1、生活中的传感器 (25分钟60分)一、选择题(本题共6小题,每小题7分,共42分)1.(多选)下列有关传感器叙述正确的是()A.交警使用的酒精测试仪是一种物理传感器,是靠吹气的压力来工作B.红外线传感器是靠接收发热物体发出的红外线来工作C.红外线传感器就是温度传感器D.传感器是将非电学量转换成电学量的一种元件【解析】选B、D。交警使用的酒精测试仪不是靠吹气的压力来工作,而是依靠酒精浓度的变化改变电阻来工作,故A项错误;红外线传感器是靠接收发热物体发出的红外线来工作,故B项正确;红外线传感器就是光传感器,故C项错误。传感器是将非电学量转换成电学量的一种元件,故D项正确。2.下列四幅图中所涉及物理
2、知识的论述中,错误的是()A.图甲中,电流能使下方的小磁针发生偏转,说明了电流具有磁效应B.图乙中,电子秤应用了压力传感器来称重C.图丙中,变压器的铁芯由薄硅钢片叠压而成,是为了减小涡流,提高效率D.图丁中,紫外线照射锌板发生了光电效应,如换用红外线,也一定能发生光电效应【解析】选D。图甲中,电流能使下方的小磁针发生偏转,说明了电流具有磁效应,选项A正确,不符合题意;图乙中,电子秤应用了压力传感器来称重,选项B正确,不符合题意;图丙中,变压器的铁芯由薄硅钢片叠压而成,是为了减小涡流,提高效率,选项C正确;不符合题意;图丁中,紫外线照射锌板发生了光电效应,因红外线的频率小于紫外线,如换用红外线,
3、则不一定能发生光电效应,选项D错误,符合题意;故选D。3.如图所示的电容式话筒就是一种电容式传感器,其原理是:导电性振动膜片与固定电极构成了一个电容器,当振动膜片在声压的作用下振动时,两个电极之间的电容发生变化,电路中电流随之变化,这样声信号就变成了电信号,则当振动膜片向左振动时()A.电容器的电容增大B.电容器带电荷量减少C.电容器两极板间的场强增大D.电阻R中的电流方向自右向左【解析】选B。振动膜片向左振动时电容器两极板间的距离变大,由C=可知电容器的电容减小,A错误;由C=可知,在U不变的情况下,C减小,则Q减小,电容器处于放电状态,R中电流方向自左向右,B正确,D错误;依据E=可知,电
4、容器两极板间的场强减小,C错误。故选B。4.传感器已广泛应用于日常生活,下列传感器能够将力学量转换为电学量的是()【解析】选A。应变片能够把物体形变这个力学量转换成电压这个电学量,故A正确;干簧管是一种磁控制的开关,是一种能够感知磁场的传感器,故B错误;热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量,故C错误;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,故D错误。故选A。5.(多选)如图是电饭锅结构示意图,关于电饭锅下列说法正确的是()A.电饭锅中的感温磁体也是永磁体B.开始煮饭时,压下开关按钮的原因是克服弹簧的弹力使永磁体一端上升,上下触点接触接通电路C.用电饭锅煮米饭,饭熟
5、后水分被大米吸收,锅底的温度会升高,当升高到“居里温度”时,电饭锅会自动断电D.用电饭锅烧水,水沸腾后也可以自动断电【解析】选B、C。电饭锅应用了温度传感器,它的主要元件为感温铁氧体,故A错误;开始煮饭时,压下开关按钮的原因是克服弹簧的弹力使永磁体一端上升,上下触点接触接通电路,从而开始加热,当温度升高达到103 时,感温铁氧体便失去了铁磁性会自动断电,故B正确;饭熟后,水分被大米吸收,锅底温度升高,当温度升至“居里点”103 时,感温磁体失去磁性,在弹簧作用下,切断电源,故C正确;如果在1标准大气压下,当电饭锅烧水,水沸腾后,温度达到100 ,不会达到103 ,因此不可以自动断电,故D错误;
