高三物理总复习巩固练习传感器及其应用

【巩固练习】

一、选择题

1、（2016 海南自主招生）传感器时把非电学量（如高度、温度、压力等）的变化转换成电学量变化的一种元件，它在自动控制中有着广泛的应用。如图是一种测定液面高度的电容式传感器的示意图。

金属棒与导电液构成一个电容器，将金属棒和导电液分别与直流电源的两极相连接，从电容C的导电液与金属棒间的电压U的变化就能反映液面的升降情况，即

①电源接通后，电容C减小，反映h减小

②电源接通后，电容C减小，反映h增大

③电源接通再断开后，电压U减小，反映h减小

④电源接通再断开后，电压U减小，反映h增大

以上判断正确的是（  ）

    A. ①③        B. ①④        C. ②③        D. ②④

2、在如图所示的逻辑电路中，当A端输人电信号“1”，B端输入电信号“0”时，则在C和D端输出的电信号分别为（ ）
　　A．1和0 　　　B．0和1
　　C．1和1　　　 D．0和0

3、如图所示，下列由基本门组成的电路中，能使蜂鸣器发出声音的是（ ）
　　　

4、（2016 浙江模拟）电动自行车是一种应用广泛的交通工具，其速度控制是通过转动右把手实现的，这种转动把手称“霍尔把手”，属于传感器非接触控制。转把内部有永久磁铁和霍尔元件等，截面如图甲。开启电源时，在霍尔元件的上下面之间加一定的电压，形成电流，如图乙。转把转动永久磁铁也跟着转动，霍尔元件能输出控制车速的电势差，已知电势差与车速关系如图丙，以下关于“霍尔转把”叙述正确的是（  ）

    A. 为提高控制的灵敏度，永久磁铁的上下端分别为N、S极

B. 按图甲顺时针转动把手，车速变快

C. 图乙中从霍尔器件的左右侧面输出控制车速的电势差

D. 若霍尔器件的上下面之间所加电压正负极对调，不影响车速控制

5、半导体温度计是利用热敏电阻制造的，如图所示，如果待测点的温度升高，那么（  ）

A．热敏电阻变大，灵敏电流表示数变大

B．热敏电阻变大，灵敏电流表示数变小

C．热敏电阻变小，灵敏电流表示数变大

D．热敏电阻变小，灵敏电流表示数变小

6、如图所示的电路中，两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管（电流越大，发出的光越强），且R与LED相距不变，下列说法中正确的是（  ）

A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大

B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小

C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变

D．无论怎样移动触头P，L消耗的功率都不变

7、如图所示是一火警报警器的部分电路示意图，其中R3为用半导体热敏材料制成的传感器。值班室的显示器为电路的电流表，a、b之间接报警器。当传感器R3所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是（  ）

    A．I变大，U变大    B．I变小，U变小

    C．I变小，U变大    D．I变大，U变小

8、压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小。某位同学利用压敏电阻设计了判断电梯运动状态的装置，其装置示意图如图所示，将压敏电阻平放在电梯内，受压面朝上，在上面放一物体m，电梯静止时电流表示数为，电梯在不同的运动过程中，电流表的示数分别如图甲、乙、丙、丁所示，下列判断中正确的是（ ）
　　A．甲图表示电梯可能做匀速直线运动 　　B．乙图表示电梯可能做匀加速上升运动
　　C．丙图表示电梯可能做匀加速上升运动 　D．丁图表示电梯可能做变减速下降运动

9、(2015  湖南十校联考) 如图所示，M是一小型理想变压器，接线柱a、b接在电压u＝311sin 314t V的正弦交流电源上，变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器(R2的阻值随温度升高而减小)，电流表A2为值班室的显示器，显示通过R1的电流，电压表V2显示加在报警器上的电压(报警器未画出)，R3为一定值电阻．当传感器R2所在位置处出现火警时，以下说法中正确的是(　　)

A．A1的示数不变，A2的示数增大

B．A1的示数增大，A2的示数增大

C．V1的示数增大，V2的示数增大

D．V1的示数不变，V2的示数减小

10、一中学生为“神舟”七号载人飞船设计了一个可测定竖直方向加速度的装置，其原理可简化如图所示。连接在竖直弹簧上的重物与滑动变阻器的滑动触头连接，该装置在地面上静止时其电压表的指针指在表盘中央的零刻度处，在零刻度的两侧分别标上对应的正、负加速度值。关于这个装置在“神舟”七号载人飞船发射、运行和回收过程中

示数的判断正确的是（ ）
　　A．飞船在竖直加速升空的过程中，如果电压表的示数为正，
　　　 则飞船在竖直减速返回地面的过程中，电压表的示数仍为正
　　B．飞船在竖直加速升空的过程中，如果电压表的示数为正，
　　　 则飞船在竖直减速返回地面的过程中，电压表的示数为负
　　C．飞船在圆轨道上运行时，电压表的示数为零
　　D．飞船在圆轨道上运行时，电压表示数所对应的加速度应约为9.8

