第05章 传感器 练习与应用-高二物理课后习题精准解析（新教材人教版选择性必修第二册）

人教版新教科书高中物理选择性必修第二册 第五章 传感器 练习与应用（解析版） 第1节 认识传感器 练习与应用 1. 什么是传感器？它的作用是什么？简述一下你对传感器的认识和理解。 【答案】传感器是能够将感受到的非电学量，按一定规律转换成电学量输出的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，敏感元件和转换元件合二为一的也很多。传感器种类很多，根据其 利用的物质的特性不同可分为:物理传感器、化学传感器、生物传感器。根据其被测量的不同可分为:声、光、压力、位移、加速度、温度等传感器。根据具体工作原理的不同可分为:电阻式、电容式、电感式、光电式、热电式、压电式、磁电式等传感器。 2. 请列举一个你认为很“神奇”的利用传感器工作的例子，简单说明它的原理。 【答案】举两例供参考。 (1) 红外线传感器在自动门中的应用:当人们接近门的时候，传感器识.别人体的红外线传递给驱动系统将门开启，在人离开后再将门自动关闭。 (2)电容式触摸屏中传感器的应用:电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导体层内形成一个低电压交流电场。在触摸屏幕时，由于人体是导体，导体层和手指构成了电容式触摸屏的两极，形成一个特殊电容(耦合电容)，四边电极发出的电流会流向触点，位于触摸屏后的控制器便会根据电流算出触摸点的位置。 3. 以下工作中，你认为要用什么传感器？ （1）让孵化器在一定温度下孵化禽蛋； （2）电梯超出负载时，发出报警提示； （3）使汽车排放符合国家标准的尾气。 【答案】 (1) 温度传感器(热电式传感器) (2) 压力传感器(或压电式传感器) (3) 气体传感器 第2节 常见传感器的工作原理及应用 练习与应用 1. 按照你对以下几种传感器的理解，填写下面的表格。 【答案】 传感器名称 输人的物理量 输出的物理量 光敏电阻 光照强度 电压(电阻) 热敏电阻 温度 电压(电阻) 金属热电阻 温度 电压(电阻) 电阻应变片 力 电压(电阻) 电容式位移传感器 位移 电压(电容) 2. 图5.2-14是一种电感式微小位移传感器的原理图。1是待测位移的物体，3是空心线圈， 软铁芯2插在线圈3中并且可以随着物体1在线圈中左右平移。这种传感器可以把被测物体位移的大小转换为线圈自感系数的大小，请定性说明它的工作原理，并尝试设计与线圈3相连的电路。 【答案】线圈应申联交流电源和电流表。当待测物体位移变化时，软铁芯2在线圈3中的长度变化，线圈3的电感就发生变化。这一变化在电路中转换为电流的变化(通过电流表显示)，这样电流的变化就与位移的变化建立起对应关系。电流的变化量就反映出被测物体的位移。 3. 电饭锅中应用了温度传感器，它的主要元件是感温铁氧体，其特点是：常温下感温铁氧体具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约103 ℃时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了。这个温度在物理学中称为该材料的“居里点”。电饭锅的结构如图5.2-15所示， 请结合温度传感器的特点回答以下问题： （1）开始煮饭时为什么要压下开关按钮？ 手松开后这个按钮是否会恢复到图示状态？为什么？ （2）煮饭时水沸腾后锅内还有一定水分时，为什么锅的温度会保持100 ℃而不会持续升高？ （3）饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作？ （4）如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？ 【答案】(1) 开始煮饭时用手压下开关按钮，永磁体与感温铁氧体相吸，手松开后，由于此时锅内温度低于感温铁氧体的居里点，感温铁氧体与永磁体相吸，按钮不会恢复教材图示状态，这样触点保持接通，电热板通电加热。 (2) 水沸腾后，当锅内有一定水分时，由于水沸腾时温度保持不变，故锅内温度保持1000 C不变，因此感温铁氧体未达到居里点仍有磁性，保持与永磁体相吸引，继续加热至饭熟。此过程中温度基本不变。 (3)饭煮熟后水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升高达到感温铁氧体的居里点1030 C时，感温铁氧体失去磁性，在弹簧作用下永磁体被弹开，触点分离，切断电源，停止加热。 (4)如果用电饭锅烧水，在水沸腾后只要锅内有水，温度将保持在100 C，没有达到感温铁氧体的居里点，故不能自动断电。只有水烧干后，温度升高到103 C才能自动断电。 第3节 利用传感器制作简单的自动控制装置 练习与应用 1. 某同学设计了一个加速度计，如图5.3-6 所示。较重的滑块2可以在光滑的框架1中平移，滑块两侧用弹簧3拉着；R为滑动变阻器， 4是滑动片，它与电阻器任一端之间的电阻值都与它到这端的距离成正比。这个装置就是一个加速度传感器。两个电池E的电压相同。按图连接电路后，电压