物理鲁科版 (2019)第1节 常见传感器的工作原理练习

第5章传感器及其应用

第1节　常见传感器的工作原理

课后篇巩固提升

必备知识基础练

1.(多选)(2020内蒙古赤峰检测)有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件,将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后,用黑纸包住元件或者把元件置入热水中,观察欧姆表的示数,下列说法中正确的是(　　)

A.置入热水中与不置入热水中相比,欧姆表示数变化较大的一定是热敏电阻

B.置入热水中与不置入热水中相比,欧姆表示数不变化的一定是定值电阻

C.用黑纸包住与不用黑纸包住相比,欧姆表示数变化较大的一定是光敏电阻

D.用黑纸包住与不用黑纸包住相比,欧姆表示数相同的一定是定值电阻

解析热敏电阻的阻值随温度的变化而变化,定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度发生变化,故A正确,B错误;光敏电阻的阻值随光照的变化而变化,而定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照的变化而变化,故C正确,D错误。

答案AC

2.(2020吉林吉化一中期中)用遥控器调换电视机频道的过程,实际上就是传感器把光信号转换为电信号的过程,下列属于这类传感器的是(　　)

A.红外报警装置

B.走廊照明灯的声控开关

C.自动洗衣机中的压力传感装置

D.电饭煲中控制加热和保温的温控器

解析红外报警是将光信号转换为电信号的过程,故A选项正确;B选项是将声音信号转换为电信号的过程;C选项是利用压力来传递信息的过程;D选项则是通过温度来控制的过程。

答案A

3.(2020西安七十中检测)如图所示,将一光敏电阻接入多用电表两表笔上,将多用电表的选择开关置于欧姆挡,用光照射光敏电阻时,表针的偏角为θ;现用手掌挡住部分光线,表针的偏角为θ',则可判断(　　)

A.θ'=θ B.θ'<θ

C.θ'>θ D.不能确定

解析光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小,用手掌挡住部分光线,阻值变大,指针自左向右偏转角度变小,B正确。

答案B

4.(多选)(2020福建莆田24中检测)压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小。一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置,如图甲所示,将压敏电阻平放在升降机内,受压面朝上,在上面放一物体m,升降机静止时电流表示数为I0。某过程中电流表的示数如图乙所示,则在此过程中(　　)

A.物体处于失重状态

B.物体处于超重状态

C.升降机一定向上做匀加速运动

D.升降机可能向下做匀减速运动

解析由乙图知电流强度变为原来的两倍,而加在压敏电阻两端的电压不变,说明压敏电阻的阻值减小,即物体对压敏电阻的压力增大,物体所受支持力大于重力,升降机匀加速上升或匀减速下降,处于超重状态,故选B、D。

答案BD

5.(2020广东汕头澄海中学检测)有一电学元件,温度升高时其电阻减小,这种元件可能是(　　)

A.金属导体 

B.光敏电阻

C.热敏电阻 

D.霍尔元件

解析金属导体电阻一般随温度升高而增大,光敏电阻是随光照强度的增大而减小,正温度系数热敏电阻的阻值随温度的升高而增大,负温度系数热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,霍尔元件的霍尔电压随磁感应强度的增大而增大,故C对,A、B、D错。

答案C

6.(2020江苏靖江联考调研改编)利用光敏电阻制作的光传感器,记录了传送带上工件的输送情况,如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器,光传感器B能接收到发光元件A发出的光,每当工件挡住A发出的光时,光传感器就输出一个电信号,并在屏幕上显示出电信号与时间的关系,如图乙所示。若传送带始终匀速运动,每两个工件间的距离为0.2 m,则传送带运动的速度大小是　　　　 m/s;该传送带每小时输送　　　　个工件。 

解析从乙图可知,每间隔1秒的时间光传感器就输出一个电信号,而在这一段时间内传送带运动了两个工件之间的距离,所以传送带运动的速度是v=m/s=0.2m/s;传送带每小时传送的距离为s=vt=0.2×3600m=720m,工件个数为n=个=3600个。

答案0.2　3 600

7.如图所示,是自动控制电路的原理图,a、b间电压恒定,R1为光敏电阻,R2为定值电阻。当电路中的光敏电阻不受光的照射时用电器可以正常工作。

(1)当光敏电阻受光的照射时,其阻值和电流表的示数如何变化?

(2)当光敏电阻受光的照射时,用电器工作状态怎样?

