2023一轮复习课后速练57 12.4 传感器的应用

2023一轮复习课后速练(五十七)

一、选择题

1.(2022·湖北模拟)随着科学的发展与生活水平的提高，传感器已经进入日常生活．如图所示为某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻(随光照强度的增强，阻值减小)，R2为定值电阻，A、B接监控装置．则下列说法正确的是(　　)

①当有人通过遮蔽光线时，A、B之间的电压升高

②当有人通过遮蔽光线时，A、B之间的电压降低

③当仅增大R2的阻值时，A、B之间的电压升高

④当仅减小R2的阻值时，A、B之间的电压升高

A．①③　　　　　　　　　 B．①④

C．②③   D．②④

【答案】　C

【思维分析】 R1为光敏电阻，光照增强时，电阻减小，当有人通过而遮蔽光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B之间的电压U＝IR2降低，故①项错误，②项正确；则A、B两项均错误．由闭合电路欧姆定律得U＝E－I(R1＋r)，当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B之间的电压U升高，故③项正确；当仅减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B之间的电压U降低，故④项错误，则C项正确，D项错误．

2．(2021·江苏模拟)(多选)某磁敏电阻的阻值R随外加磁场的磁感应强度B变化的图线如图甲所示．学习小组使用该磁敏电阻设计了保护负载的电路如图乙所示，U为直流电压，下列说法正确的有(　　)

A．增大电压U，负载电流不变

B．增大电压U，电路的总功率变大

C．抽去线圈铁芯，磁敏电阻的阻值变小

D．抽去线圈铁芯，负载两端电压变小

【答案】　BC

【思维分析】 增大电压U，为保护负载，则磁敏电阻两端分压增大，则磁敏电阻的阻值增大，根据甲图可知磁感应强度增大，所以通过线圈的电流增大，根据P＝UI，可知电路的总功率P变大，故A项错误，B项正确；抽去线圈铁芯，线圈产生的磁感应强度减小，故磁敏电阻的阻值变小，则磁敏电阻两端的电压变小，而U不变，所以负载两端电压变大，故C项正确，D项错误．故选B、C两项．

3．(2022·四川模拟)山地车上常安装磁电式转速传感器以测量车速，传感器主要由磁铁和感应器组成，如图甲所示．磁铁固定在车轮辐条上，感应器由T形软铁、线圈等元件组成，如图乙所示．车轮转动时，线圈中就会产生感应电流．已知车轮的半径为r，自行车匀速运动时测得线圈中感应电流的频率为f.下列说法正确的是(　　)

A．自行车的车速为

B．当磁铁距离线圈最近的时候，线圈中的磁通量最大

C．随着车轮转速的增加，线圈中感应电流的频率增加但有效值不变

D．车轮转动时线圈中的感应电流方向不变，只是大小发生周期性变化

【答案】　B

【思维分析】 自行车匀速运动时测得线圈中感应电流的频率为f，则自行车的车速为v＝2πrf，故A项错误；当磁铁距离线圈最近的时候，线圈中磁感应强度最强，线圈中的磁通量最大，故B项正确；随着车轮转速的增加，穿过线圈的磁通量变化率变大，所以产生的感应电动势的最大值也会增大，有效值增加，故C项错误；线圈中的原磁通量方向不变，但是因为穿过线圈的磁通量有增大也有减小，所以感应电流的磁场方向有与原磁场方向相同时，也有相反时，所以感应电流的方向也会变化，故D项错误．故选B项．

4．(2022·辽宁模拟)如图是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的示意图．R是光敏电阻，R0是保护定值电阻，日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，GH接入电路，太阳能电池板给蓄电池充电，光线不足时，衔铁被弹簧拉起，与EF接入电路，蓄电池给LED路灯供电，路灯亮起，下列关于该电路分析正确的是(　　)

A．该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大

B．增大电源电动势可以增加路灯照明时间

C．增大保护电阻R0阻值可延长每天路灯照明时间

D．并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间

【答案】　C

【思维分析】 日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，根据闭合电路欧姆定律，控制电路中电阻变小，电流变大，衔铁被吸下，则当日光充足时光敏电阻R减小，故A项错误；电动势增大，电阻不变的情况下，电流增大，电磁继电器把衔铁吸下，减少了路灯照明时间，故B项错误；增大保护电阻R0，减小了电流，延长了照明时间，故C项正确；LED灯的盏数不影响控制电路，考虑蓄电池容量一定，可能减少照明时间，故D项错误．故选C项．

