章末综合测评(五)　传感器

(分值：100分)

1．(4分)下列说法正确的是(　　)

A．凡将非电学量转化为电学量的传感器都是物理传感器

B．湿敏传感器只能是物理传感器

C．物理传感器只能将采集到的信息转化为电压输出

D．物理传感器利用的是物质的物理性质和物理效应

D　[除了物理传感器，还有化学、生物传感器也可将非电学量转化为电学量，故A错误；湿敏传感器也可能是化学传感器，故B错误；传感器既可将信息转化为电压输出，也可转化为电流、电阻等输出，故C错误；由物理传感器定义知D正确。]

2．(4分)人类发射的绕地球运转的所有航天器，在轨道上工作时都需要电能，所需要的电能都是由太阳能电池把太阳能转化为电能得到的，要求太阳能电池板总是对准太阳，为达到这一要求应利用下列哪种传感器来感知太阳方位(　　)

A．力传感器   B．光传感器

C．温度传感器   D．生物传感器

B　[太阳能电池板的有效采光面积不同，所产生的电流不同，当正对太阳时电流最大，所以应用的是光传感器，选项B正确，选项A、C、D错误。]

3．(4分)(多选)下列说法不正确的是(　　)

A．所有传感器都是由半导体材料制成的

B．金属热电阻的化学稳定性好，但灵敏度差

C．霍尔元件是能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量的传感器

D．热敏电阻可以把热量这个热学量转换为电阻这个电学量

AD　[传感器材料可以是半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料等，选项A错误；金属热电阻由金属材料制成，其化学稳定性好，但灵敏度差，选项B正确；霍尔元件是能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量的传感器，选项C正确；热敏电阻可以把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，选项D错误。]

4．(4分)如图是用电流传感器(相当于电流表，其电阻可以忽略不计)研究自感现象的实验电路，图中两个电阻的阻值均为R，L是一个自感系数足够大的自感线圈，其直流电阻值也为R。图中是某同学画出的在t0时刻开关S由闭合变为断开，通过传感器的电流随时间变化的图像。关于这些图像，下列说法中正确的是(　　)

A．甲图是通过传感器1的电流随时间变化的情况

B．乙图是通过传感器1的电流随时间变化的情况

C．丙图是通过传感器2的电流随时间变化的情况

D．丁图是通过传感器2的电流随时间变化的情况

C　[开关S由闭合变为断开，传感器1中的电流立刻变为零，如丁图；传感器2中的电流由于线圈的自感作用，电流反向并逐渐减小，如丙图，故C正确，A、B、D错误。]

5．(4分)如图所示为一测定液面高低的传感器示意图，A为固定的导体芯，B为导体芯外面的一层绝缘物质，C为导电液体，把传感器接到如图所示电路中，已知灵敏电流计指针偏转方向与电流方向相同。如果发现指针正向右偏转，则导电液体的深度h变化为(　　)

A．h正在增大   B．h正在减小

C．h不变   D．无法确定

B　[由电源极性及电流方向可知，A、B、C构成的电容器上的电量正在减小，由Q＝CU可知C减小，根据C＝可知正对面积减小，即h在减小。]

6．(4分)如图所示，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，D为发光二极管(电流越大，发光越强)，且R与D距离不变，下列说法中正确的是(　　)

A．当滑动触头向左移动时，L消耗的功率增大

B．当滑动触头向左移动时，L消耗的功率减小

C．当滑动触头向右移动时，L消耗的功率可能不变

D．无论怎样移动滑动触头，L消耗的功率都不变

A　[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，光敏电阻的电阻变小，所以电流变大，则L的功率变大。]

7．(4分)在一些学校的教室里，为了保证照明条件，采用了智能照明系统，在自然光不足时接通电源启动日光灯，而在自然光充足时，自动关闭日光灯。其原理图如图所示，R为一光敏电阻，L为一带铁芯的螺线管。在螺线管上方有一用细弹簧悬着的轻质衔铁，衔铁的一端用铰链固定使其可以自由转动，另一端用一绝缘棒连接两动触头。关于该智能照明系统的工作原理，下列描述错误的是(　　)

A．光照较强时，光敏电阻的阻值较小，衔铁被吸引下来

B．光线不足时，光敏电阻的阻值较大，所在电路电流较小，衔铁被弹簧拉上去，日光灯接通

C．上面的两接线柱应该和日光灯电路连接

D．下面的两接线柱应该和日光灯电路连接

D　[由光敏电阻的特性可知，光照强度较强时，电阻较小，电流较大，衔铁被吸引下来，日光灯电路断开；光线不足时，电阻较大，电流较小，衔铁被弹簧拉上去，日光灯电路接通。因此，上面的两接线柱应该和日光灯电路连接。选项A、B、C正确，故选D。]

8．(12分)有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图中的虚线框内所示，它主要由三部分构成：踏板和压力杠杆ABO、压力传感器R(一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表A(其实质是电流表)。其中AO∶BO＝5∶1。已知压力传感器的电阻与其所受压力的关系如下表所示：

