會(huì)運(yùn)用傳感器和簡(jiǎn)易自動(dòng)控制裝置解決實(shí)際問(wèn)題科學(xué)探究1.會(huì)利用干簧管設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制電路——門窗防盜報(bào)警裝置2.會(huì)利用光敏電阻設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制電路——光控開(kāi)關(guān)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任認(rèn)識(shí)傳感器對(duì)社會(huì)發(fā)展所起的重要作用；增強(qiáng)民族自豪感例1傳感器被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活中，下列關(guān)于傳感器的說(shuō)法正確的是()A．冰箱控溫系統(tǒng)使用了溫度傳感器B．夜間自動(dòng)打開(kāi)的路燈使用了溫度傳感器C．電腦所用的光電鼠標(biāo)主要是采用了聲波傳感器D．霍爾元件把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量答案A解析冰箱控溫系統(tǒng)利用溫度傳感器來(lái)調(diào)節(jié)冰箱內(nèi)的溫度，A正確；夜間自動(dòng)打開(kāi)的路燈使用了光傳感器，B錯(cuò)誤；電腦所用的光電鼠標(biāo)主要是采用了光電傳感器，C錯(cuò)誤；霍爾元件把磁場(chǎng)變化轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，D錯(cuò)誤。例2(多選)(2023·河北滄州一中月考)如圖是智能稱重地磅，使用方便快捷、計(jì)量精度高、反應(yīng)速度靈敏、移動(dòng)方便。這種地磅安裝了應(yīng)變式力傳感器，下列關(guān)于應(yīng)變式力傳感器的說(shuō)法正確的是()A．應(yīng)變片都是由半導(dǎo)體材料制成的B．當(dāng)應(yīng)變片的上表面拉伸時(shí)，其上表面電阻變大C．傳感器輸出的是應(yīng)變片上的電壓D．外力越大，輸出的電壓差值也越大答案BD解析應(yīng)變片不一定都是用半導(dǎo)體材料制成的，A錯(cuò)誤；當(dāng)應(yīng)變片上表面拉伸時(shí)，其上表面電阻變大，B正確；傳感器輸出的是上、下兩應(yīng)變片上的電壓差值，并且隨著外力的增大，輸出的電壓差值也越大，C錯(cuò)誤，D正確。例3(多選)如圖是一種電感式微小位移傳感器的原理圖。1是待測(cè)位移的物體，3是空心線圈，軟鐵芯2插在線圈3中并且可以隨著物體1在線圈中左右平移。關(guān)于這種傳感器的工作原理，下列說(shuō)法正確的是()A．這種傳感器輸入的物理量是位移，輸出的物理量是自感系數(shù)B．通過(guò)這種傳感器線圈的電流是交流電C．軟鐵芯是敏感元件，線圈是轉(zhuǎn)換元件D．當(dāng)物體1向右移動(dòng)時(shí)，線圈的自感系數(shù)增大答案BC解析這種傳感器輸入的物理量是位移，輸出的物理量是電流，A錯(cuò)誤；當(dāng)軟鐵芯插入或拔出線圈時(shí)，在線圈中產(chǎn)生的電流方向相反，則通過(guò)這種傳感器線圈的電流是交流電，B正確；因軟鐵芯的移動(dòng)導(dǎo)致線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，則軟鐵芯是敏感元件，線圈是轉(zhuǎn)換元件，C正確；當(dāng)物體1向右移動(dòng)時(shí)，軟鐵芯插入線圈的深度減小，則線圈的自感系數(shù)減小，D錯(cuò)誤。例4(多選)(2023·昆明一中期末)教學(xué)樓過(guò)道燈是由聲傳感器和光傳感器同時(shí)控制的，在夜晚天黑時(shí)，用力拍掌燈就亮了；而白天怎樣用力拍掌，燈都不能亮。其原理圖如圖所示，下列關(guān)于聲傳感器和光傳感器的說(shuō)法正確的是()A．白天有光照時(shí)，光傳感器自動(dòng)閉合B．夜晚無(wú)光照時(shí)，光傳感器自動(dòng)閉合C．有人走動(dòng)或發(fā)出聲音時(shí)，聲傳感器自動(dòng)閉合D．無(wú)人走動(dòng)或發(fā)出聲音時(shí)，聲傳感器自動(dòng)閉合答案BC解析天亮?xí)r光控開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷開(kāi)，天黑時(shí)自動(dòng)閉合，有人走動(dòng)或發(fā)出聲音，聲控開(kāi)關(guān)閉合；兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)閉合，燈就會(huì)自動(dòng)亮，故B、C正確。例5(2023·濟(jì)南市階段練習(xí))如圖甲所示為某同學(xué)設(shè)計(jì)的磁報(bào)警裝置的示意圖。RB是磁敏電阻，其阻值隨磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的圖線如圖乙所示。R1和R2為兩個(gè)電阻箱，a、b兩端接報(bào)警器，當(dāng)電壓增大到某一值時(shí)，會(huì)觸發(fā)報(bào)警器報(bào)警。