5．(2021·广东模拟)(多选)图甲虚线框内所示是电子秤测量部分的原理图，压力传感器的电阻R随压力F的变化如图乙所示．开关闭合后，压力传感器两端的电压恒为6.0 V．电流表的量程为0.6 A．电表的内阻、踏板和压杆的质量可以忽略不计．则电子秤(　　)

A．最大称量值为1 500 N

B．压力传感器的电阻最小为0

C．空载时，电流表的读数为20 mA

D．称重为900 N时，电阻R为120 Ω

【答案】　CD

【思维分析】 由图乙得到R＝300－0.2F，可知当电阻R＝0时，压力Fmax＝1 500 N，但回路中的电阻不可能为零，则压力最大值不可能为1 500 N，故A项错误；压力传感器的电阻为零时，电源短路，则压力传感器的电阻最小不可能为零，故B项错误；空载时F＝0，根据图乙知此时R＝300 Ω，由I＝＝＝20 mA，故C项正确；当F＝900 N，由R＝300－0.2F，可得R＝120 Ω，故D项正确．故选C、D两项．

6．(2022·福建模拟)(多选)自行车速度计可以利用霍尔效应传感器获知自行车的运动速率．如图甲所示，一块磁铁安装在前轮上，轮子每转一圈，磁铁就靠近传感器一次，传感器就会输出一个脉冲电压．如图乙所示，电源输出电压为U1，当磁场靠近霍尔元件时，在导体前后表面间出现电势差U2(前表面的电势低于后表面的电势)．下列说法中正确的是(　　)

A．图乙中霍尔元件的载流子带正电

B．已知自行车车轮的半径，再根据单位时间内的脉冲数，即获得车速大小

C．若传感器的电源输出电压U1变大，则霍尔电势差U2变大

D．霍尔电势差U2的大小与霍尔元件所用的材料有关

【答案】　BCD

【思维分析】 根据左手定则可判断，霍尔元件的电流I是由电子的定向移动形成的，故A项错误；根据单位时间的脉冲数，可求得车轮的转动周期，从而求得车轮的角速度，根据v＝ωr，可求得车速的大小，故B项正确；根据qvB＝q得U2＝Bdv，由电流的微观定义式I＝neSv，n是单位体积内的电子数，e是单个导电粒子所带的电荷量，S是导体的横截面积，v是带电粒子运动的速度，整理得出v＝，联立得U2＝，若传感器的电源输出电压U1变大，电流增大，U2也增大，不同的材料单位体积内的电子数不同，所以霍尔电势差U2的大小与霍尔元件所用的材料有关，故C、D两项正确．故选B、C、D三项．

二、非选择题

7．(2021·八省联考辽宁卷)某同学为定性探究光敏电阻阻值随光照强度变化的关系，设计了如图a所示的电路．所用器材有：置于暗箱(图中虚线区域)中的光敏电阻RG、小灯泡和刻度尺；阻值为R的定值电阻；理想电压表V；电动势为E、内阻为r的电源；开关S；导线若干．

实验时，先按图a连接好电路，然后改变暗箱中光源到光敏电阻的距离d，记录电压表的示数U，获得多组数据如下表．

回答下列问题：

(1)光敏电阻阻值RG与电压表示数U的关系式为RG＝________(用E、r、R、U表示)；

(2)在图b的坐标纸上补齐数据表中所给的第二组数据点，并作出U－d的非线性曲线；

(3)依据实验结果可推断：光敏电阻的阻值随着光照强度的减小而________(填“增大”或“减小”)；

(4)该同学注意到智能手机有自动调节屏幕亮度的功能，光照强度大时屏幕变亮，反之变暗．他设想利用光敏电阻的特性，实现“有光照射光敏电阻时，小灯泡变亮；反之变暗”的功能，设计了如图c所示电路，则电路中________(填“R1”或“R2”)为光敏电阻，另一个为定值电阻．

【答案】　(1)R－r－R　(2)如图所示

(3)增大　(4)R2

【思维分析】 (1)根据闭合电路欧姆定律及电路图，可得I＝，U＝IR，联立解得RG＝R－r－R.

