2024-2025學(xué)年高中物理第三章傳感器2溫度傳感器和光傳感器課時(shí)練習(xí)含解析教科版選修3-2

PAGE4-溫度傳感器和光傳感器(15分鐘·30分)一、選擇題(本題共3小題,每小題5分,共15分)1.金屬鉑的電阻值對(duì)溫度的凹凸特別“敏感”,如圖的四個(gè)圖像中可能表示金屬鉑電阻的U-I圖像是 ()【解析】選B。金屬鉑導(dǎo)體的電阻對(duì)溫度的改變很敏感,電阻隨溫度的上升而增大,在肯定溫度下其U-I圖線是非線性的,且圖線的斜率越來(lái)越大,B正確、A、C、D錯(cuò)誤。故選B。2.(2024·青島高二檢測(cè))如圖甲所示為由某材料制成的電阻R的阻值隨溫度t改變的圖像,若用該電阻與電池(電動(dòng)勢(shì)E=1.5V,內(nèi)阻不計(jì))、電流表(量程為50mA,內(nèi)阻不計(jì))、電阻箱串聯(lián)起來(lái),連接成如圖乙所示的電路,用該電阻做測(cè)溫探頭。將電阻箱的阻值調(diào)為R′=15Ω,把電流表的電流刻度改為相應(yīng)的溫度刻度,就得到了一個(gè)簡(jiǎn)潔的“電阻溫度計(jì)”。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是 ()A.溫度上升,電路中的電流減小B.電流表刻度較大處對(duì)應(yīng)的溫度刻度較小C.電流表的示數(shù)為50mA時(shí),電阻R的阻值為30ΩD.電流表的示數(shù)為50mA時(shí),對(duì)應(yīng)的溫度為5【解析】選C。由題圖甲可知,溫度上升,電阻R的阻值增大,電路中電流減小,因此電流表刻度較大處對(duì)應(yīng)的溫度刻度較小,A、B項(xiàng)正確,不符合題意;電流表的示數(shù)為50mA時(shí),電路總電阻為30Ω,電阻箱的阻值R′=15Ω,則R=15Ω,由圖甲可得對(duì)應(yīng)的溫度為5℃,C項(xiàng)錯(cuò)誤,符合題意,D項(xiàng)正確,不符合題意;故選3.如圖所示,甲為在溫度為10℃左右的環(huán)境中工作的某自動(dòng)恒溫箱原理簡(jiǎn)圖,箱內(nèi)的電阻R1=20kΩ、R2=10kΩ、R3=40kΩ,RT為熱敏電阻,它的電阻隨溫度改變的圖線如圖乙所示,當(dāng)a、b兩點(diǎn)間的電壓Uab≤0時(shí),電壓鑒別器會(huì)令開(kāi)關(guān)S接通,恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱,使箱內(nèi)溫度上升;當(dāng)a、b兩點(diǎn)間的電壓Uab>0時(shí),電壓鑒別器會(huì)令開(kāi)關(guān)S斷開(kāi),停止加熱,A.10℃B.20℃【解析】選C。通過(guò)審題可知Uab=0是電壓的臨界點(diǎn),對(duì)應(yīng)著開(kāi)關(guān)S的動(dòng)作,而開(kāi)關(guān)的動(dòng)作對(duì)應(yīng)著溫度的上升或下降。由電路分析可知,在R1、R2、R3給定的條件下,熱敏電阻RT的阻值確定了Uab的正負(fù)。設(shè)電源負(fù)極的電勢(shì)為零,則a點(diǎn)電勢(shì)φa=U,b點(diǎn)電勢(shì)φb=U,其中U為路端電壓,令φa=φb,即Uab=0,則可得=,代入數(shù)據(jù)解得RT=20kΩ,由圖乙得對(duì)應(yīng)的溫度為30℃,故選項(xiàng)C正確,A、B、D錯(cuò)誤;故選C。二、非選擇題(15分。要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)4.廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱和微波爐等家用電器中的溫度傳感器,是利用熱敏電阻隨溫度改變而改變的特性工作的。