设踏板和杠杆组件的质量不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.68 V，则：

(1)利用表中数据归纳出电阻R随压力F变化的函数关系式；

(2)该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表刻度盘多少毫安处？

(3)如果某人站在踏板上，电流表刻度盘示数为20 mA，这个人的体重是多少。

[解析]　(1)由表中数据可归纳得出R＝300－0.6F(Ω)。

(2)依题意可知，电子秤空载时压力传感器受到的压力为0，由表可知，此时压力传感器的电阻R1＝300 Ω，电路中的电流为I1＝＝A＝15.6 mA，所以该秤零刻度线应标在电流表刻度盘的15.6 mA处。

(3)当电流表刻度盘的示数为I2＝20 mA时，压力传感器的电阻

R2＝＝Ω＝234 Ω，

由R＝300－0.6F得F2＝110 N，再由F2·AO＝G·BO得G＝550 N

[答案]　(1)R＝300－0.6F(Ω)　(2)15.6 mA

(3)550 N

9．(14分)全自动洗衣机中，排水电磁阀是由程序控制器控制其动作的。当洗衣机进行排水和脱水程序时，电磁铁的线圈通电，使电磁铁的铁芯2动作，牵引排水阀的活塞打开，排出污水。牵引电磁铁的结构如图所示。

当程序控制器的控制电流通过线圈时，线圈和铁芯1产生一个强的磁场，使铁芯2磁化，由于磁体相互作用，将铁芯2吸入线圈，此时铁芯2将拉动阀门使阀门打开排水。同样，控制器不输出控制电流时，电磁铁将失去磁性，弹簧(图中未画)将铁芯2拉回原位，从而关闭阀门。想一想：

(1)某时刻输入控制电流时，a为正，b为负，则铁芯2中A端和B端分别为什么磁极？

(2)a、b处输入的是正、负交变电流，铁芯2是否仍然吸入线圈？与恒定电流相比会有什么不同？

[解析]　(1)利用安培定则判断，A端为S极，B端为N极。

(2)仍能吸入线圈，因为铁芯仍能被磁化，且磁化后的磁性总是与线圈发生相吸的作用。但与恒定电流产生的磁场相比，交变磁场强弱有变化，当磁性减弱的时刻弹簧会将铁芯2拉离线圈，因而会有振动而产生噪声。

[答案]　见解析

10．(4分) (多选)如图所示为一种自动跳闸的闸刀开关，O是转轴，A是绝缘手柄，C是闸刀卡口，M、N接电源线，闸刀处于垂直纸面向里、磁感应强度B＝1 T的匀强磁场中，C、O间距离为10 cm。当磁场力为0.2 N时，闸刀开关会自动跳开。则要使闸刀开关能跳开，CO中通过的电流的大小和方向为(　　)

A．电流方向C→O   B．电流方向O→C

C．电流大小为2 A   D．电流大小为1 A

BC　[只有当OC受到向左的安培力时，闸门才能自动跳开，根据左手定则知电流的方向是O→C，CO所受安培力大小为F安＝BIl＝1×I×0.1 N＝0.2 N，从而解得I＝2 A。]

11．(4分)(多选)为了保证汽车车轮在制动时不是完全刹死滑行，而是让车轮仍有一定的滚动，我们用一个自动检测车速的传感器来控制车轮的转动，其原理如图所示(铁质齿轮P与车轮同步转动，右端是一个绕有线圈的磁体)，下列说法正确的是(　　)

A．M是一个电流检测器

B．M是一个定值电阻

C．该传感器是把运动情况转化为电学物理量

D．该传感器是把运动情况转化为力学物理量

AC　[当车轮带动齿轮转动时，线圈中会有电流，这是由于轮齿靠近线圈时被磁化，使磁场增强，轮齿离开线圈时磁场减弱，磁通量变化使线圈中产生了感应电流。将这个电流放大后去控制制动机构，可有效地防止车轮被制动抱死。所以，A、C两项正确。]

12．(4分)(多选)如图为自动售货机投币系统。它可以自动识别硬币。以下关于自动售货机投币系统工作原理说法正确的是 (　　)

A．当硬币投入自动售货机的投币口时，硬币被挡住，暂时停止在A处，以便让机器测出电阻，如果电阻值在机器内计算机芯片所认可的范围内，支持物A下降，硬币沿斜面滚下

B．当硬币通过两块磁铁时，硬币内产生了涡流，从而受到安培力的作用，导致速度减小

C．当硬币通过磁铁后，传感器测出它的速度，并且与存储在计算机中的标准值比较，如果速度适当，开关B就打开，硬币被接受

D．当硬币通过磁铁后，传感器测出它的速度，并且与存储在计算机中的标准值比较，如果速度过快，开关B就打开，硬币被接受

ABC　[当硬币投入自动售货机的投币口时，硬币被挡住，暂时停止在A处，以便让机器测出电阻。如果电阻值在机器内计算机芯片所认可的范围内，支持物A下降，硬币沿斜面滚下，当硬币通过两块磁铁时，硬币内产生了涡流，从而受到安培力的作用，导致速度减小，当硬币通过磁铁后，传感器测出它的速度，并且与存储在计算机中的标准值比较，如果速度适当，开关B就打开，硬币被接受，否则开关C打开，硬币进入拒绝通道。]

