Đáp án và lời giải
Chuyên đề Vật lí 11 Cánh diều Bài 1. Thiết bị cảm biến và khuếch đại thuật toán có đáp án
Câu 1
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Trả lời:
Cảm biến đã hoạt động dựa trên sự thay đổi nhiệt độ trong lò ấp. Khi nhiệt độ lên cao thì cảm biến thay đổi điện trở, điều chỉnh dòng điện, nhiệt lượng toả ra thay đổi, ngược lại khi nhiệt độ xuống thấp hơn mức cài đặt thì cảm biến lại điều chỉnh dòng điện.
Câu 2
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Trả lời:
Phần tử cảm biến là phần tử có thể phát hiện/ nhận biết và đáp ứng một kích thích của môi trường. Đây là phần quan trọng nhất của một bộ cảm biến. Chức năng của nó là cảm nhận sự biến thiên của yếu tố tác động lên nó (như nhiệt độ, áp suất, cường độ ánh sáng,..)
Câu 3
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Trả lời:
Một số thiết bị, vật dụng có sử dụng cảm biến
- Nhiệt kế hồng ngoại
- Cảm biến báo cháy
- Cảm biến vị trí trục cam (ô tô)
Câu 4
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Trả lời:
Phân loại theo nguyên tắc hoạt động:
- Cảm biến chủ động, ví dụ như cảm biến siêu âm trên các ô tô hiện đại, đèn cảm biến sáng/tối tự động, và cảm biến thụ động ví dụ như cảm biến ánh sáng phát hiện xem có ánh sáng chiếu vào nó hay không.
- Dựa vào cách thức phát hiện tín hiệu được sử dụng trong cảm biến: ví dụ như cách thức phát hiện là điện, hoá học, sinh học, phóng xạ, …
- Dựa vào hiện tượng chuyển đổi, ví dụ như hiện tượng chuyển đổi phổ biến là quang điện, nhiệt điện, …
- Cảm biến tương tự và cảm biến kĩ thuật số, dựa vào tín hiệu đầu ra là tín hiệu liên tục hay hoạt động dưới dạng dữ liệu số.
Phân loại theo hiệu quả kinh tế:
Cùng một loại cảm biến nhưng người ta dựa vào nhu cầu sử dụng, giá cả, tính năng, tuổi thọ, độ tin cậy để lựa chọn. Ví dụ như cùng cảm biến nhiệt độ nhưng có loại có chức năng kết nối từ xa, điều khiển hệ thống, nhưng có những lại chỉ có chức năng hiển thị nhiệt độ là bao nhiêu, không có thêm các tính năng khác.
Câu 5
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Trả lời:
Giá trị của điện trở giảm khi cường độ ánh sáng tăng lên.
Câu 6
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Trả lời:
LDR được sử dụng làm một phần tử cảm biến do ánh sáng làm cho điện trở của LDR thay đổi, gián tiếp điều chỉnh điện áp đầu ra, nên có thể dùng LDR để cảm nhận sự biến thiên cường độ ánh sáng, tức là dựa vào sự biến thiên điện trở của LDR để xác định cường độ ánh sáng.
Câu 7
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Trả lời:
Sơ đồ khối thể hiện nguyên tắc hoạt động của bộ cảm biến dùng LDR làm phần tử cảm biến.
Câu 8
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Câu 9
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Trả lời:
Sơ đồ mạch điện thể hiện nguyên tắc dùng NTC làm phần tử cảm biến
Câu 10
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Trả lời:
Câu 11
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Trả lời:
Khi LDR được chiếu sáng, điện trở của nó giảm, dẫn đến hiệu điện thế đầu ra giảm.
Câu 12
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Trả lời:
Tính chất bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng:
- Hệ số khuếch đại của bộ thuật toán lí tưởng bằng vô cùng. Trên thực tế hệ số khuếch đại có thể lên tới vài trăm ngàn. Chính vì vậy, bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng có thể khuếch đại được tín hiệu có biên độ rất nhỏ.
- Bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng cho phép khuếch đại được tín hiệu có công suất rất nhỏ mà không làm suy giảm tín hiệu do bị tiêu hao năng lượng ở lối vào và dòng điện ở lối ra không bị suy giảm do tiêu hao năng lượng trong mạch khuếch đại khi nó được nối với tải.
- Bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng hoạt động ở mọi tần số.
- Tín hiệu lối vào khuếch đại thuật toán lí tưởng gần như ngay lập tức được khuếch đại thành tín hiệu lối ra mà không có thời gian trễ.
- Bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng không gây nhiễu trong quá trình khuếch đại.
Câu 13
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Trả lời:
Khi tham quan thực tế, bạn cần tuân thủ các quy tắc, nội quy tại nơi tham quan để tránh gây ra các hậu quả như hỏng hóc thiết bị, ảnh hưởng đến sức khoẻ của bản thân và người khác.
