1、2传感器的应用课时过关能力提升基础巩固1.用遥控器调换电视机频道的过程,实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。下列属于这类传感器的是 ()A.红外报警装置B.走廊照明灯的声控开关C.自动洗衣机中的压力传感装置D.电饭煲中控制加热和保温的温控器解析:红外报警装置正是把光信号转化为电信号的器件。答案:A2.(多选)利用光敏电阻制作的光传感器,记录了传送带上工件的输送情况。图甲为某工厂成品包装车间的光传感记录器,光传感器B能接收到发光元件A发出的光。每当工件挡住A发出的光时,光传感器就输出一个电信号,并在屏幕上显示出电信号与时间的关系,如图中乙所示。若传送带始终匀速运动,每两个工件间的距离为0
2、.2 m,则下述说法正确的是()A.传送带运动的速度是0.1 m/sB.传送带运动的速度是0.2 m/sC.该传送带每小时输送3 600个工件D.该传送带每小时输送7 200个工件解析:有工件通过时,挡住A射向光传感器B的光,传感器输出一个高电压,故知两相邻工件通过的时间t=1 s,传送带的速度v=0.21 m/s=0.2 m/s。每小时传送工件3 600个。答案:BC3.(多选)下列说法正确的是()A.话筒是一种常用的声传感器,其作用是将电信号转换为声信号B.电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器,这种传感器的作用是控制电路的通断C.电子秤所使用的测力装置是力传感器D.热敏电
3、阻常用作温度传感器,因为温度变化时,它的电阻值变化明显解析:话筒是将声音信号转化为电信号的装置,A错;电熨斗内的双金属片,是利用不同金属的热胀冷缩程度的不同,使电路随温度的改变实现通、断的,B正确;电子秤所使用的测力装置是力传感器,C正确;热敏电阻温度变化时,它的电阻值变化明显,D正确。答案:BCD4.电子打火机的点火原理是压电效应,压电片在受压时会在两侧形成电压且电压大小与压力近似成正比。现有一利用压电效应制造的电梯加速度传感器,如图所示。压电片安装在电梯地板下,电压表与压电片构成闭合回路用来测量压电片两侧形成的电压,若发现电压表示数增大,下列说法正确的是()A.电梯一定加速上升B.电梯一定
4、减速下降C.电梯加速度一定向上D.电梯加速度一定向下解析:电压表示数增大说明人对地板的压力变大,对人受力分析知地板对人的支持力大于人所受重力,即人的加速度一定向上,所以电梯可能向上加速,也可能向下减速。答案:C5.(多选)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的正弦式交流电源上,变压器右侧部分为一火警报警系统原理图,其中R2为由半导体热敏材料制成的传感器,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所在处出现火警时,下列说法正确的是()A.A1的示数不变,A2的示数增
5、大B.A1的示数增大,A2的示数减小C.V1的示数不变,V2的示数减小D.V1的示数增大,V2的示数增大解析:U1为交流电压u的有效值,故恒定。当传感器R2处出现火警时,R2的电阻减小,副线圈两端电压U副恒定,R2减小时,总电流I3增大,则U3增大,由U1I1=U副I3可知I1增大,因U2=U副-U3,故U2减小,I2减小,B、C正确。答案:BC6.(多选)下图是电饭锅结构示意图,下列关于电饭锅的说法正确的是()A.电饭锅中的感温磁体是一种半导体材料B.开始煮饭时,压下开关按钮的作用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,饭熟后水分被大米吸收,锅底的温度会升高
6、,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:根据电饭锅的结构及工作原理可知选项B、C正确,选项A错误;水的沸腾温度为100 ,电饭锅无法自动断电,故选项D错误。答案:BC7.图甲、乙是A和B两位同学在科技活动中自制的利用电压表示数来指示物体质量的电子秤原理图,托盘与电阻可忽略的弹簧相连,托盘与弹簧的质量均不计,滑动变阻器的滑片与弹簧连接,当托盘中没有放物体时,电压表示数为零。设滑动变阻器总电阻为R,总长为l,电源电动势为E,内阻为r,限流电阻阻值为R0,弹簧劲度系数为k,不计一切摩擦和其他阻力,电压表为理想电表,通过推导图甲和图乙中电压表示数Ux与物
7、体质量m的关系式,说明哪位同学设计的方案更可取。解析:设托盘中放质量为m的物体时,滑动变阻器的上端到滑片的长度为x,电压表示数为Ux,根据题意有mg=kx,Rx=mgRkl。对于题图甲有Ux=ERxr+R0+R=EmgR(r+R0+R)kl,对于题图乙有Ux=E(R-Rx)r+R0+R=ERkl-EmgR(r+R0+R)kl。对比两式可知,前式中Ux与m成正比,便于测量;而后式中Ux与m不成正比,不便于测量,依据可操作性原则可知A同学设计的原理图更可取。答案:见解析能力提升1.在家用电热灭蚊器中,电热部分主要元件是PTC元件,PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器,其电阻率随温度t的变化
8、关系如图所示。由于这种特性,PTC元件具有发热、保温双重功能。下列判断正确的是 ()通电后,其电功率先增大,后减小通电后,其电功率先减小,后增大当其产生的热量与散发的热量相等时,温度保持在t1不变当其产生的热量与散发的热量相等时,温度保持在t1和t2之间的某一值不变A.B.C.D.解析:当电热灭蚊器温度由0 升到t1的过程中,电阻器的电阻率随温度升高而减小,其电阻R随之减小,由于加在灭蚊器上的电压U保持不变,灭蚊器的热功率P随之增大,当t=t1时,P=P1达到最大。当温度由t1升高到t2的过程中,增大,R增大,P减小;而温度越高,其与外界环境温度的差别也就越大,高于环境温度的电热灭蚊器的散热功
9、率P也就越大;因此在这之间的某一温度t3会有P=P3=P,即电热功率P减小到等于散热功率时,即达到保温;当tP,使温度自动升高到t3;当tt3时,PP,使温度自动降为t3,实现自动保温。答案:D2.(多选)电容式话筒的保真度比动圈式话筒好,其工作原理如图所示,Q是绝缘支架,薄金属膜片M和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电,当声波使膜片M振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流。当膜片M向右运动的过程中有()A.电容变大B.电容变小C.导线AB中有向左的电流D.导线AB中有向右的电流解析:当声波使膜片M向右运动时,电容器极板间距减小,电容变大,电荷量Q=UC变大,电源要继续给电容器充电,
