第四章　《传感器》综合评估

时间：90分钟　分值：100分

一、选择题(1～7为单选，每小题3分，8～10为多选，每小题5分，共36分)

1．关于传感器，下列说法正确的是(　A　)

A．光敏电阻和热敏电阻都是由半导体材料制成的

B．金属材料不可以制成传感器

C．传感器主要是通过感知电阻的变化来传递信号的

D．以上说法都不正确

2．电子秤使用的是(　B　)

A．超声波传感器   B．压力传感器

C．温度传感器   D．红外传感器

3．在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上装有的传感器是(　D　)

A．光传感器   B．温度传感器

C．声传感器   D．压力传感器

解析：当电梯门碰到人或其他障碍物时立即停止关门以防挤伤人，故为压力传感器．

4．下列器件不是应用温度传感器的是(　B　)

A．电熨斗   B．话筒

C．电饭锅   D．测温仪

5．对于常见的可燃气体浓度的检测，现在一般用催化燃烧检测器．它的原理如下：传感器的核心为一惠斯通电桥，其中一桥臂上有催化剂，当与可燃气体接触时，可燃气体在有催化剂的电桥上燃烧，该桥臂的电阻发生明显变化，其余桥臂的电阻不变化，从而引起整个电路的输出发生变化，而该变化与可燃气体的浓度成比例，从而实现对可燃气体的检测．由此可推断有催化剂的桥臂上的电阻材料为(　C　)

A．铜       B．合金

C．半导体       D．绝缘体

解析：可燃气体燃烧后电阻发生变化的原因，是由于温度升高造成的，所以此电阻应属于热敏电阻，而能够随温度变化其电阻有较明显变化的材料只可能是选项中的半导体材料，故选C.

6．如图所示，RT为金属热电阻，其他电阻都是普通的电阻，当灯泡L的亮度变暗时，说明(　A　)

A．环境温度变高   B．环境温度变低

C．环境温度不变   D．都有可能

解析：灯泡L的亮度变暗，由P＝I2RL可知电流变小，其他电阻不变，说明金属热电阻RT变大，环境温度变高，故A选项正确．

7．如图所示是一个路灯自动控制门电路．天黑了，路灯自动接通，天亮了，路灯自动熄灭，RG是光敏电阻(有光照射时，阻值会显著减小)，R是分压电阻，J是路灯总开关控制继电器(路灯电路未画)，虚线框内应安装的门电路是(　B　)

A．“与”门电路   B．“非”门电路

C．“或”门电路   D．前面三种电路都可以

解析：有光照时，RG变小，R两端电压增大，即输入的为高电势，而J上电压必须小，继电器才不工作，路灯是不亮的，所以应为非门电路．

8．当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品之中，下述关于常用的几种家用电子器件所采用传感器说法中，正确的是(　BD　)

A．电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了光电传感器

B．电子体温计中主要是采用了温度传感器

C．电脑所用的光电鼠标主要是采用了声波传感器

D．电子秤中主要是采用了力电传感器

解析：电视机对无线遥控信号的接收采用了红外线传感器，电脑所用的光电鼠标主要采用了光传感器，所以A、C项错误．

9．电吉他之所以能以其独特的魅力吸引众多的音乐爱好者，是因为它的每一根琴弦下面都安装了一种叫做“拾音器”的装置，能将琴弦的振动转化为电信号，电信号经扩音器放大，再经过扬声器就能播出优美的音乐．下图是“拾音器”的结构示意图，多匝绕制的线圈置于永久磁铁与钢质的琴弦之间，当琴弦沿着线圈振动时，线圈中就会产生感应电流，关于感应电流以下说法正确的是(　AC　)

A．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流是变化的

B．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流大小变化，方向不变

C．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流大小和方向都会发生变化

D．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流大小不变，方向变化

解析：由题意及图可知，电吉他是利用振动的钢质琴弦使线圈切割磁感线而产生感应电流，再将该电流放大并与扩音器相连从而发出声音，属于法拉第电磁感应现象．因琴弦在振动时速度的大小和方向均变化，故感应电流不是恒定的，故A、C正确．

