1、传感器及其工作原理 (20分钟40分)一、选择题(本题共3小题,每题8分,共24分)1.(多选)数码相机和数码摄像机在人们生活中的应用越来越普遍。在数码摄像器材中,使用了一种新型的敏感元件,叫电荷耦合器(CCD),下列关于CCD的说法正确的是()A.它能将光信号转换成模拟电信号B.它能将模拟电信号转换为数字电信号C.它是一种硅半导体芯片,上面布有数百万个光敏元件D.它是一种硅半导体芯片,上面布有数百万个热敏元件【解析】选A、C。CCD是一种硅半导体芯片,上面布有数百万个光敏元件,每个光敏元件都把它所受到的光转换成相应量的电荷,于是整块CCD就把一幅图像的光信号转换成相应的模拟电信号,然后再通过
2、转换器转换为数字信号,以便于计算机处理,故选项A、C正确。2.(多选)有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件,将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后,用黑纸包住元件或者把元件置入热水中,观察欧姆表的示数,下列说法中正确的是()A.置入热水中与不置入热水中相比,欧姆表示数变化较大的一定是热敏电阻B.置入热水中与不置入热水中相比,欧姆表示数不变化的一定是定值电阻C.用黑纸包住与不用黑纸包住相比,欧姆表示数变化较大的一定是光敏电阻D.用黑纸包住与不用黑纸包住相比,欧姆表示数相同的一定是定值电阻【解析】选A、C。热敏电阻的阻值随温度的变化而变化,定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度发生变化,故A
3、正确,B错误;光敏电阻的阻值随光照的变化而变化,而定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照的变化而变化,故C正确,D错误。3.如图是观察电阻值随温度变化情况的示意图。现在把杯中的水由冷水变为热水,关于欧姆表的读数变化情况正确的是()A.如果R为金属热电阻,读数变大,且变化非常明显B.如果R为金属热电阻,读数变小,且变化不明显C.如果R为热敏电阻(用半导体材料制作),读数变化非常明显D.如果R为热敏电阻(用半导体材料制作),读数变化不明显【解析】选C。若为金属热电阻,温度升高后,电阻变大,读数变化不明显,选项A、B错误;若为热敏电阻,读数将明显变化,选项C正确、D错误。【加固训练】如图所示,由电源、小灯
4、泡、电阻丝、开关组成的电路中,当闭合开关S后,小灯泡正常发光。若用酒精灯加热电阻丝时,发现小灯泡亮度变暗,发生这一现象的主要原因是()A.小灯泡的电阻发生了变化B.小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化C.电阻丝的电阻率随温度发生了变化D.电源的电压随温度发生了变化【解析】选C。温度升高,金属电阻丝电阻率增大,电阻增大,电路中电流减小,灯泡亮度减弱。故选项C正确。二、计算题(本题共1小题,共16分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)4.温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中,它是利用热敏电阻的阻值随温度变化而变化的特性工作的。在图甲中,电源的电动势E=9.0
5、V,电源内电阻可忽略不计;G为小量程的电流表,电流表内阻RG保持不变;R为热敏电阻,其电阻值与温度的变化关系如图乙的R-t图线所示。闭合开关S。(1)当R的温度等于40 时,电流表示数I1=2.25 mA,求电流表内阻RG。(2)当电流表的示数I2=4.5 mA时,求热敏电阻R的温度T。【解题指南】可由闭合电路欧姆定律可求得温度传感器电阻大小,从而确定温度。【解析】(1)由R-t图象得当t=40 时,R=3 500 ,再由I1=,得RG=500 (2)I2=,代入数据得:R=1 500 从R-t图象可知,此时的温度是140 答案:(1)500 (2)140 (5分钟10分)5.传感器是一种采集
6、信息的重要器件,如图为测定压力的电容式传感器。将电容器、灵敏电流表(零刻度在中间)和电源串联成闭合电路,当压力F作用于可动膜片电极上时,膜片产生形变,引起电容的变化,导致灵敏电流表指针偏转。在对膜片开始施加恒定压力到膜片稳定后,灵敏电流表指针的偏转情况为(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)()A.向右偏到某刻度后回到零刻度B.向左偏到某刻度后回到零刻度C.向右偏到某刻度后不动D.向左偏到某刻度后不动【解析】选A。两极板间电压不变,在压力F作用下,极板间距d减小,由C=知电容器电容C将增大,由Q=CU知Q增加,电容器充电,电流从电流表正接线柱流入,指针向右偏。当极板电荷量不变时,电路里没有电
7、流,指针不再偏转,回到零刻度,选项A正确。【加固训练】 (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COB.电流方向OCC.电流大小为2 AD.电流大小为1 A【解析】选B、C。只有当OC受到向左的安培力时,闸刀才能自动跳开,根据左手定则知电流的方向是OC,CO所受安培力大小为F安=BIL=1 TI0.1 m=0.2 N,从而解得I=2 A。选项B、C正确。