1、第第 5 5 章章 传感器及其应用传感器及其应用 (时间：60 分钟 满分：100 分) 一、 选择题(本题共 12 小题， 每小题 5 分， 共 60 分。 17 小题为单项选择题， 8 12 小题为多项选择题) 1下列应用中不是利用了传感器的有( ) A医疗和防疫需要一种快速、准确而又与被测者身体没有接触的体温测试仪 B化工厂控制室内为了同时知道相距较远的若干个反应器中的温度所用的温度 测试仪 C所用的孵化器要在达到设定的温度时切断加热器的电源所用的控制电路 D电烙铁通电后会发热 解析 医疗和防疫需要一种快速、 准确而又与被测者身体没有接触的体温测试仪， 化工厂的控制室内为了同时知道相距较
2、远的若干个反应器中的温度所用的温度 测试仪， 都是把温度这个热学量转换为电学量， 所用的都是温度传感器， 选项 A、 B 正确；孵化器要在达到设定的温度时切断加热器的电源所用的控制电路，是把 温度这个热学量转换为电路的通断，也是传感器，选项 C 正确；电烙铁通电会 发热，是利用了电流的热效应，而不是把非电学量转换成电学量的传感器，选项 D 错误。 答案 D 2关于测温仪，下列说法中正确的是( ) A测温用的金属热电阻的阻值不能随温度的变化而变化 B机场、车站用的测温仪能非常迅速地测出人的体温，它是利用了红外线敏感 元件 C热敏电阻的特点是随温度的升高而电阻变小 D以上说法都不对 解析 金属热电
3、阻随温度的升高而阻值升高，NTC 热敏电阻随温度升高而阻值 减小，而 PTC 热敏电阻的阻值随温度的升高而增大，测温仪利用了红外线敏感 元件，所以 B 正确。 答案 B 3楼道里，夜间只是偶尔有人经过，电灯总是亮着会浪费电能。科研人员利用 光敏材料制成“光控开关”，天黑时自动闭合，天亮时自动断开；利用声敏材料 制成“声控开关”， 当有人走动发出声音时， 自动闭合， 无人走动时， 自动断开。 若将这两个开关配合使用，就可以使楼道变得“智能化”，这种“智能”电路正 确的电路原理图是( ) 解析 需要同时满足题意的两个条件，则必须把光控开关和声控开关串联，故选 项 D 正确。 答案 D 4如图所示是
4、某种汽车上的一种自动测定油箱内油面高度的装置。R 是滑动变 阻器，它的金属滑片是杠杆的一端，从油量表(由电流表改装而成)指针所指的刻 度，就可以知道油箱内油面的高度，当滑动变阻器的金属滑片向下移动时，则 ( ) A电路中的电流减小，油箱油面降低 B电路中的电流减小，油箱油面升高 C电路中的电流增大，油箱油面降低 D电路中的电流增大，油箱油面升高 解析 当油箱油面升高时，由于浮力作用使金属滑片向下移动，回路电阻减小， 电流增大，故选项 D 正确。 答案 D 5如图所示的电路可将声音信号转换为电信号，该电路中右侧固定不动的金属 板b与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜a构成一个电容器
5、， a、b 通过导线与恒定电源两极相接，若声源 S 做简谐运动，则( ) Aa 振动过程中，a、b 板间的电场强度不变 Ba 振动过程中，a、b 板所带电荷量不变 Ca 振动过程中，灵敏电流计中始终有方向不变的电流 Da 向右的位移最大时，a、b 板所构成的电容器的电容最大 解析 由于平行板电容器两极板与电源两极相连接，因此两极板间的电压 U 保 持不变，根据场强 EU d，C rS 4kd可判断，选项 A 错误，D 正确；再由 QCU 可知，选项 B 错误；由于 Q 变化，使电容器出现充电、放电现象，则电流计中 电流方向不断变化，选项 C 错误。 答案 D 6某仪器内部电路如图所示，其中 M
6、 是一个质量较大的金属块，左、右两端分 别与金属丝制作的弹簧相连，并套在光滑水平细杆上，a、b、c 三块金属片的间 隙很小(b 固定在金属块上)。当金属块处于平衡时两根弹簧均处于原长状态。若 将该仪器固定在一辆汽车上，则下列说法正确的是 ( ) A当汽车加速前进时，甲灯亮 B当汽车加速前进时，乙灯亮 C当汽车刹车时，乙灯亮 D当汽车刹车时，甲、乙灯均不亮 解析 向前加速时， M 向左移动， b 与 a 接触， 乙灯亮； 当刹车时， M 向右移动， b 与 c 接触，甲灯亮。故选项 B 正确。 答案 B 7如图甲所示为一种电容式位移传感器的原理图，当被测物体在左右方向发生 位移时，电介质板随之在
7、电容器两极板之间移动，已知电容器的电容与电介质板 进入电容器的长度 x 之间的关系如图乙所示，其中 C0为电介质没有插入电容器 时的电容，为判断被测物体是否发生微小移动，将该电容式位移传感器与电源、 电流表、开关组成串联回路(图中未画出)，被测物体的初始位置如图甲所示，电 路闭合一段时间后，下列说法正确的是( ) A若电源为直流电源且直流电流表示数不为零，说明物体一定在发生移动 B若电源为交流电源且交流电流表示数不为零，说明物体一定在发生移动 C若电源为直流电源且直流电流表示数变大，说明物体一定在向右发生移动 D若电源为交流电源且交流电流表示数变大，说明物体一定在向右发生移动 解析 根据平行板