6、故选B、C。6.如图所示为一种常见的身高体重测量仪。测量仪顶部向下发射波速为v的超声波,超声波经反射后返回,被测量仪接收,测量仪记录发射和接收的时间间隔。质量为M0的测重台置于压力传感器上,传感器输出电压与作用在其上的压力成正比。当测重台没有站人时,测量仪记录的时间间隔为t0,输出电压为U0,某同学站上测重台,测量仪记录的时间间隔为t,输出电压为U。该同学的身高和质量分别为()A.v(t0-t),UB.v(t0-t),UC.v(t0-t),(U-U0)D.v(t0-t),(U-U0)【解析】选D。当测重台没有站人时,2x=vt0;站人时,2(x-h)=vt;解得h=v(t0-t);无人站立时:
7、U0=kM0g;有人时,U=k(M0g+mg),解得:m=(U-U0);故选D。二、非选择题(18分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)7.电流传感器可以像电流表一样测量电流,它的优点是反应非常快,可以捕捉到瞬间的电流变化,还可以与计算机相连,能在很短的时间内画出电流随时间的变化图像。按图甲连接电路,提供8 V直流电源,先使开关S与1相连,电源向电容器充电,这个过程可在瞬间完成,然后把开关S掷向2,电容器通过电阻R放电,传感器将电流信息传入计算机,屏上显示出电流随时间变化的I-t曲线,如图乙所示。(1)图乙中画出的竖直狭长矩形(图乙最左端),其面积表示的物理意义是。(2)估
8、算电容器在全部放电过程中释放的电荷量是C。(3)根据以上数据估算,电容器的电容是F。【解析】(1)图像纵坐标为电流I,横坐标为时间t,由公式q=It可知,矩形面积为放电电荷量。(2)根据横轴与纵轴的数据可知,一个格子的电量q0=0.0810-3 C,共有75格,则放电电荷量Q=75q0=6.010-3 C。(3)由Q=CU可知C=7.510-4 F答案:(1)0.1 s内的放电电荷量(2)6.010-3(3)7.510-4 (15分钟40分)8.(9分)(多选)传感器和计算机结合,可以快速测量和记录变化的力。如图,传感器和计算机连接, 弹性细绳一端系小球,另一端与传感器连接,把小球举到O点,放
9、手让小球自由下落,获得弹性细绳中拉力F随时间变化的图线。不计空气阻力。根据图线可以判断()A.2t1= (t4-t3)B.从t2t3,小球的速度一直增大C.细绳的自然长度是gD.t5时刻小球处在最低点【解析】选A、D。t1是自由落体运动的时间,t3t4是竖直上抛的时间,所以有2t1=t4-t3,A正确;从t2t3,小球从最低点向上运动,速度先增大,后减小,当弹力等于重力时,速度最大,B错误;从悬点到绳有力时的时间是t1,所以细绳的自然长度是g,C错误;t2和t5时刻绳拉力最大,小球处在最低点,D正确。9.(9分)已知磁敏电阻在没有磁场时电阻很小,有磁场时电阻变大,并且磁场越强电阻值越大。为探测
10、有无磁场,利用磁敏电阻作为传感器设计了如图所示的电路,电源的电动势E和内阻r不变,在没有磁场时调节变阻器R使电灯L正常发光。若探测装置从无磁场区进入强磁场区,则()A.电灯L亮度不变B.电灯L亮度变亮C.电流表的示数增大D.电源的内耗功率增大【解析】选B。探测装置从无磁场区进入强磁场区时,磁敏电阻的阻值变大,则电路的总电阻变大,根据闭合电路欧姆定律,可知总电流I变小,所以电流表的示数减小,故C错误。根据闭合电路欧姆定律U=E-Ir,又因为I减小,路端电压U增大,所以灯泡两端的电压增大,则电灯L变亮,故A错误,B正确。总电流I减小,由公式P内=I2r可知,电源的内耗功率减小,故D错误。【加固训练