(2)第二组数据点的坐标为U＝220.0 mV，d＝10.00 cm，描点、连线如答案图所示．

(3)当光源距离光敏电阻越远时，光照强度越小，电压表示数越小，根据RG＝R－r－R可知，光敏电阻的阻值RG越大，即光敏电阻RG的阻值随光照强度的减小而增大．

(4)如果R1为光敏电阻，有光照射光敏电阻时，外电路总电阻变小，整个电路电流增大，路端电压降低，由串并联规律知灯泡与R2的总电压降低，又由R2与灯泡的总阻值不变，则流过R2与灯泡的电流变小，故灯泡变暗；当R2为光敏电阻时，有光照射光敏电阻时，外电路总电阻变小，整个电路电流增大，内电压升高，路端电压降低，流过R1的电流减小，因此流过灯泡的电流增大，灯泡变亮，因此R2为光敏电阻．

8．(2022·湖北模拟)传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用．某研究性学习小组设计了一种温度控制装置，温控开关可采用热敏电阻来控制．

(1)先通过实验探究某一热敏电阻的阻值Rt随温度t的变化关系．已知该热敏电阻在常温下的阻值约100 Ω.

现提供以下实验器材：

A．控温箱(用以调节热敏电阻Rt的温度)

B．电压表V(量程3 V，内阻约1.0 kΩ)

C．电流表A1(量程50 mA，内阻r1＝100 Ω)

D．电流表A2(量程100 mA，内阻r2约为40 Ω)

E．滑动变阻器R(阻值变化范围为0～10 Ω，允许通过的最大电流为2 A)

F．直流电源E(电动势为12 V，内阻很小)

G．开关一只，导线若干

要求用上述器材尽可能精确地测出热敏电阻在不同温度下的阻值，且尽可能多测几组数据，请在图甲虚线框中画出符合要求的实验电路图，并标明所选择器材的符号．

(2)学习小组测得热敏电阻的阻值随着温度变化的规律如图乙所示．

根据图乙求出热敏电阻阻值随温度变化的函数关系为__________________．

(3)如图丙所示，当1、2两端所加电压增大至2 V时，控制开关会自动启动加热系统进行加热，请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当温度达到80 ℃时启动温控系统．(不考虑控制开关对所设计电路的影响)

提供的器材如下：

热敏电阻Rt(阻值随温度变化规律如图乙所示)；

直流电源E′(电动势3 V，内阻不计)；

定值电阻R1＝180 Ω，R2＝260 Ω，R3＝520 Ω(限选其中之一并在图中标出)；

开关S及导线若干．

定值电阻应选________，在图丙虚线框内完成电路原理图．

【答案】　(1)见【思维分析】 (2)Rt＝(100＋2t) Ω　(3)R3　见解析

【思维分析】 (1)要求尽可能精确地测出热敏电阻在不同温度下的阻值，且尽可能多测几组数据，所以采用分压式电路；因为电压表量程太小，且具体内阻不知，会导致测量值有较大的误差，所以用已知内阻的电流表A1作为电压表，电流表A2外接可以消除系统误差．实验电路设计如图所示

(2)根据图乙图像可得

Rt＝(100＋2t) Ω

(3)温度达到80 ℃时，可得热敏电阻Rt＝260 Ω，根据闭合电路欧姆定律可得，当定值电阻等于520 Ω时，1、2两端电压恰好为2 V，所以定值电阻应选择R3.电路图如图所示．

9．(2022·湖南模拟)图甲所示是大型机械厂里用来称重的电子吊秤，其中称重的关键元件是拉力传感器，其工作原理是：挂钩上挂上重物，拉力传感器中拉力敏感电阻丝在拉力作用下发生形变，拉力敏感电阻丝的电阻也随着发生变化，再经过相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流)，从而完成将重物的重力变换为电信号的过程．

小明找到了一根拉力敏感电阻丝RL，其阻值随拉力变化的图像如图乙所示，小明设计了合适的电路图并按图制成了一个简易“吊秤”．实验室提供了如下器材：

电源E(电动势为15 V，内阻约2 Ω)；

灵敏毫安表(量程为10 mA，内阻约50 Ω)；

滑动变阻器R(最大阻值为10 kΩ)；

RL接在A、B两接线柱之间，通过光滑绝缘小滑环可将重物吊起；

开关S和导线若干．

(1)请在图丙中帮助小明将设计的实验电路图补充完整．

(2)小明根据设计好的电路图，连接好实验电路，完成下列操作：

a．滑环下不吊重物时，调节滑动变阻器，当电流表为某一合适示数时，读出电流表的示数I1；

b．滑环下吊上待测重物，测出电阻丝与竖直方向的夹角为θ，保持滑动变阻器滑片位置不变，读出此时电流表的示数I2.