10．如图是自动调温式电熨斗，下列说法正确的是(　ABD　)

A．常温工作时上下触点是接触的

B．双金属片温度升高时，上金属片形变较大，双金属片将向下弯曲

C．原来温度控制在80 ℃断开电源，现要求60 ℃断开电源，应使调温旋钮下调一些

D．由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些

解析：常温工作时，上下触点是接通的，当温度升高时，上层金属片形变大，向下弯曲，切断电源．温度要升高则应使调温旋钮下移一些，A、B、D对，C错．

二、填空题(共20分)

11．(8分)有自动控制功能的蔬菜大棚，要靠传感器感知作物生长所需的各种信息．下图为蔬菜大棚内信息采集与自动控制示意图．试结合图上信息，分析讨论：

(1)在种植蔬菜大棚中要用到光敏传感器、湿度传感器、温度传感器、浓度传感器等传感器．

(2)为了控制大棚中的蔬菜的生长条件，还需要调节光照的遮阳棚，调整温度的加热装置与通风装置，调整湿度的通风装置和喷淋器，调整二氧化碳浓度的自动排气装置等设施与传感器配合使用．

解析：(1)在蔬菜大棚中要用到检测光照的光敏传感器；检测温度的温度传感器；检测空气湿度和土壤湿度的湿度传感器；检测二氧化碳浓度的二氧化碳浓度传感器等．

(2)配套设施有：调节光照的遮阳棚，调整温度的加热装置与通风装置，调整湿度的通风装置和喷淋器，调整二氧化碳浓度的自动排气装置．

12．(6分)如图(a)是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)中的传感器为力电传感器；

(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c(选填“a”“b”或“c”)；

(3)如增大小球在斜槽上的高度，则在图(b)中大致画出小球通过凸形桥甲时的压力图线．

答案：如图所示(图线与c相比较，最低点更低一点)

解析：(1)该传感器把力信号转化为电信号，属于力电传感器；(2)小球经过凸形桥甲的最高点时，压力小于重力，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，小球经凸形桥甲的最高点时压力更小，其图线与c相比较，最低点更低一点．本题的要求不高，但具有时代气息，物理的学习也必须跟上时代的要求，这既是新课标的要求，也是物理学自身发展的需要，在平时的学习中，要注意对新情景问题的研究，提高分析处理实际问题的能力．

13．(6分)电饭煲的工作原理如图所示，可分为两部分，控制部分，由S2、R1和黄灯组成；工作(加热)部分，由发热电阻R3、R2和红灯组成，S1是一个磁钢限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(103 ℃)时，自动断开，且不能自动复位(闭合)，S2是一个双金属片自动开关，当温度达到70 ℃～80 ℃时，自动断开，低于70 ℃时，自动闭合，红灯、黄灯是指示灯，通过其电流必须较小，所以R1、R2起限流作用，R3是发热电阻，由于煮饭前温度低于70 ℃，所以S2是闭合的(选填“断开的”或“闭合的”)．接通电源并按下S1后，黄灯熄而红灯亮，R3发热，当温度达到70 ℃～80 ℃时，S2断开，当温度达到103 ℃时饭熟，S1断开，当温度降到70 ℃以下时，S2闭合，电饭煲处于保温状态，由以上描述可知R2>R3(选填“<”“＝”或“>”)，若用电饭煲烧水时，直到水被烧干S1才会断开，试解释此现象．

答案：由于开关S1只有当温度达到103 ℃时才自动断开，而水的沸点只有100 ℃，因此用电饭煲烧水时，直到水被烧干后S1才会断开．

解析：R1、R2起的作用是限流，防止指示灯(氖泡)因电流过大而烧毁，S2是自动控制温度开关，当温度低于70 ℃时自动闭合，当温度达到70 ℃～80 ℃时又自动断开，使电饭煲处于保温状态，由于R3的功率较大，因此R2>R3.由于开关S1必须当温度达到103 ℃时才自动断开，而水的沸点只有100 ℃，因此用电饭煲烧水时，直到水被烧干后S1才会断开．

三、计算、论述题(共44分)