在圖甲中,電源的電動(dòng)勢(shì)E=9.0V,內(nèi)電阻不行忽視;G為內(nèi)阻不計(jì)的靈敏電流表;R0為愛(ài)護(hù)電阻;R為熱敏電阻,其電阻值與溫度改變關(guān)系如圖乙的R-t圖像所示。則熱敏電阻R與攝氏溫度t的關(guān)系為R=Ω;閉合開(kāi)關(guān)S,當(dāng)R的溫度等于40℃時(shí),電流表示數(shù)I1=2.25mA,則當(dāng)電流表的示數(shù)I2=3.6mA時(shí),熱敏電阻R的溫度是℃【解析】從圖線上取兩個(gè)點(diǎn),運(yùn)用數(shù)學(xué)函數(shù)的學(xué)問(wèn)得到電阻隨溫度改變的關(guān)系式;先依據(jù)閉合電路歐姆定律得到熱敏電阻的電阻值,然后代入電阻值與溫度的函數(shù)表達(dá)式得到對(duì)應(yīng)的溫度。設(shè)熱敏電阻的電阻值與溫度關(guān)系表達(dá)式為:R=kt+R0當(dāng)t=40℃時(shí),R=3.5kΩ,代入得,3.5=40k+R0 當(dāng)t=120℃時(shí),R=2kΩ,代入得,2=120k+R0 由①②解得,k=-,R0=4.25故熱敏電阻R隨攝氏溫度t改變的關(guān)系式為R=4.25-t(kΩ)=-18.75t+4250(Ω)R的溫度等于40℃時(shí),R=3.5kΩ,電流表示數(shù)I1I1=,代入數(shù)據(jù),解得,r+R0=0.5kΩ當(dāng)電流表的示數(shù)I2=3.6mA時(shí),依據(jù)閉合電路歐姆定律,有I2=解得R′=2.0kΩ,代入熱敏電阻R隨攝氏溫度t改變的關(guān)系式:R=4.25-t(kΩ)得到溫度值為t=120℃答案:-18.75t+4250120(10分鐘·20分)5.(6分)(多選)如圖所示Rt為正溫度系數(shù)熱敏電阻,R1為光敏電阻,R2和R3均為定值電阻,電源電動(dòng)勢(shì)為E,內(nèi)阻為r,為志向電壓表,現(xiàn)發(fā)覺(jué)電壓表示數(shù)增大,可能的緣由是 ()A.熱敏電阻溫度上升,其他條件不變B.熱敏電阻溫度降低,其他條件不變C.光照增加,其他條件不變D.光照減弱,其他條件不變【解析】選B、D。電壓表示數(shù)變大,而R3為定值電阻,說(shuō)明流經(jīng)R3的電流增大,由電路結(jié)構(gòu)可知,這可能是由于Rt減小或R1增大,由熱敏電阻和光敏電阻特性知,可能是由于溫度降低或光照減弱,故B、D正確,A、C錯(cuò)誤。6.(14分)一般的電熨斗用合金絲作發(fā)熱元件,合金絲電阻隨溫度T改變的關(guān)系如圖中實(shí)線①所示,由于環(huán)境溫度以及熨燙的衣服厚度、干濕等狀況不同,熨斗的散熱功率不同,因而熨斗的溫度可能會(huì)在較大范圍內(nèi)波動(dòng),易損壞衣物。用一種主要成分為BaTiO3被稱為“PTC”的特別材料作發(fā)熱元件的電熨斗,具有升溫快、能自動(dòng)限制溫度的特點(diǎn),“PTC”材料的電阻隨溫度改變的關(guān)系如圖中實(shí)線②所示,依據(jù)圖線分析:(1)為什么處于冷態(tài)的“PTC”熨斗剛通電時(shí)比一般電熨斗升溫快?(2)通電一段時(shí)間后電熨斗溫度T自動(dòng)穩(wěn)定在范圍之內(nèi)。

【解析】“PTC”熨斗在T6溫度以下范圍時(shí),電阻較小,發(fā)熱功率較大;在T7溫度以上時(shí),電阻較大,發(fā)熱功率較小;而散熱快慢取決于材料和溫差,故溫度會(huì)在肯定范圍內(nèi)浮動(dòng);(1)原處于冷態(tài)的“PTC”熨斗剛通電時(shí)比一般電熨斗升溫快是由于冷態(tài)時(shí)“PTC”電阻很小,依據(jù)公式P=,電功率很大,故升溫快;(2)在T6溫度以下范圍時(shí),電阻較小,發(fā)熱功率較大,由于溫度較低,與環(huán)境溫差小,故升溫快;