1、第六章 传感器1传感器及其工作原理A组(15分钟)1.有一电学元件,温度升高时电阻却大幅度减小,则这种元件可能是()A.金属导体B.绝缘体C.半导体D.超导体解析:题中所述四种材料中只有半导体的电阻随温度升高而减小,故选C。答案:C2.几年前,中国牛奶行业经历了一次严峻考验,许多牛奶制品中被检测出化学原料三聚氰胺。在多种检测三聚氰胺的方法中有一种“酶标法检测”,若这种检测方法使用了传感器,应为传感器中的哪一类()A.物理传感器B.化学传感器C.生物传感器D.温度传感器解析:检测方法为酶标法,所以其原理应该是利用了生物酶,故应为生物传感器,所以C对。答案:C3.下列说法正确的是()A.凡将非电学
2、量转化为电学量的传感器都是物理传感器B.湿敏传感器只能是物理传感器C.物理传感器只能将采集到的信息转化为电压输出D.物理传感器利用的是物质的物理性质和物理效应解析:各种传感器虽然工作原理不同,但基本功能相似,多数是将非电学量转化为电学量,故A错;湿敏传感器为化学传感器,故B错;传感器既可将信息转化为电压输出,也可转化为电流、电阻等输出,故C错;由物理传感器定义知D对。答案:D4.如图所示,R1为定值电阻,R2为负温度系数的热敏电阻,L为小灯泡,当温度降低时()A.R1两端的电压增大B.电流表的示数增大C.小灯泡的亮度变强D.小灯泡的亮度变弱解析:R2与灯L并联后与R1串联,与电源构成闭合电路,
3、当温度降低时,热敏电阻R2的阻值增大,外电路电阻增大,电流表读数变小,R1两端电压减小,灯L两端电压增大,灯泡亮度变强,故C正确,其余各项均错。答案:C5.如图所示,将一光敏电阻接在多用电表两表笔上,将多用电表的选择开关置于欧姆挡,用光照射光敏电阻时,表针自左向右的偏角为;现用手掌挡住部分光线,表针自左向右的偏角为,则可判断()A.=B.D.不能确定解析:光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小,用手掌挡住部分光线,阻值变大,由欧姆挡的特点知,指针左偏,故指针自左向右的偏转角度变小。答案:B6.导学号01150114如图所示的电路中,电源两端的电压恒定,L为小灯泡,R为光敏电阻,LED为发光二极管
4、(电流越大,发出的光越强),且R与LED相距不变,下列说法正确的是()A.当滑动变阻器的滑片P向左移动时,L消耗的功率增大B.当滑动变阻器的滑片P向左移动时,L消耗的功率减小C.当滑动变阻器的滑片P向右移动时,L消耗的功率可能不变D.无论怎样移动滑动变阻器的滑片P,L消耗的功率都不变解析:滑动变阻器的滑片P左移,使其电阻减小,流过二极管的电流增大,从而发光增强,使光敏电阻R减小,最终达到增大流过灯泡电流的效果。答案:A7.唱卡拉OK用的话筒,内有传感器。其中有一种是动圈式的,它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈,线圈处于永磁铁的磁场中,当声波使膜片前后振动时,就将声音信号转变为电
5、信号。下列说法正确的是()A.该传感器是根据电流的磁效应工作的B.该传感器是根据电磁感应原理工作的C.膜片振动时,穿过金属线圈的磁通量不变D.膜片振动时,金属线圈中不会产生感应电动势解析:如图所示动圈式话筒是利用电磁感应现象制成的。当声波使金属膜片振动时,连接在膜片上的线圈(叫音圈)随着一起振动。音圈在永磁铁的磁场中振动,其中就产生感应电流,感应电流的大小和方向都变化,振幅和频率的变化由声波决定,这就将声音信号转换成电信号,这个电信号经扩音器放大后传给扬声器,从扬声器中就传出放大的声音。答案:B8.导学号01150115如图为自动水位报警器的示意图,在水位低于B时,电磁铁所在的控制电路部分断路
6、,灯亮;当水位升高到B时,电磁铁所在的控制电路部分接通,灯亮。解析:当水位低于B时,电磁铁所在的控制电路部分断路,此时电磁铁不吸引衔铁,绿灯所在回路接通,所以绿灯亮;当水位升高到B时,电磁铁所在的控制电路部分接通,电磁铁具有磁性,吸引衔铁使红灯所在回路接通,所以此时红灯亮。答案:绿红9.电磁流量计广泛应用于测量可导电流体(如污水)在管中的流量(在单位时间内通过管内横截面的流体的体积)。如图所示,有电流I流过长方体金属块,金属块宽度为d、高为b,有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里,金属块单位体积内的自由电子数为n,试问金属块上、下表面哪面电势高?电势差是多少?(此题描述的是著名的霍尔效应