11、】为了保证汽车刹车时车轮不被抱死,使车轮仍有一定的滚动而不是纯滑动,这样既可以提高刹车效果,又不使车轮失去控制。为此需要一种测定车轮是否还在转动的装置,这种检测装置称为电磁脉冲传感器,如果该装置检测出车轮不再转动,它就会自动放松刹车机构,让车轮仍保持转动状态,这就是ABS防抱死系统。如图是电磁脉冲传感器示意图,B是一根永久磁体,外面绕有线圈,它们的左端靠近一个铁质齿轮A。齿轮与转动的车轮是同步的,则以下说法正确的是()A.车轮转动时,由于齿轮在永久磁体的磁场中切割磁感线,产生感应电流B.车轮转动时,由于齿轮被磁化使线圈中的磁场发生变化,产生感应电流C.车轮转速减慢时,输出电流的周期变小,电流强
12、度也变小D.车轮转速减慢时,输出电流的周期变大,电流强度也变大【解析】选B。此传感器是利用线圈中磁通量的变化产生感应电流的原理来实现检测的,当车轮转动时,带动齿轮转动,相当于将铁块插入和拔出线圈,从而使线圈中磁通量发生变化而产生感应电流,故A错误,B正确;当车轮转速减慢时,线圈中磁通量的变化减慢,产生的感应电流的周期变大,由E=n可知,电流强度变小,故C、D错误;故选B。10.(22分)货运交通事故往往是由车辆超载引起的,因此我国交通运输部对治理货运超载有着严格规定。监测站都安装有称重传感器,图甲是一种常用的力传感器,由弹簧钢和应变片组成,弹簧钢右端固定,在其上、下表面各贴一个相同的应变片,应
13、变片由金属制成。若在弹簧钢的自由端施加一向下的作用力F,则弹簧钢会发生弯曲,上应变片被拉伸,下应变片被压缩。力越大,弹簧钢的弯曲程度越大,应变片的电阻变化就越大,输出的电压差U=|U1-U2|也就越大。已知传感器不受压力时的电阻约为19 ,为了准确地测量该传感器的阻值,设计了以下实验,实验原理图如图乙所示。实验室提供以下器材:A.定值电阻R0(R0=5 )B.滑动变阻器(最大阻值为2 ,额定功率为50 W)C.电流表A1(0.6 A,内阻r1=1 )D.电流表A2(0.6 A,内阻r2约为5 )E.直流电源E1(电动势3 V,内阻约为1 )F.直流电源E2(电动势6 V,内阻约为2 )G.开关
14、S及导线若干。(1)外力F增大时,下列说法正确的是;A.上、下应变片电阻都增大B.上、下应变片电阻都减小C.上应变片电阻减小,下应变片电阻增大D.上应变片电阻增大,下应变片电阻减小(2)图乙中、为电流表,其中电流表选(选填“A1”或“A2”),电源选(选填“E1”或“E2”);(3)为了准确地测量该阻值,在图丙中,将B、C间导线断开,并将滑动变阻器与原设计电路的A、B、C端中的一些端点连接,调节滑动变阻器,测量多组数据,从而使实验结果更准确,请在图丙中正确连接电路;(4)结合上述实验步骤可以得出该力传感器的电阻的表达式为(A1、A2两电流表的电流分别用I1、I2表示)。【解析】(1)外力F增大时,上应变片长度变长,电阻变大,下应变片长度变短,电阻变小,故选D。(2)题图乙中的要当电压表使用,因此内阻应已知,故应选电流表A1;因回路总阻值接近11 ,满偏电流为0.6 A,所以电源电动势应接近6.6 V,故电源选E2。(3)滑动变阻器应采用分压式接法,将B、C间导线断开,A、B两端接全阻值,C端接在变阻器的滑动端,如图所示。(4)由题图乙知,通过该力传感器的电流为I2-I1,加在该力传感器两端的电压为I1r1,故该力传感器的电阻为答案:(1)D(2)A1E2(3)(4)