解析受光照射时,光敏电阻的阻值会减小为原来的,所以当光照射时电路总阻值变小,干路电流增大很多,R2两端电压增大很多,并联部分的电压变得很小,用电器停止工作,电流表示数变得很小。

答案(1)减小　减小　(2)停止工作

关键能力提升练

8.(多选)(2020吉林辽源月考)如图甲所示的电路中电源电动势E=8 V,电阻R与一个电流传感器相连,传感器可以将电路中的电流随时间变化的曲线显示在计算机屏幕上,先将S接2给电容器C充电,再将S接1,结果在计算机屏幕上得到如图乙所示的曲线,B为图线上的一点,将该曲线描绘在坐标纸上(坐标纸上的小方格图中未画出),电流坐标轴每小格表示0.1 mA,时间坐标轴每小格表示0.1 s,曲线与AOD所围成的面积约为80个小方格,则下列说法正确的是(　　)

A.充电电流由a极板穿过电容器内部流向b极板

B.B点的坐标乘积表示电容器放电过程中流过电流传感器的电荷量

C.电容器充电完毕时,所带电荷量约为8×10-4 C

D.电容器的电容约为10-4 F

解析充电电流由电源正极流向a极板,而不是由a极板穿过电容器内部流向b极板,选项A错误;图像与坐标轴所围成的面积表示电容器放电过程中流过电流传感器的电荷量,所以B点的坐标乘积小于电容器放电过程中流过电流传感器的电荷量,选项B错误;根据图像的含义,因Q=It,所以曲线与AOD所围方格的面积表示电容器放出的电荷量,也等于充电的总电荷量,Q=0.1×10-3×0.1×80C=8×10-4C,选项C正确;C=F=10-4F,选项D正确。

答案CD

9.(多选)(2020山西芮城月考)有一种测量人体重的电子秤,其原理如图中虚线内所示,它主要由三部分构成:踏板、压力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)。设踏板的质量可忽略不计,已知理想电流表的量程为3 A,电源电动势为12 V,内阻为2 Ω,电阻R随压力变化的函数式为R=30-0.01F(F和R的单位分别是N和Ω)。下列说法正确的是(　　)

A.该秤能测量的最大体重是1 400 N

B.该秤能测量的最大体重是2 800 N

C.该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处

D.该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.400 A处

解析分析题意可知,理想电流表的量程为3A,故电路中电流为3A时,电子秤测量的体重最大,根据闭合电路欧姆定律可知,I=,解得R=2Ω,其中R=30-0.01F,联立解得F=2800N,A选项错误,B选项正确;踏板空载时F=0,代入R=30-0.01F,解得R=30Ω,根据欧姆定律得,I=0.375A,该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375A处,C选项正确,D选项错误。

答案BC

10.(多选)霍尔元件的结构牢固,体积小,重量轻,寿命长,安装方便,功耗小,频率高(可达1 MHz),耐震动,不怕灰尘、油污、水汽及烟雾等的污染或腐蚀,所以得到了广泛的应用。如图甲是常见的两种霍尔元件,图乙为其工作的原理图。在霍尔元件中通以大小恒定的电流,方向由a向b,将一磁体靠近时,在c、f两端将会有一定的电势差,下列说法正确的是(　　)

A.磁场无论是什么方向,c、f两端都会有电势差

B.只要保持磁感应强度大小不变,无论怎样改变磁场的方向,c、f两端的电势差都不会发生变化

C.当磁感应强度大小不变时,c、f两端的电势差会随所加磁场方向的变化而变化

D.在加上某一方向的磁场后,如果c、f两端有电势差,其数值会随磁感应强度的增大而增大

解析霍尔元件的工作原理是磁场对运动电荷会产生力的作用,但当电荷运动的方向与磁场方向平行时,就不会受到磁场力的作用,c、f两端就不会产生电势差,选项A、B错误,C正确;当有磁场时,如果c、f两端产生电势差,由UH=k可得,电势差的数值会随磁感应强度的增大而增大,选项D正确。

答案CD

11.如图所示为某种电子秤的原理示意图,AB为一均匀的滑线电阻,阻值为R,长度为L,两边分别有P1、P2两个滑动头,P1可在竖直绝缘光滑的固定杆MN上保持水平状态而上下自由滑动。弹簧处于原长时,P1刚好指着A端,P1与托盘固定相连。若P1、P2间出现电压时,该电压经过放大,通过信号转换后在显示屏上将显示物体重力的大小。已知弹簧的劲度系数为k,托盘自身质量为m0,电源电动势为E,内阻不计,当地的重力加速度为g。

(1)求托盘上未放物体时,在托盘自身重力作用下,P1与A端的距离x1。

(2)求托盘上放有质量为m的物体时,P1与A端的距离x2。

(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点,其方法是:调节P2,使P2离A端的距离也为x1,从而使P1、P2间的电压为零。校准零点后,将物体放在托盘上,试推导出物体质量m与P1、P2间的电压U之间的函数关系式。

解析(1)由力的平衡知识有:m0g=kx1,解得x1=。

(2)放上物体重新平衡后有:m0g+mg=kx2,解得x2=。

(3)托盘的移动带动P1移动,使P1、P2间出现电势差,电势差的大小反映了托盘向下移动距离的大小,由于R为均匀滑线电阻,则其阻值与长度成正比。由闭合电路欧姆定律知:E=IR,由部分电路欧姆定律知:U=IR串(R串为P1、P2间电阻),,其中x为P1、P2间的距离,x=x2-x1=,联立解得:m=。

答案(1)　(2)　(3)m=