11、一惯性制导系统已广泛应用于弹道式导弹工程中，这个系统的重要元件之一是加速度计。加速度计的构造原理的示意图如图所示：沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一质量为m的滑块，滑块两侧分别与劲度系数为k的弹簧相连；两弹簧的另一端与固定壁相连．滑块原来静止，弹簧处于自然长度．滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导．设某段时间内导弹沿水平方向运动；指针向左偏离O点的距离为s，则这段时间内导弹的加速度（    ）

A．方向向左，大小为ks/m

B．方向向右，大小为ks/m

C．方向向左，大小为2ks/m

D．方向向右，大小为2ks/m

二、填空题

1、如图所示，将多用电表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔分别与光敏电阻R的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间。若用不透光的黑纸将R包裹起来，表针将向_____（填“左”或“右”）转动；若用手电筒光照射R，表针将向______（填“左”或“右”）转动。
 

2、如图所示，将多用电表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻（负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻）的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间。若往上擦一些酒精，表针将向______（填“左”或“右”）移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向______（填“左”或“右”）移动。
 

3、如图所示的装置可以测量小车在水平路面上做匀变速直线运动的加速度．该装置是在车箱前、后壁各安装一个压力传感器a和b，中间用两根相同的轻质弹簧压着一个质量为2.0kg的滑块，滑块可无摩擦滑动．小车静止时，传感器a、b的读数均为10N．若当传感器b的读数为8N时，小车运动加速度的方向是______（填“向左”或“向右”），加速度大小为______

。

4、楼梯过道中的电灯往往是楼上楼下两个开关都能控制，试设计出这种电路图。设高电压为“1”，低电压“0”试讨论灯泡的亮暗情况，并列出真值表。
 

三、解答题

1、如图所示，图中各个电容式传感器各是哪种形式的传感器，请说明它们的工作原理。

2、一个微弱的磁场变化可以在巨磁电阻系统中产生很大的电阻变化，物理探究小组利用“巨磁电阻”效应制作了一个磁报警器，电路如图所示，其中门电路为非门元件。
　（1）简述该磁场报警器实验原理；
　（2）怎样能够使磁敏电阻在检测到更强的磁场时才报警?　
  

3、如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度。该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器。用两根相同的轻弹簧，夹着一个质量为2.0kg的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出。现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后．汽车静止时，传感器a、b的示数均为10N。（取）
　　（1）若传感器a的示数为14N、b的示数为6.0N，求此时汽车的加速度大小和方向。
　　（2）当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零。
   

4、现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干．如图所示，试设计一个温控电路．要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图说明工作过程。

【答案与解析】

一、选择题

1、【答案】B

【解析】此电容器的两极分别是金属棒与电解液，h增大表示电容器的正对面积增大，所以电容就增大，充电后断开，则电量Q不变，h减小，C减小，①正确，②错；而U=Q/C，则U增大，③错，④正确。

故选B。

2、【答案】C

【解析】B输入0经“非”门电路输出端D为1。A、D 输入1经“与”门电路输出端C为1， 故C正确。

3、【答案】B
【解析】选项A中为“与”门, 两个输入必须都为高电平, 输出端才为高电平, 而电路的下边输入都为低电平, 输出为低电平，不能使蜂鸣器发声。 A错误。选项B中为“或”门，输入只要有一个为高电平。输出端即为高电平。能使蜂鸣器发声。选项B正确。选项C中为“非”门，输入为高电平, 输出为低电平，不能使蜂鸣器发声，C错误。选项D中，首先, 高电平输入“或”门，输出为高电平；然后，高电平输入“非”门，输出为低电平，不能使蜂鸣器发声，D错误。

4、【答案】BD

【解析】由于在霍尔元件的上下面之间加一定的电压，形成电流，当永久磁铁的上下端分别为N、S极时，磁场与电子的移动方向平行，则电子不受洛伦兹力作用，那么霍尔器件不能输出控制车速的电势差，A错；当按图甲顺时针转动把手，导致霍尔器件周围的磁场增加，那么霍尔器件输出控制车速的电势差增大，因此车速变快，B正确；根据题意，结合图乙的示意图，那么永久磁铁的N、S极可能在左右侧面，或在前、后表面，因此从霍尔器件输出控制车速的电势差，不一定在霍尔器件的左右侧面，也可能在前、后表面，C错；当霍尔器件的上下面之间所加电压正负极性对调，从霍尔器件输出控制车速的电势差正负号相反，但由图丙可知，不会影响车速控制，D正确。

故选BD。

5、【答案】C

【解析】待测点与热敏电阻接触，温度升高，热敏电阻阻值减小，电路中电流增大，故C正确。

6、【答案】A

【解析】当滑动触头P向左移动时，通过二极管的电流增大，光变强。发光二极管为光敏电阻R提供光源，有光照时光敏电阻R电阻较小，电源两端的电压恒定，电流增加，L消耗的功率增大。