下列說(shuō)法正確的是()A．當(dāng)RB處的磁場(chǎng)增強(qiáng)時(shí)，電流表示數(shù)增大B．當(dāng)RB處的磁場(chǎng)增強(qiáng)時(shí)，a、b兩端的電壓減小C．增大R2的阻值，更容易觸發(fā)報(bào)警器報(bào)警D．增大R1的阻值，更容易觸發(fā)報(bào)警器報(bào)警答案C解析當(dāng)RB處的磁場(chǎng)增強(qiáng)時(shí)，由RB－B圖像可知其阻值變大，則電路的總電阻增大，由I＝eq\f(E,R總)可知總電流變小，a、b兩端的電壓為Uab＝E－I(r＋R1)，則a、b兩端的電壓增大，故B錯(cuò)誤；根據(jù)并聯(lián)分流可知，電流表的電流為IA＝I－eq\f(Uab,R2)，總電流I變小，而eq\f(Uab,R2)變大，則電流表示數(shù)減小，故A錯(cuò)誤；因Uab越大越容易觸發(fā)報(bào)警器報(bào)警，而增大R2的阻值，總電阻增大，總電流變小，內(nèi)阻r和R1的電壓變小，可知a、b兩端的電壓變大，故更容易觸發(fā)報(bào)警器報(bào)警，C正確；增大R1的阻值，總電阻增大，總電流變小，此時(shí)a、b兩端的總電阻不變，則a、b兩端的電壓變小，要觸發(fā)報(bào)警器報(bào)警更難，故D錯(cuò)誤。例6(多選)(2023·濟(jì)南市檢測(cè))如圖是電飯鍋的結(jié)構(gòu)圖，如果感溫磁體的“居里溫度”為103℃時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是()A．常溫下感溫磁體具有較強(qiáng)的磁性，能自動(dòng)吸起永磁體，通電加熱B．當(dāng)溫度超過(guò)103℃時(shí)，感溫磁體的磁性消失，彈簧推動(dòng)杠桿斷開(kāi)觸點(diǎn)C．飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會(huì)超過(guò)103℃，這時(shí)開(kāi)關(guān)按鈕不會(huì)跳起D．常壓下只要鍋內(nèi)有水，鍋內(nèi)的溫度不可能達(dá)到103℃，開(kāi)關(guān)按鈕就不會(huì)自動(dòng)跳起答案BD解析開(kāi)始煮飯時(shí)，用手壓下開(kāi)關(guān)按鈕，永磁體與感溫磁體相吸，手松開(kāi)后，按鈕不再恢復(fù)到題圖所示狀態(tài)，電路接通，電飯鍋加熱，感溫磁體不會(huì)自動(dòng)吸起永磁體，故A錯(cuò)誤；如果在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下用電飯鍋燒水，水沸騰后溫度為100℃，不會(huì)自動(dòng)斷電，只有當(dāng)水燒干后，溫度升高達(dá)到103℃時(shí)，感溫磁體失去了磁性，會(huì)自動(dòng)斷電，故B、D正確；飯熟后，水分被大米吸收，鍋底溫度升高，當(dāng)溫度升至103℃時(shí)，感溫磁體失去磁性，在彈簧作用下，開(kāi)關(guān)按鈕會(huì)自動(dòng)跳起，從而切斷電源，故C錯(cuò)誤。例7某同學(xué)利用熱敏電阻設(shè)計(jì)了一個(gè)“過(guò)熱自動(dòng)報(bào)警電路”，如圖甲所示。將熱敏電阻R安裝在需要探測(cè)溫度的地方，當(dāng)環(huán)境溫度正常時(shí)，繼電器的上觸點(diǎn)接觸，下觸點(diǎn)分離，指示燈亮；當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)某一值時(shí)，繼電器的下觸點(diǎn)接觸，上觸點(diǎn)分離，警鈴響。圖甲中繼電器的供電電壓U1＝3V，繼電器線圈用漆包線繞成，其電阻R0為30Ω。當(dāng)線圈中的電流大于等于50mA時(shí)，繼電器的銜鐵將被吸合，警鈴響。圖乙是熱敏電阻R的阻值隨溫度變化的圖像。(1)圖甲中警鈴的接線柱C應(yīng)與接線柱______相連，指示燈的接線柱D應(yīng)與接線柱________相連(均選填“A”或“B”)；(2)當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，熱敏電阻阻值將______，繼電器的磁性將________(均選填“增大”“減小”或“不變”)，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到________℃時(shí)，警鈴報(bào)警；(3)如果要使報(bào)警電路在更高的溫度報(bào)警，下列方案可行的是________。A．適當(dāng)減小U1 B．適當(dāng)增大U1C．適當(dāng)減小U2 D．適當(dāng)增大U2答案(1)BA(2)減小增大80(3)A解析(1)根據(jù)題意知警鈴的接線柱C應(yīng)與接線柱B相連，指示燈的接線柱D應(yīng)與接線柱A相連。(2)由題圖乙知，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，熱敏電阻阻值減小，由閉合電路歐姆定律知電路中電流增大，則繼電器的磁性將增大。當(dāng)線圈中的電流等于50mA時(shí)，繼電器的銜鐵剛好被吸合，此時(shí)控制電路中總電阻最大值為R總＝eq\f(U1,I)＝eq\f(3,0.05)Ω＝60Ω，此時(shí)熱敏電阻阻