2012走向高考系列物理一轮复习配套练习--传感器及其应用8
2012走向高考系列物理一轮复习配套练习
传感器及其应用（带详答）
一、选择题
1．关于传感器的下列说法正确的是( )
A．所有传感器的材料都是由半导体材料做成的
B．金属材料也可以制成传感器
C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的
D．以上说法都不正确
[答案] B
[解析] 半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计，所以A错，B正确，传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量，所以C错．
2．在一些星级宾馆的洗手间经常装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近干手机能使传感器工作，是因为( )
A．改变湿度 B．改变温度
C．改变磁场D．改变电容
[答案] D
[解析] 根据自动干手机工作的特征，手靠近电热器工作，手撤离电热器停止工作，人是一种导体，可以与其他导体构成电容．手靠近时相当于连接一个电容，可以确定干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变了电容，用湿度和温度来驱动电热器工作，理论上可行，但是假如干手机是由于湿度、温度的变化而工作就成了室内烘干机．
3．如图所示，动圈式话筒能够将声音转变为微弱的电信号(交变电流)，产生的电信号一般都不是直接送给扩音机，而是经过一只变压器之后再送给扩音机放大，变压器的作用是减少电信号沿导线传输过程中的电能损失，关于话筒内的这只变压器，下列说法中正确的是( )
A ．一定是升压变压器，因为P ＝UI ，升压后，电流减小，导线上损失的电能减少
B ．一定不是升压变压器，因为P ＝U 2R
，升压后，导线上损失的电能会增加 C ．一定是降压变压器，因为I 2＝n 1I 1n 2
，降压后，电流增大，使到达扩音机的信号加强 D ．一定不是降压变压器，因为P ＝I 2R ，降压后，电流增大，导线上损失的电能会增加
[答案] AD
[解析] 升压变压器能使电流变小，再根据P ＝I 2
R ，减小的电流在导线上传播时减小电能损
失．
4．家用电热灭蚊器中电热部分的主要部件是PTC 元件，PTC 元件是由酞酸钡等半导体材料
制成的电阻器，其电阻率与温度的关系如右图所示，由于这种特性，PTC 元件具有发热、控温两重功能，对此以下说法中正确的是 ( )
A ．通电后其功率先增大后减小
B ．通电后其功率先减小后增大
C ．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t 1到t 2的某一值不变
D ．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t 1或t 2不变
[答案] AC
[解析] 根据PTC 元件的电阻率随温度变化的曲线可知：在常温下，它的电阻是相当小的，
通入电流以后，随着温度的升高，其电阻率先变小后增大，那么它的功率先变大，后变小，温度保持在t 1到t 2的某一值不变，这时候电路处于稳定状态，如果温度再升高，电阻率变大，导致电流变小，温度就会降下来；如果温度降低，电阻率减小，导致电流变大，温度就会升上去，所以本题正确答案为A 、C.
5．(2009·青岛月考)如图所示的电路中，电源两端的电压恒定，L 为小灯泡，R 为光敏电阻，
LED 为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R 与LED 间距不变，下列说法中正确的是 ( )
A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大
B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小
C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变
D．无论怎样移动触头P，L消耗的功率都不变
[答案] A
[解析] 触头P左移，使其电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R减小，最终达到增大流过灯泡的电流的效果．
6．如图所示的是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片的电极上时，以下说法正确的是( )
①若F向上压膜片电极，电路中有从a到b的电流
②若F向上压膜片电极，电路中有从b到a的电流
③若F向上压膜片电极，电路中不会出现电流
④若电流表有示数，则说明压力F发生变化
⑤若电流表有示数，则说明压力F不发生变化
A．②④ B．①④C．③⑤ D．①⑤
[答案] A
[解析] 当待测压力F向上压可动膜片电极时，如图所示，由平行板电容公式C＝εS
4kπd
可知，电容两极间距d变小，则电容C增大，电源会对电容继续充电．又由电源正负极的连接可知，充电电流必然是由b→?→a的方向，故②项正确．同理，如果电流表?中有示数，则说明电路中有电流(无论是充电还是放电)，也说明电容C的变化(变大或变小)，即说明压力F发生变化，故④项正确．因而，综合可知A选项正确．
7．如图(1)是某同学设计的电容式速度传感器原理图，其中上板为固定极板，下板为待测物体，在两极板间电压恒定的条件下，极板上所带电量Q将随待测物体的上下运动而变化，
若Q 随时间t 的变化关系为Q ＝b
t ＋a (a 、b 为大于零的常数)，其图像如图(2)所示，那
么图(3)、图(4)中反映极板间场强大小E 和物体速率v 随t 变化的图线可能是(
)
A ．①和③
B ．①和④
C ．②和③
D ．②和④ [答案] C
[解析] 由题意可知：E ＝U d ＝Q Cd ＝Q εs 4k πd d ＝Q εs 4k π
，所以E 的变化规律与Q 的变化规律相似，所以E 的图线可能为②，由Q ＝CU ＝εs 4k πd U ＝b t ＋a 可知C ∝b t ＋a
，又平行板电容器电容C 与两极板之间的距离d 成反比，所以d ∝(t ＋a )，故速率v 随时间t 变化的图线可能为③，综上所述C 正确．
二、非选择题
8．逻辑电路在电子线路中有着重要的应用．某同学利用“非”门电路设计了一个路灯自动
控制门电路．天黑了，让路灯自动接通；天亮了，让路灯自动熄灭．右图中R G 是一个光敏电阻，当有光线照射时，光敏电阻的阻值会显著减小．R 是可调电阻，起分压作用．“非”门电路能将输入的高压信号转变为低压信号，或将低压信号转变为高压信号．J 为路灯总开关控制继电器，它在获得高压时才启动(图中未画路灯电路)．
(1)当天黑时，R G 变________，“非”门电路获得________电压，J 得到________电压．(填
“大”、“小”或“高”、“低”)
(2)如果路灯开关自动接通时天色还比较亮，现要调节自动控制装置，使得它在天色较黑时
才会自动接通开关，应将R调________(填“大”或“小”)一些．
[答案] (1)大低高(2)大
[解析] (1)天黑时，光线减弱，光敏电阻R G变大，A端输入低电压，Y端输出高压信号，J 得到高压，开始控制路灯工作．(2)如果路灯开关自动接通时天色还比较亮，应将R调大，A端输入电压较高，当天色较黑时，R G的电阻变大，A端的电压降低，Y端的电压升高，J得到高压，开始控制路灯工作．