设RL－F图像的斜率为k，待测重物的重力G的表达式为G＝________(用物理量的符号表示)．

(3)小明在实验的过程中不慎将灵敏毫安表烧坏，现手头只有量程为2 mA、内阻(标称值)为200 Ω的电流表，还有定值电阻R1(50 Ω)、定值电阻R2(10 Ω)可供选择，为了使实验顺利进行，小明决定改装电流表，将2 mA的电流表的量程扩大至10 mA，小明改装的方法是电流表应该和定值电阻________(选填“串联”或“并联”)，且定值电阻应选择________(在空格内填写字母代号)．

(4)由于量程为2 mA、内阻为200 Ω的电流表内阻的真实值比标称值略大，导致改装后的电流表示数与真实示数相比________(选填“偏大”或“偏小”)，应该使选择的定值电阻阻值适当________(选填“增大”“减小”或“不变”)．

【答案】　(1)图见【思维分析】 (2)　(3)并联　R1　(4)偏小　增大

【思维分析】 (1)如图所示

(2)对待测重物受力分析，由平衡条件得

2Fcos θ＝G

由题图乙得

F＝，R0＝103 Ω

由闭合电路欧姆定律得

R0＝－(R＋Rg＋r)，RL＝－(R＋Rg＋r)

故RL－R0＝－

联立解得G＝.

(3)将2 mA的电流表的量程扩大至10 mA，根据并联分流原理，电流表应该和定值电阻并联，由并联电路电压相等可知

IgRg＝(I－Ig)R′

解得R′＝50 Ω

故选择R1.

(4)改装的电流表的分流电阻分得的电流偏大，改装后电流表示数比真实值偏小．

根据改装电流表的原理，内阻真实值比标称值大，并联的分流电阻也应比50 Ω大，故应适当增大分流电阻的阻值．

10.(2022·山东模拟)声敏电阻的特点是随接收到的声音强度I(dB)的增大电阻值减小，某同学用欧姆表粗略地测量了一个声敏电阻的阻值约为80 Ω.该同学为了检验声敏电阻的阻值随声音强度的变化关系，并把电压表V1改装成声音强度检测仪，设计了如图所示的电路．

可提供的器材有：

A．电源：E＝9.0 V，内阻未知

B．两相同电压表：量程0～3 V，内阻未知

C．声敏电阻R，音箱(最大声音强度140 dB)

D．定值电阻，阻值为30 Ω

E．定值电阻，阻值为60 Ω

F．滑动变阻器，最大阻值为10 Ω

G．滑动变阻器，最大阻值为100 Ω

H．开关、导线若干

回答下列问题：

(1)电路图中滑动变阻器没有完成连接，根据自己的判断在实物图中完成滑动变阻器的连接，并把其他器材也连入电路；

(2)实验中保持电压表V2的示数3.00 V不变，调节音箱的音量，使声敏电阻接收到不同的声音强度，在电压表V1中读出不同声音强度对应的电压值，列表如下：

可以判断该同学使用的定值电阻为________，滑动变阻器为________(填器材前面的字母)；

(3)在下面的坐标纸中作出声敏电阻的阻值R随声音强度I变化的曲线，利用所作的曲线可判断，当电压表示数U1＝1.80 V时，对应的声音强度I＝________dB.

【答案】　(1)图见【思维分析】 (2)D　F　(3)图见【思维分析】 78

【思维分析】 (1)为了精确测量，所以滑动变阻器采用分压式接法，实物图如图所示．

(2)因为当I＝0时，U1＝0.8 V，此时声敏电阻的阻值约为80 Ω，则声敏电阻两端电压为

U声＝3.0 V－0.8 V＝2.2 V

通过定值电阻的电流

I＝＝ A

则定值电阻的阻值为

R1＝＝ Ω≈30 Ω

所以可知定值电阻为D项．

为了精确测量，便于操作应选用滑动变阻器阻值较小的F项．

(3)当U1＝1.15 V时，声敏电阻两端电压为

U声＝3.0 V－1.15 V＝1.85 V

通过的电流

I＝＝ A

声敏电阻

R声＝＝ Ω≈48 Ω

同理可得不同电压下声敏电阻的阻值，如下表

则声敏电阻的阻值R随声音强度I变化的曲线如图所示．

当U1＝1.80 V时，声敏电阻两端电压为

U声＝3.0 V－1.80 V＝1.2 V

通过的电流

I＝＝0.06 A

声敏电阻

R声＝＝ Ω＝20 Ω

由图可得，对应的声音强度约为78 dB.