1、常见传感器的工作原理及应用 (15分钟30分)一、选择题(本题共3小题，每题6分，共18分)1.(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，这只元件一定是热敏电阻B.置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻C.用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻D.用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻【解析】选A、C
2、。热敏电阻的阻值随温度变化而变化，定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度变化；光敏电阻的阻值随光照变化而变化，定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照变化。故正确答案为A、C。【补偿训练】有的楼道照明灯具有这样的功能：天黑到一定程度时，出现声音它就开启；而在白天，即使有声音它也没有反应，在这种楼道照明灯的控制电路中，可能接入的传感器是()A.温度传感器和光传感器B.光传感器和声音传感器C.声音传感器和热传感器D.热传感器和力传感器【解析】选B。楼道照明灯工作原理为：天黑时，出现声音它就开启；而在白天，即使有声音它也没有反应。则可知，应接入光传感器和声音传感器，故B正确A、C、D错误。2.如图所示是霍尔元件的
3、工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持电流I恒定，则可以验证UH随B的变化情况。以下说法中不正确的是()A.将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，UH将变大B.在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平C.在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平D.改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化【解析】选C。由UH=知电压与磁感应强度成正比，垂直工作面的磁感应强度B越大，电压越大；将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，磁感应强度B变大，UH将变大，A正确；霍尔元件的工作面应与B垂直，在测定地球两极
4、的磁场强弱时应保持水平，在测定地球赤道上的磁场强弱时应保持竖直，故B正确、C错误；垂直工作面的磁感应强度B越大，电压越大，所以当磁感线与霍尔元件工作面的夹角变化时，UH将发生变化，D正确。3.如图，高一学生在合格考报名时进行了指纹采集，电容式指纹识别的原理是手指与传感器表面接触时，皮肤表面会和传感器上许许多多相同面积的小极板匹配成电容不同的平行板电容器，从而识别出指纹的纹路，下列说法正确的是()A.极板与指纹沟(凹的部分)构成的电容器电容大B.极板与指纹嵴(凸的部分)构成的电容器电容大C.若充电电压变大，所有电容器电容增大D.若充电电压变大，所有电容器电容减小【解析】选B。根据电容的计算公式C
5、=可得，极板与指纹沟(凹下部分)距离d大，构成的电容器电容小，极板与指纹嵴(凸的部分)构成的电容器电容大，故A错误，B正确；电容器的电容与正对面积、板间距离、填充介质有关，与充电电压无关，故C、D错误。二、计算题(12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.用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。现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感
6、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 N，b的示数为6.0 N，求此时汽车的加速度大小和方向。(2)当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零。【解析】(1)如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力F1=14 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，根据牛顿第二定律由F1-F2=ma1得a1= m/s2=4.0 m/s2a1与F1同方向，即向前(向右)。(2)传感器a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
7、力大小变为F2=20 N。滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得F合=F2=ma2得a2=10 m/s2，方向向后(向左)。答案：(1)4.0 m/s2方向向右(2)以方向向左大小为10 m/s2的加速度运动时，传感器a的示数为零 (10分钟20分)5.(6分)如图是安装在潜水器上深度表的电路简图，显示器由电流表改装而成，压力传感器的电阻随压力的增大而减小，电源电压不变，R0是定值电阻，在潜水器下潜过程中，电路中有关物理量的变化情况正确的是()A.通过显示器的电流减小B.R0两端的电压增大C.传感器两端的电压增大D.电路的总功率减小【解析】选B。由题，潜水器下潜的过程中，压力传感器的电阻随压
8、力的增大而减小，所以电路中的总电阻减小，由闭合电路的欧姆定律：I=可知电路中的电流值增大，故A错误；电路中的电流值增大，根据欧姆定律，R0两端的电压U=IR0，U增大，故B正确；传感器两端的电压U传=E-I(R0+r)，由于I增大，其他的都不变，所以传感器两端的电压减小，故C错误；由P=EI可知，电路的总功率随电流的增大而增大，故D错误。【补偿训练】图甲为某一同学根据传感器原理制作的一个带传感器的简单电路。如图乙所示，当该同学用力按压纸张时，小灯泡开始发亮；该同学撤去压力时，灯泡又变暗。则这种装置使用的是()A.磁传感器B.温度传感器C.压力传感器D.光传感器【解析】选C。同学用力按压纸张时，
9、小灯泡开始发亮；撤去压力时，灯泡又变暗，说明灯泡的亮度需要用力来进行控制，所以这种装置使用的是压力传感器，故C正确，A、B、D错误。6.(14分)如图所示，双金属片上层金属的热膨胀系数_下层金属(选填“大于”“等于”或“小于”)，常温下，弹性铜片和双金属片触点是接触的，通电后，电热丝发热，当温度升高到某一值时，双金属片上层的金属受热膨胀，形变量大于下层金属，双金属片向下弯曲，使触点分离，切断电路；随着温度的降低，当降到某一温度时，双金属片收缩恢复原状，两触点又接触，接通电路，调温旋钮下压弹性铜片，可使触点分离的温度_(选填“升高”或“降低”)；上提弹性铜片，可_(选填“升高”或“降低”)触点的分离温度，从而实现了调温控制。【解析】双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属，当温度升高时，双金属片便向下层弯曲；调温旋钮下压弹性铜片，则温度更高时，才能使得金属片离开触点，所以触点分离的温度升高，上提弹性铜片，则温度较低时，就能使得金属片离开触点，所以触点分离的温度降低。答案：大于升高降低