9．某实验小组控制一种热敏电阻的温度特性．现有器材：直流恒流电源(在正常工作状态下
输出的电流恒定
．．．．)、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等．
(1)若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性，请你在图(1)中的实物图上连线．
(2)实验的主要步骤：
①正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源，调节并记录电源输出的电流值；
②在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开关，________，________，断开开关．
③实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得R－t关系图线．请根据图(2)
中的图线写出该热敏电阻的R－t关系式：R＝________＋________t(Ω)保留3位有效数字．
[答案] (1)如图
(2)②读取温度计示数 读取电压表示数
(3)100 0.400
[解析] (1)连接实物图时导线不能交叉，电压表应并联在电阻两端，电流由电压表的正接
线柱流入电压表．
(2)因本实验是探究热敏电阻的阻值随温度变化的特性，所以实验需测出热敏电阻的阻值及
相应的温度，热敏电阻的阻值用R ＝U I 间接测量，故需记录的数据是温度示数和电压表的示数．
(3)设热敏电阻R ＝R 0＋kt ，k ＝108－10420－10
＝0.400. 温度为10℃时，热敏电阻R ＝104Ω，则R 0＝R －kt ＝104Ω－0.400×10Ω＝100Ω，所以R ＝100＋0.400t (Ω)．
10．用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度，该装置是在
矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组合成的压力传感器，用两根相同的轻弹簧夹着一质量为2.0kg 的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a 、b 上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出．现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b 在前，传感器a 在后．汽车静止时，传感器a 、b 的示数均为10N.(g 取10m/s 2)
(1)若传感器a 的示数为14N ，b 的示数为6.0N ，求此时汽车的加速度大小和方向．
(2)当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a 的示数为零．
[答案] (1)4m/s 2 向右 (2)10m/s 2
向左
[解析] 传感器上所显示出力的大小，即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知，此即为
弹簧上的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小．
(1)如右图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力F 1＝14N ，右侧弹簧对滑块的向左的推
力F 2＝6.0N.
滑块所受合力产生加速度a 1，根据牛顿第二定律有F 1－F 2＝ma 1，得a 1＝
F 1－F 2m ＝14－6.02.0m/s 2＝4m/s 2.a 1与F 1同方向，即向前(向右)．
(2)a 传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F ′1＝0，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，
右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为F ′2＝20N.滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得F 合＝F ′2＝ma 2，得a 2＝F 2′m
＝－10m/s 2.负号表示方向向后(向左)． 11．(2009·宁夏)青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能．用光
敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制．光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为0；照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大。利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开。电磁开关的内部结构如图所示。1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于50mA 时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50mA 时，3、4接通。励磁线圈中允许通过的最大电流为100mA.
(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图．
光敏电阻R 1，符号
灯泡L ，额定功率40W ，额定电压36V ，符号
保护电阻R 2，符号
电磁开关，符号
蓄电池E ，电压36V ，内阻很小；开关S ，导线若干。
(2)回答下列问题： ①如果励磁线圈的电阻为200Ω，励磁线圈允许加的最大电压为________V ，保护电阻R 2的
阻值范围为________Ω。
②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之
间从断开变为接通。为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明．
答：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ③任意举出一个其它的电磁铁应用的例子。
答：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________
[答案] (1)电路原理如图所示
(2)①20 160～520
②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合
时，3、4之间断开
③电磁起重机
[解析] (1)电路原理如图所示．
(2)U ＝I max R ＝100×10－3
×200V＝20V.
保护电阻R 2上的最大电流为100mA ，此时其两端电压为16V ，则对应的电阻 R 2＝16
100×10
－3Ω＝160Ω. 电路中最小电流为50mA ， 线圈两端电压U 1＝I min R ＝50×10－3×200V＝10V ，则
R 2上的电压为36V －10V ＝26V ，R 2＝
2650×10
－3Ω＝520Ω.故R 2的阻值范围为160Ω～520Ω.