8、电容器的电容公式 C rS 4kd， 当电介质插入极板间的长度发生 变化时，则电容器电容发生变化，根据 QCU 可知，电容器极板上的电荷量发 生变化，会有电流“通过”电容器。所以若电源为直流电源且直流电流表示数不 为零，说明物体一定在发生移动，故 A 正确；电容具有“隔直流、通交流”的 特点，所以若电源为交流电源，则交流电流表示数不为零，不能说明物体一定在 发生移动，故 B 错误；若电源为直流电源且直流电流表示数变大，因没有说明 电流的方向，不能判断出物体一定在向右发生移动，故 C 错误；若电源为交流 电源且交流电流表示数变大，说明电容容抗变小，即电容变大，说明物体一定向 左发生移动，故 D
9、错误。 答案 A 8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，手指与内部 导体层间会形成一个特殊电容(耦合电容)，电流由四边电极流向触点，而电流强 弱与手指到电极的距离成正比， 位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强 弱，准确算出触摸点的位置。由以上信息可知( ) A电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指 B当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越大 C当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越小 D如果用戴了较厚手套的
10、手触摸屏幕，照样能引起触摸屏反应 解析 电容式触摸屏在原理上把人体当成电容器的一个极板， 把导体层当成另一 个极板，A 正确；手指与屏的接触面积越大，两个极板的正对面积越大，故电容 越大，B 正确，C 错误；如果用戴了较厚手套的手触摸屏幕时，不能引起触摸屏 反应，这是因为手与导体层距离较大，不能引起导体层电场的变化，D 错误。 答案 AB 9如图所示，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 相距不变，下列说法正确的是 ( ) 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
11、功率减小 C当滑动触头 P 向右移动时，L 消耗的功率减小 D无论怎样移动触头 P，L 消耗的功率都不变 解析 电源电压恒定，也就是说，并联电路两端的电压恒定，当滑动触头向左移 动时，发光二极管发光变强，光敏电阻的阻值变小，所以电流变大，则 L 的功 率变大，A 正确；当滑动触头向右移动时，发光二极管发光变弱，光敏电阻阻值 变大，所以电流变小，则 L 的功率变小，C 正确。 答案 AC 10传感器是把非电学量转换成电学量的一种元件。如图所示，乙、丙是两种常 见的电容式传感器，现将乙、丙两种传感器分别接到图甲的电路中进行实验(电 流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)，下列实验现象中正确的是( )
12、 A将乙传感器接入电路中进行实验时，若 F 变小，则电流表指针向右偏转 B将乙传感器接入电路中进行实验时，若 F 变大，则电流表指针向右偏转 C将丙传感器接入电路中进行实验时，若导电溶液深度 h 变大，则电流表指针 向左偏转 D将丙传感器接入电路中进行实验时，若导电溶液深度 h 变小，则电流表指针 向左偏转 解析 将乙传感器接入电路中进行实验时，若 F 变大，极板间距 d 变小，由 C rS 4kd，知电容 C 变大，又根据 QCU，极板带电荷量 Q 变大，电容器充电， 电流表中产生由正接线柱流入的电流，电流表指针向右偏转；若 F 变小，则指 针向左偏，A 错误，B 正确；将丙传感器接入电路中
13、进行实验时，若导电溶液深 度 h 变大，则相当于两极板的正对面积 S 变大，由 C rS 4kd，知电容 C 变大，则 Q 变大，指针向右偏，反之，h 变小时，电流表指针向左偏，C 错误，D 正确。 答案 BD 11为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构 成的电容器 C 置于储罐中，电容器可通过开关 S 与线圈 L 或电源相连，如图所 示。当开关从 a 拨到 b 时，由 L 与 C 构成的回路中产生周期 T2 LC的振荡电 流。当罐中的液面上升时( ) A电容器的电容减小 B电容器的电容增大 CLC 回路的振荡频率减小 DLC 回路的振荡频率增大 解析 液面上升时，
14、两板间的电介质变多，根据电容的决定式 C rS 4kd知，电容 器的电容 C 增大，选项 B 正确，A 错误；根据振荡电流的周期 T2 LC可知， 周期变大，由 f1 T可知，频率变小，选项 C 正确，D 错误。 答案 BC 12如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用 d 表示薄片的厚度，k 为霍 尔系数，对于一个霍尔元件 d、k 为定值，如果保持 I 恒定，则可以验证 UH随 B 的变化情况。以下说法正确的是(工作面是指较大的平面)( ) A将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变大 B在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平 C在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍
15、尔元件的工作面应保持水平 D改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化 解析 将永磁体的磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，B 增大，I 恒定，由公式 UHkIB d 知 UH将变大，选项 A 正确；地球两极的磁场方向在竖直方向上，所以 霍尔元件的工作面应保持水平，使 B 与工作面垂直，选项 B 正确；地球赤道上 的磁场沿水平方向，只有霍尔元件的工作面在竖直方向且垂直于南北时，B 才与 工作面垂直，选项 C 错误；改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，B 在垂直工作 面方向上的大小发生变化，UH将发生变化，选项 D 正确。 答案 ABD 二、非选择题(共 4 个题，共 40 分) 13(8 分)
16、如图(a)是测量汽车过桥时对不同类型桥面压力变化的实验。采用 DIS 方法对模型进行测量，其结果如图(b)中电脑屏幕所示。 (1)图(a)中的传感器为_传感器。 (2)图(a)中甲、乙、丙分别为三种不同类型的桥面。对于凸形桥甲，其相对应的 压力图线应是图(b)电脑屏幕上的_(填“a”“b”或“c”)。 (3)如增大小球在斜槽上的高度，请在图(b)中大致画出小球通过凸形桥甲时的压 力图线。 解析 (1)该传感器把力信号转化为电信号，属于压力传感器。 (2)小球经过凸形桥甲的最高点时，小球对桥面的压力小于小球所受的重力，其 相对应的压力图线应是电脑屏幕上的 c。 (3)增大小球在斜槽上的高度，小球
17、经凸形桥甲的最高点时对桥面的压力更小， 其图线与 c 相比较，最低点更低一点。如图所示。 答案 (1)压力 (2)c (3)见解析图 14 (12 分)如图甲所示是某同学探究热敏电阻的阻值随温度变化的规律时设计的 电路图。 (1)根据电路图，在图乙的实物上连线。 (2)通过实验，他得到了该热敏电阻的伏安特性曲线如图所示，由图可知，热敏 电阻的阻值随温度的升高而_。 (3)他将这个热敏电阻接入如图所示的电路中，已知电源电压为 9 V，R130 ， 内阻不计的电流表读数为 0.5 A，则 R2的阻值为_。 解析 (2)由热敏电阻伏安特性曲线可知：随电流、电压的增大，电功率增大， 温度升高，曲线上的
18、点与原点连线的斜率也增大，因此热敏电阻的阻值减小。 (3)电流表内阻不计，则通过 R1的电流 I1 E R1 9 30 A0.3 A。 通过 R2和 R 的电流为 I2IAI10.5 A0.3 A0.2 A， 由 R 的伏安特性曲线可以读出，当 I20.2 A 时，R 两端的电压为 U4 V， 则 R2两端的电压 U2EU5 V， 所以 R2U2 I2 5 0.2 25 。 答案 (1)连接实物图如图所示 (2)减小 (3)25 15(10 分)如图所示，图甲为热敏电阻的 Rt 图像，图乙为用此热敏电阻 R 和 继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器线圈的电阻为 150 。当线圈中 的电流
19、大于或等于 20 mA 时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池 的电动势 E6 V，内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。 (1)应该把恒温箱内的加热器接在 A、B 端还是 C、D 端？ (2)如果要使恒温箱内的温度保持 100 ，可变电阻 R的值应调节为多少？ 解析 (1)根据题意分析可知，应将加热器接在 A、B 端。 (2)由图甲查出热敏电阻在 100 时，电阻值为 50 。根据闭合电路欧姆定律可 得 EIR继IRIR，其中 E6 V，I20 mA210 2 A，R50 ，R 继150 ，代入数据解之得 R100 。 答案 (1)A、B 端 (2)100 16(10 分
20、)一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动，在圆盘上沿半径开有一条宽度 为 2 mm 的均匀狭缝。将激光器与传感器上下对准，使二者间连线与转轴平行， 分别置于圆盘的上下两侧，且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移动，激光器连续 向下发射激光束。在圆盘转动过程中，当狭缝经过激光器与传感器之间时，传感 器接收到一个激光信号，并将其输入计算机，经处理后画出相应图线。图甲为该 装置示意图，图乙为所接收的光信号随时间变化的图线，横坐标表示时间 t，纵 坐标表示接收到的激光信号强度 I，图中 t11.010 3 s，t 20.810 3 s。 (1)利用图乙中的数据求 1 s 时圆盘转动的角速度； (2)说明激光器和传感器沿半径移动的方向，并说明理由。 解析 (1)由题图读得，转盘的转动周期 T0.8 s， 角速度 2 T 23.14 0.8 rad/s7.85 rad/s。 (2)激光器和传感器沿半径向圆盘边缘移动。理由：由于脉冲宽度在逐渐变窄， 表明光信号能通过狭缝的时间逐渐减少， 即圆盘上对应传感器所在位置的线速度 逐渐增加，因此激光器和传感器沿半径由中心向边缘移动。 答案 (1)7.85 rad/s (2)见解析
