高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册2 常见传感器的工作原理及应用同步测试题

第五章　传感器

2  常见传感器的工作原理及应用

【基础巩固】

1.某种材料具有电阻率随温度变化的特性,利用这种材料可以制成 (　　)

A.热敏电阻                B.光敏电阻

C.电容器                D.电感器

解析:这种材料具有电阻率随温度变化的特性,可制成电阻随温度变化的热敏电阻,故选项A正确.

答案:A

2.(多选)下列有关电阻应用的说法正确的是 (　　)

A.热敏电阻可应用于温度测控装置中

B.光敏电阻是一种光电传感器

C.电阻丝可应用于电加热设备中

D.电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用

解析:热敏电阻对温度很敏感,光敏电阻对光照很敏感,电阻丝可用于电加热设备,所以选项A、B、C三个说法均正确.交流、直流均可通过电阻,电阻对它们均有阻碍作用,所以选项D错误.

答案:ABC

3.(多选)如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻为r,RT为负温度系数热敏电阻,RG为光敏电阻,闭合开关后,小灯泡L正常发光,由于环境改变(光照或温度),小灯泡亮度变暗,则引起小灯泡变暗的原因可能是              (　　)

A.温度不变,光照增强

B.温度升高,光照不变

C.温度降低,光照增强

D.温度升高,光照减弱

解析:由题图可知,当光敏电阻的阻值减小或负温度系数热敏电阻的阻值增大时,小灯泡L都会变暗,故光照增强或温度降低均可,选项A正确,选项B、D错误;若光敏电阻的阻值减小的同时,热敏电阻的阻值增大,小灯泡L更会变暗,即光照增强,同时温度降低更可以引起小灯泡变暗,选项C正确.

答案:AC

4.(多选)传感器是指能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量,并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量,或转换为电路通断的元件.下列器件可作为传感器的有              (　　)

A.发光二极管       B.热敏电阻

C.霍尔元件             D.干电池

解析:发光二极管是将电能转化为光能的元件,不是传感器,选项A错误.热敏电阻的温度变化时,其电阻会发生变化,能把热学量转换成电学量,可作为传感器,选项B正确.霍尔元件能够把磁感应强度这个非电学量转换成电压这个电学量,可作为传感器,选项C正确.干电池是一种电源,不是传感器,选项D  错误.

答案:BC

5.(多选)下图是用光敏电阻和灯泡制成的一种简易水污染指示器的原理示意图,下列说法正确的是              (　　)

A.严重污染时,光敏电阻的阻值很大

B.轻度污染时,光敏电阻的阻值很大

C.无论污染程度如何,光敏电阻的电阻不变,电阻大小由材料本身因素决定

D.该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响

解析:严重污染时,透过污水照到光敏电阻上的光较少,光敏电阻阻值较大,选项A正确,选项B错误.光敏电阻由半导体材料制成,受光照影响,电阻会发生变化,选项C错误.白天和晚上自然光强弱不同,或多或少会影响光敏电阻的阻值,选项D正确.

答案:AD

【拓展提高】

6.下图是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图,罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板.平时光电三极管接收不到LED发出的光,呈现高电阻状态.发生火灾时,下列说法正确的是              (　　)

A.进入罩内的烟雾遮挡了光线,使光电三极管电阻更大,检测电路检测出变化发出警报

B.光电三极管温度升高,电阻变小,检测电路检测出变化发出警报

C.进入罩内的烟雾对光有散射作用,部分光线照射到光电三极管上,电阻变小,检测电路检测出变化发出警报

D.以上说法均不正确

解析:发生火灾时,烟雾进入罩内后对光有散射作用,使部分光线照射到光电三极管上,其电阻变小,与传感器连接的电路检测出这种变化,就会发出警报.故选项C正确.

答案:C 

7.(多选)力敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小.如图甲所示,将力敏电阻平放在电梯内,受压面朝上,在上面放一物体,电梯静止时电流表示数为I0,电梯在不同的运动过程中,电流表的示数分别如图乙、丙、丁、戊所示.下列判断正确的是              (　　)

                                甲

    乙            丙           丁            戊          

A.图乙表示电梯可能匀速上升

B.图丙表示电梯可能匀加速上升

C.图丁表示电梯可能匀加速上升

D.图戊表示电梯可能匀减速下降

解析:图乙中电流表示数和静止时相等,故电梯可能匀速上升,选项A正确;图丙中电流表示数为2I0,且保持不变,故力敏电阻所受压力增大,电阻变小,物体超重,电梯可能匀加速上升,选项B正确;丁、戊图中电流表的示数随时间变化,故电梯的加速度是变化的,不可能是匀加速或匀减速,选项C、D错误.

答案:AB

8.下图是一个火灾报警器的部分电路示意图,其中R2为用半导体材料(负温度系数)制成的热敏电阻,电流表为值班室的显示器,a、b之间接报警器,当R2所在处出现火情时,显示器中的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是

 (　　)

A.I增大,U增大            B.I减小,U减小

C.I减小,U增大            D.I增大,U减小

解析:当R2所在处出现火情时,半导体材料制成的热敏电阻的电阻将减小,此时电路中的总电阻减小,由闭合电路的欧姆定律可知,外电路的电压将减小,电路中的总电流增大,所以R1两端的电压增大,R3两端的电压减小,显示器中的电流减小.故选项B正确.

答案:B

【挑战创新】

9.下图为某种电子秤的原理示意图,AB为一改装后的滑动变阻器,阻值为R,长度为l,两边分别有P1、P2两个滑片,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刚好指在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质量的大小.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,当地的自由落体加速度为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)托盘上未放物体时通常需先校准零点,方法:调节P2,使P2离A端的距离也为x1,从而使P1、P2间的电压为0.校准零点后,将质量为m的物体放在托盘上,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: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,两滑片之间的电阻与两滑片之间的距离成正比.

(1)由力的平衡知识有m0g=kx1,

解得x1=.

(2)放上物体重新平衡后m0g+mg=kx2,

解得x2=.

(3)由闭合电路欧姆定律知

U=IR串(R串为P1、P2间的电阻),

=(x为P1、P2间的距离),

E=IR,

则x=x2-x1=,

联立解得m=.

答案:(1)　(2)　(3)m=