10、所以导线AB中有向左的电流,故选项A、C正确。答案:AC3.酒精测试仪用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车及其他严禁酒后作业人员的现场检测,它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器。酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化。在如图所示的电路中,不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻,这样,显示仪表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系。如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r的倒数与酒精气体的浓度成正比,那么,电压表示数U与酒精气体浓度C之间的对应关系正确的是()A.U越大,表示C越大,C与U成正比B.U越大,表示C越大,但是C与U不成正比C.U越大,表示C越小,C与U成反比D.U越大,表
11、示C越小,但是C与U不成反比解析:传感器电阻r的倒数与浓度C是正比关系,即1r=kC。电路中的电流为I=Er+R+R0+r,电压表示数U=IR0=ER0r+R+R0+r=kR0Ek(R+R0+r)+1C,可见电压与浓度的关系不是正比关系,但随浓度的增加而增加。故B正确。答案:B4.在输液时,药液有时会从针口流出体外,为了及时发现,人们设计了一种报警装置,电路如图所示。M是贴在针口处的传感器,接触到药液时其电阻RM发生变化,导致S两端电压U增大,装置发出警报,此时()A.RM变大,且R越大,U增大越明显B.RM变大,且R越小,U增大越明显C.RM变小,且R越大,U增大越明显D.RM变小,且R越小
12、,U增大越明显解析:S两端的电压增大,总电流变大,总电阻变小,说明M的电阻RM变小,且R越大,并联电阻减小越快,干路电流增大越明显,电压U增大越明显,故C正确。答案:C5.温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中,它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的。如图甲所示,电源的电动势E=9 V,内阻不计;G为灵敏电流表,内阻保持不变;R为热敏电阻,其电阻阻值与温度的变化关系如图乙所示。闭合开关S,当R的温度等于20 时,电流表示数I1=2 mA。当电流表的示数I2=3.6 mA时,热敏电阻的温度是()A.60 B.80 C.100 D.120 解析:在t=20 时,R1=4 000
13、,E=(RG+R1)I1,代入数据,解得RG=500 ;当I2=3.6 mA时,E=(RG+R2)I2,解得R2=2 000 。从题图乙中可以看出t=120 ,故选D。答案:D6.如图所示,神舟十一号飞船发射升空时,火箭内测试仪台上放一个力传感器,传感器上面压一质量为m的物体,火箭点火后从地面加速升空,当升到某一高度时,加速度为a=g2,力传感器此时显示物体对平台的压力为点火前压力的1716倍。已知地球的半径为R,g为地面附近的重力加速度,则此时火箭离地面的高度为_。解析:设此时火箭升空的高度为h,此处的重力加速度为g,则有F-mg=ma,由万有引力定律得(R+h)2g=R2g,又F=1716
14、mg,由以上解得h=R3。答案:R37.用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀变速直线运动的加速度。该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个力传感器。用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg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。现将该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10 N(g取10 m/s2)。(1)若传感器a的示数为14.0 N,b的示数为6.0 N,求此时汽车的加速度大小和方向;(2)当传感器a的示数为零时,求此时车的加速度大小和方向。解析:传感器上所
15、显示出的力的大小,即弹簧对传感器的压力,据牛顿第三定律知,此即为弹簧上的弹力大小,即该弹簧对滑块的弹力大小。(1)如图所示,依题意:左侧弹簧对滑块向右的推力F1=14.0 N,右侧弹簧对滑块向左的推力F2=6.0 N。滑块所受合力产生加速度a1,根据牛顿第二定律有F1-F2=ma1,得a1=F1-F2m=14.0-6.02.0 m/s2=4.0 m/s2,a1与F1同向,即向前(向右)。(2)a传感器的读数恰为零,即左侧弹簧的弹力F1=0,因两弹簧相同,左侧弹簧伸长多少,右侧弹簧就缩短多少,所以右侧弹簧的弹力变为F2=20 N。滑块受合力所产生加速度为a2,由牛顿第二定律得F合=F2=ma2,
16、得a2=F2m=10 m/s2,方向向后(向左)。答案:(1)4.0 m/s2向右(2)10 m/s2向左8.电热毯、电饭锅是人们常用的电热式家用电器,它们一般具有加热和保温功能,其工作原理大致相同。右图为某种电热式电器的简化电路图,主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S。(1)开关S闭合和断开时,用电器分别处于什么状态?(2)电源电压U=220 V,加热时用电器功率400 W,保温时用电器功率40 W,求R1与R2的值。解析:(1)当S闭合时,R2短路,此时电路总电阻最小,由P=U2R知功率最大,为加热状态;当S断开时,R1、R2串联,电路总电阻最大,功率最小,为保温状态。(2)S闭合时,加热状态有Pmax=U2R1,S断开时,保温状态有Pmin=U2R1+R2代入数据联立得R1=121 ,R2=1 089 。答案:(1)S闭合时为加热状态,S断开时为保温状态(2)R1=121 R2=1 089