Câu 14
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Trả lời:
Các bạn có thể tham khảo bảng dưới đây
| TT | Thiết bị | Chức năng | Công dụng | Ghi chú |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Hệ thống điều khiển đèn đường | Tự động bật, tắt đèn | Giảm sự tác động của con người | |
| 2 | Cảm biến va chạm trên ô tô | Cảnh báo các va chạm có thể xảy ra | Phát hiện các chướng ngại vật xung quanh, giảm thiểu nguy cơ xảy ra va chạm | |
| 3 | Cảm biến báo cháy | Kích hoạt hệ thống báo cháy, chữa cháy tự động | Phát hiện khói, đám cháy để cảnh báo, kích hoạt hệ thống phun nước chữa cháy tự động |
Câu 15
Hướng dẫn chấm do TopStudy biên soạn, mang tính gợi ý
Trả lời:
Các em có thể tham khảo bảng dưới đây để tự hoàn thiện báo cáo của từng cá nhân.
| Cảm biến | Nguyên tắc hoạt động | Phạm vi sử dụng | Hiệu quả kinh tế |
|---|---|---|---|
| Cảm biến đo nhiệt độ | Cảm biến nhiệt độ là một thiết bị RTD (đầu dò điện trở) hoặc là cặp nhiệt điện giúp đo sự biến đổi về nhiệt độ của vật cần đo. Khi nhiệt độ có sự thay đổi lớn thì các cảm biến sẽ đưa ra một tín hiệu, từ đó các bộ đọc sẽ đọc và quy ra thành một con số cụ thể. | Cảm biến được sử dụng phổ biến nhất là nhiệt kế, được sử dụng để đo nhiệt độ, chất lỏng và chất khí, ứng dụng trong các phòng nghiên cứu khoa học. | Học sinh tìm hiểu thực tế để xem mức độ hiệu quả kinh tế |
| Cảm biến đo áp suất | Cảm biến áp suất là thiết bị điện tử chuyển đổi tín hiệu áp suất sang tín hiệu điện, thường được dùng để đo áp suất hoặc các ứng dụng có liên quan đến áp suất. Nguyên lý hoạt động cảm biến áp suất cũng gần giống như các loại cảm biến khác là cần nguồn tác động (nguồn áp suất, nguồn nhiệt,… nguồn cần đo của cảm biến loại đó) tác động lên cảm biến, cảm biến đưa giá trị về vi xử lý, vi xử lý tín hiệu rồi đưa tín hiệu ra. | - Cảm biến áp suất dùng để đo trong hệ thống lò hơi, thường được đo trực tiếp trên lò hơi. Khu vực này cần đo chính xác khá cao và phải chịu nhiệt độ cao. - Các máy nén khí cũng cần phải đo áp suất để giới hạn áp suất đầu ra, tránh trường hợp quá áp dẫn đến hư hỏng và cháy nổ. - Trên các trạm bơm nước cũng cần cảm biến áp suất để giám sát áp suất đưa về PLC hoặc biến tần để điều khiển bơm nước . - Để điều áp hoặc điều khiển áp suất sau van điều khiển thì cảm biến áp suất đóng vai trò rất quan trọng vì sẽ ảnh hưởng trực tiếp áp suất đầu ra sau van điều khiển. - Trên các xe cẩu thường có các ben thuỷ lực, yêu cầu giám sát các ben thuỷ lực này rất quan trọng vì sẽ ảnh hưởng đến lực kéo của ben. Vì thế họ luôn lắp cảm biến áp suất để giám sát áp suất trên các ben thuỷ lực này. | |
| Cảm biến đo lưu lượng và mức chất lỏng hay rắn trong bình chứa | Cảm biến sẽ phát ra sóng siêu âm truyền trong môi trường cần đo. Sau đó sóng siêu âm sẽ chạm vào bề mặt chất lỏng trong các bể chứa, bồn chứa và phản xạ lại cảm biến. Khi nhận được tín hiệu phản xạ lại cùng với khoảng thời gian và tốc độ thu phát sóng, cảm biến sẽ tính toán được mực nước hiện có trong silo, bể chứa một cách chính xác và nhanh chóng. | Dùng khá rộng rãi trong các nhà máy xử lý nước thải, các khu công nghiệp sản xuất sữa, nước ngọt, nước giải khát. Bên cạnh đó chúng ta cũng có thể bắt gặp chúng ở các nhà máy xử lý nước sinh hoạt. Và đây được xem là một trong những sản phẩm chuyên dùng để đo lường hầu hết các chất lỏng hiện nay. Thậm chí có thể đo lường các chất lỏng nguy hiểm như axit, bazờ và muối. |
Tính chất bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng:
- Hệ số khuếch đại của bộ thuật toán lí tưởng bằng vô cùng. Trên thực tế hệ số khuếch đại có thể lên tới vài trăm ngàn. Chính vì vậy, bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng có thể khuếch đại được tín hiệu có biên độ rất nhỏ.
- Bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng cho phép khuếch đại được tín hiệu có công suất rất nhỏ mà không làm suy giảm tín hiệu do bị tiêu hao năng lượng ở lối vào và dòng điện ở lối ra không bị suy giảm do tiêu hao năng lượng trong mạch khuếch đại khi nó được nối với tải.
- Bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng hoạt động ở mọi tần số.
- Tín hiệu lối vào khuếch đại thuật toán lí tưởng gần như ngay lập tức được khuếch đại thành tín hiệu lối ra mà không có thời gian trễ.
- Bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng không gây nhiễu trong quá trình khuếch đại.