7、【答案】B

【解析】当传感器所在处出现火情时，用半导体热敏材料制成的R3的阻值减小，此时外电阻减小，所以路端电压减小，即报警器两端的电压U减小；因R3与R2并联电路两端的电压减小，所以显示器的电流I减小。故选B。

8、【答案】ACD
【解析】根据欧姆定律有，当电梯静止时，物体对压敏电阻的压力为mg，所以有，所以，甲图表示电梯可能做匀速直线运动，A正确；因为压敏电阻的阻值随着压力的增大而减小，所以，可判断丙图电梯可能做匀加速上升运动，B错误，C正确；同理可判断D也是正确的。

9、【答案】D

【解析】当传感器R2所在位置处出现火警时，温度升高，R2的阻值减小，副线圈负载总电阻减小，故电流增大，所以电压表V2的示数减小，A2的示数减小，输出功率增大，故输入功率增大，而V1的示数不变，所以A1的示数增大，D正确．

10、【答案】AD
【解析】该装置在地面上静止时，弹簧的弹力与重物的重力平衡，其电压表的指针指在表盘中央的零刻度处，飞船在竖直加速升空的过程中，弹簧的弹力大于重物的重力，合力竖直向上，则滑动触头下移，此时，电压表的示数为正，飞船在竖直减速返回地面过程中，加速度方向向上，合力竖直向上，所以此时电压表示数仍为正，则选项A正确，B错误。飞船在圆轨道上运行时，飞船中的物体处于完全失重状态，其加速度等于重力加速度，约为9.8 ，则选项D正确，综上所述选项A、D正确。

11、【答案】D

【解析】当指针向左偏离O点的距离为s时，与滑块相连的左边弹簧被压缩s，右边弹簧被拉伸s，因而弹簧对滑块的弹力的大小均为ks，且方向均水平向右，即滑块受到的合力大小为2ks，方向水平向右，由牛顿第二定律可知选项D正确。

二、填空题

1、【答案】左；右

【解析】用不透光的黑纸将光敏电阻R包裹起来，电阻值增大，所以电流减小，指针应向左偏；用手电筒光照射R，电阻值减小，电流增大，指针向右偏。

2、【答案】左；右

【解析】若往上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻温度降低，电阻值增大，所以电流减小，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻温度升高，电阻值减小，电流增大，指针向右偏。
3、【答案】向右，2

【解析】小车静止时，传感器a、b的读数均为10N，说明弹簧都处于压缩状态，当传感器b的读数为8N时，右边的弹簧压缩量减小，左边的压缩量增加，传感器a的示数应为12N，设小车向右加速运动，根据牛顿第二定律，

加速度大小。

4、【解析】控制电路如图所示，输出Y定义为：“1”代表灯亮，“0”代表灯暗．真值表如表所示。

三、计算题

1、见解析。

【解析】图（1）是角度的电容式传感器，其工作原理是当动金属片旋进的角度不同时，电容的正对面积不同，电容的容量不同。图（2）是流体的电容式传感器，其工作原理是导电液体相当于电容器的一个极板，当液体深度发生改变时，相当于两极板的正对面积发生改变，电容的容量也随之改变。图（3）是压力的电容式传感器，其工作原理是当作用在一个电极的压力改变时，金属片的形变也发生改变，两极板的距离发生改变，电容的容量也发生改变。图（4）是位移的电容式传感器，其工作原理是和物体固定在一起的电介质板，当物体发生一小段位移时，插入两极板间的电介质发生变化，导致电容的容量发生变化。

说明：电容式传感器是一多功能传感器，即可用来做压力、转角、位移、压强、声音等传感器，电容式传感器具有体积小、反应灵敏等优点。

2、见解析。

【解析】（1）是一个磁敏电阻，磁场强时, 电阻值很小，这时输入端A为高电平，接入非门元件后，输出端Y应为低电平，电铃两端有电势差，被接通报警。
（2）磁敏电阻在更强的磁场时，的阻值很小，调节的阻值较小，即可使输入端A为较低电平，输出端Y为高电平，电铃不通。

3、【答案】（1）即向前（向右）。（2）方向向后（向左）。

【解析】（1）依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力
右侧弹簧对滑块向左的推力, 滑块所受合力

产生加速度，根据牛顿第二定律有
得：
与相同，即向前（向右）。
（2）a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为
滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得
得： 负号表示方向向后（向左）。

4、【解析】热敏电阻与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路。

（1）电路图如图所示。

（2）工作过程：闭合Ｓ当温度低于设计值时热敏电阻阻值大，通过电磁继电器电流不能使它工作，Ｋ接通电炉丝加热．当温度达到设计值时，热敏电阻减小到某值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，Ｋ断开，电炉丝断电，停止供热，当温度低于设计值，又重复前述过程。

说明：该电路可以用于恒温箱、自动孵化器等，电路设计是高中电学应了解的内容，对于培养能力、理论联系实际将起到推动作用，也是高考的趋向。