13．(4分)(多选)如图所示是家用电冰箱的压缩启动装置的电路。其中的运行绕组是电冰箱在工作时电动机定子，由于家用交流电是单相的，启动时必须依靠启动绕组的帮助才能产生旋转磁场。在启动绕组的支路中串联有一个PTC元件。这是一种以钛酸钡为主要材料的热敏电阻器，电流流过PTC元件，元件发热，它的电阻率随温度升高而发生显著变化，当电动机转起来正常以后，PTC元件温度较高，电阻很大，启动绕组电流很小，以下判断正确的是(　　)

A．电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少

B．电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少

C．电冰箱启动后，启动绕组功率不变，运行绕组功率是变化的

D．电冰箱启动后，启动绕组功率是变化的，运行绕组功率不变

BD　[启动时，由于PTC元件温度低，电阻小，故耗电多，故B正确；启动后，随着PTC元件的温度升高，元件本身电阻增大，通过启动绕组的电流减小，故启动绕组的功率是变化的，而运行绕组电压不变，故功率不变，故D正确。]

14．(4分)(多选)氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测。它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化，在如图甲所示的电路中，不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表的指针就与一氧化碳浓度有了对应关系，观察仪表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标。有一种氧化锡传感器，其技术资料中给出的传感器电导(即电阻的倒数)­CO浓度曲线如图乙所示，请判断，电压表示数U0与一氧化碳浓度c之间的对应关系不可能是图丙中的(　　)

丙

ACD　[当一氧化碳浓度增大时，传感器的电导增大，电阻R传减小，由闭合电路欧姆定律知，电路中的电流I＝增大，电压表示数U0＝IR0＝增大，故选项C、D错误；由图乙知，传感器的电阻R传与浓度成反比，即R传＝，则U0＝，所以电压表示数U0与一氧化碳浓度之间的关系图线并不是直线，选项A错误，B最可能，故选A、C、D。]

15．(12分)某课外小组设计了一种测定风速的装置，其原理如图所示，一个劲度系数k＝120 N/m，自然长度 L0＝1 m弹簧一端固定在墙上的M点，另一端N与导电的迎风板相连，弹簧穿在光滑水平放置的电阻率较大的金属杆上，弹簧是不导电材料制成的。迎风板面积S＝0.5 m2，工作时总是正对着风吹来的方向。电路的一端与迎风板相连，另一端在M点与金属杆相连。迎风板可在金属杆上滑动，且与金属杆接触良好。定值电阻R＝1.0 Ω，电源的电动势E＝12 V，内阻r＝0.5 Ω。闭合开关，没有风吹时，弹簧处于原长，电压表的示数U1＝9.0 V，某时刻由于风吹迎风板，电压表的示数变为U2＝6.0 V。(电压表可看成理想电表)试求：

(1)金属杆单位长度的电阻；

(2)此时作用在迎风板上的风力。

[解析]　设无风时金属杆接入电路的电阻为R1，风吹时接入电路的电阻为R2，由题意得

(1)无风时：由U1＝R1得R1＝4.5 Ω

所以金属杆单位长度的电阻

r0＝＝ Ω/m＝4.5 Ω/m。

(2)有风时：由U2＝R2得R2＝1.5 Ω

此时，弹簧长度L＝＝ m

压缩量x＝L0－L＝ m＝ m

由平衡条件得此时风力：F＝kx＝120× N＝80 N。

[答案]　(1)4.5 Ω/m　(2)80 N

16．(14分)如图所示是一种测量血压的压力传感器在工作时的示意图，薄金属片P固定有4个可以形变的电阻R1、R2、R3、R4，如图乙。图甲是它的侧面图，这4个电阻连成的电路如图丙所示，试回答下列问题：

(1)开始时金属片中央O点未加任何压力，欲使电压表无示数，则4个电阻应满足怎样的关系？

(2)当O点加一个压力F后发生形变，这时4个电阻也随之发生形变，形变后各电阻阻值大小如何变化？

[解析]　(1)本题是求电路A、B两点的电压与4个电阻的关系，由于电压表的电阻可以看作无穷大，因此本电路是R1与R2串联，R3与R4串联，然后它们再并联。设上面部分电流为I上，下面部分电流为I下，要使A点电势等于B点电势，则应有电阻R1上的电压等于R3上的电压，电阻R2上的电压等于电阻R4上的电压，即I上R1＝I下R3①，I上R2＝I下R4②，联立①②式得到＝。

(2)当在O点施加垂直于金属片的压力后，金属片发生形变，由于电阻是固定在金属片上的，因此R1、R4被拉长，R2、R3被拉宽，即R1、R4增大，R2、R3减小，这时A、B两点电势不再相等。

[答案]　(1)＝　(2)R1、R4增大　R2、R3减小