2023一轮复习课后速练57 12.4 传感器的应用

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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．①④C．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 NB．压力传感器的电阻最小为0C．空载时，电流表的读数为20 mAD．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． d/cm8.5010.0012.0013.5015.0017.00U/mV271.0220.0180.0156.7144.9114.0 d/cm18.5020.0022.0023.5025.00U/mV94.889.578.672.565.0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 ΩE．定值电阻，阻值为60 ΩF．滑动变阻器，最大阻值为10 ΩG．滑动变阻器，最大阻值为100 ΩH．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： I(dB)0306090120U1(V)0.801.151.582.002.25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 I(dB)0306090120U1(V)0.801.151.582.002.25R声( Ω)8048271510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.