14．(10分)如图所示为一监测锅炉内的压力大小的报警器，在压力小于某个安全值时，绿灯亮；当压力超过安全值时，红灯亮、电铃响，进行报警．试说明其工作原理．

答案：当锅炉内压力超过安全值时，活塞推动金属片使1、2触点连接，电磁铁通电把衔铁吸下来，使3、5点接通，红灯亮，电铃响，从而起到报警作用．

15．(12分)一种测量血管中血流速度的仪器原理如图所示，在动脉血管的左右两侧加有匀强磁场，上下两侧安装电极并连接电压表．设血管的直径是2.0 mm，磁场的磁感强度为0.080 T，电压表测出的电压为0.10 mV，则血流速度大小为多少．(取两位有效数字)

答案：0.63 m/s

解析：当电场力和洛伦兹力相等时有：qE＝qvB，且E＝，则有v＝＝ m/s＝0.625 m/s≈0.63 m/s.

16．(12分)如图所示是一种悬球式加速度仪，它可以用来测定沿水平轨道运动的列车的加速度．金属球的质量为m，它系在金属丝的下端，金属丝的上端悬挂在O点，AB是一根长为L的均匀电阻丝，其阻值为R，金属丝与电阻丝接触良好，摩擦不计，电阻丝的中心C焊接一根导线，从O点也引出一根导线，两线之间接入一个电压表(金属丝和导线电阻不计)．图中虚线OC与AB垂直，且OC＝h，电阻丝AB接在电压为U的直流稳压电源上，整个装置固定在列车中使AB与车前进的方向保持水平．列车静止时金属丝呈竖直状态，当列车加速或减速前进时，金属丝将偏离竖直方向，从电压表的读数变化可以测出加速度的大小．

(1)当列车向右做匀加速直线运动时，试推导出加速度a与电压表读数U′的关系式(a用U′、U、L、h及重力加速度g等表示)；

(2)用推导出的a与U′的关系式说明表盘上a的刻度是否均匀？

(3)C点设置在电阻丝AB中点的原因是什么？对电压表的选择应有什么特殊要求？

答案：见解析

解析： (1)设列车加速度为a时，小球偏离竖直方向θ角，此时小球受力情况如图所示，根据牛顿第二定律得mgtanθ＝ma.①

因为tanθ＝，②

由①②两式得a＝g③

又设列车加速度为a时，电压表读数为U′

＝＝，④

由④式得＝.⑤

将⑤式代入③式得a＝.⑥

(2)由⑥式可知，g、L、U、h均为常数，则列车加速度a与电压表读数U′成正比，可将电压表中刻度一一对应地改成加速度a的数值，因而可知表盘上加速度a的刻度与电压表的刻度一样，是均匀的．

(3)原因是列车可能加速运动也可能减速运动(加速度方向随之变化)；所选择的电压表中间刻度应为零．

17．(10分)有一种测量压力的电子秤，其原理如图所示．E是内阻不计、电动势为6 V的电源．R0是一个阻值为300 Ω的限流电阻．G是由理想电流表改装成的指针式测力显示器．R是一个压敏电阻，其阻值可随压力大小变化而改变，其关系如下表所示．C是一个用来保护显示器的电容器．秤台的重力忽略不计．试分析：

　(1)利用表中的数据写出电阻R随压力F变化的函数式．

(2)若电容器的耐压值为5 V，该电子秤的最大称量值为多少？

(3)如果把电流表中电流的刻度变换成压力刻度，则该测力显示器的刻度是否均匀？

答案：(1)R＝(300－0.4F) Ω　(2)600 N　(3)不均匀

解析：(1)由表中数据可知，k＝＝＝－0.4 Ω/N，

所以电阻R随压力F变化的函数表达式为

R＝(300－0.4 F) Ω.

(2)R上受到的压力越大，R的阻值越小，电容器两极板电压越大，但不能超过5 V，所以＝，解得R＝60 Ω，

又因为R＝(300－0.4 F) Ω，得F＝600 N.

(3)电流表中的电流I＝＝，

电流I与压力F不是线性关系，则该测力显示器的刻度不均匀．