7、现象)解析:因为自由电荷为电子,故由左手定则可判断电子向上偏,故下表面电势高,设其稳定电压为U。当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时,即qUb=qvB又因为导体中的电流I=neSv=nevbd故U=BIned。答案:下表面电势高BInedB组(15分钟)1.(多选)下列说法正确的是()A.传感器担负着信息采集的任务B.干簧管是一种能够感知磁场的传感器C.传感器不是电视遥控接收器的主要元件D.传感器是把力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具解析:传感器的任务就是采集信息,A正确;干簧管的主要构造是由平时不接触的两个极易被磁化的软铁片组成的,它们靠近磁场时被磁化后相互吸引而接触,B正确;
8、由传感器的定义知,D正确。答案:ABD2.数码相机的普及逐渐淘汰了传统胶片相机。数码相机的主要部件是电荷耦合器(CCD),能将光学量转化为电学量。该部件可看作一种()A.力传感器B.温度传感器C.光传感器D.霍尔元件解析:因为CCD能把光学量转化为电学量,因而是一种光传感器。答案:C3.(多选)许多楼道照明灯具有这样的功能: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。它的控制电路中可能接入的传感器是()A.温度传感器B.光传感器C.声音传感器D.热传感器解析:能感知声音和光照情况,说明电路中接入了光传感器和声音传感器,故B、C正确。答案:BC4.某学习小组的同学在用多用电表研究
9、热敏特性实验中,安装好如图所示装置。向杯内加入冷水,温度计的示数为20 ,多用电表选择适当的倍率,读出热敏电阻的阻值R1。然后换成向杯内加入热水,温度计的示数为60 ,发现多用电表的指针偏转角度较大,则下列说法正确的是()A.应选用电流挡,温度升高换用大量程测量B.应选用电流挡,温度升高换用小量程测量C.应选用欧姆挡,温度升高时换用倍率大的挡D.应选用欧姆挡,温度升高时换用倍率小的挡解析:多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源故不能用电流表,A、B均错;当温度升高时多用电表指针偏转角度较大,说明热敏电阻的阻值变小了,应该换用倍率小的挡,C错误,D正确。答案:D5.下列有关各类电阻应用的说法中
10、,错误的是()A.热敏电阻可应用于温度测控装置中B.光敏电阻是一种光电传感器C.电阻丝可应用于电热设备中D.电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用解析:热敏电阻对温度很敏感,光敏电阻对光照很敏感,电阻丝可用于电加热,这很常见,所以A、B、C三个说法均正确。交变电流、直流电均可通过电阻,电阻对它们均可产生阻碍作用,所以D说法错误。答案:D6.导学号01150116传感器是把非电学物理量(如位移、压力、流量、声强等)转换成电学量的一种元件。如图为一种电容式传感器,电路可将声音信号转化为电信号。电路中a、b构成一个电容器,b是固定不动的金属板,a是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动
11、膜。若声源S发出一个频率恒定的声波使a振动,则a在振动过程中()A.a、b板之间的电场强度不变B.a、b板所带的电荷量不变C.电路中始终有方向不变的电流D.向右位移最大时,电容器的电容量最大解析:a、b始终跟电源相连,电势差U不变,由于a、b间距离d变化,由E=Ud知电场强度变化,A错误;由C=rS4kd知,d变化时C变化,a向右位移最大时,电容最大,D正确;由Q=CU知a、b所带电荷量变化,电路中电流方向改变,B、C错误。答案:D7.如图所示,图甲为热敏电阻的R-t图象,图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路,继电器的电阻为100 。当线圈的电流大于或等于20 mA时,继电
12、器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势E=9.0 V,内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。则:(1)应该把恒温箱内的加热器接在(选填“A、B端”或“C、D端”)。(2)如果要使恒温箱内的温度保持50 ,可变电阻R的阻值应调节为。解析:(1)恒温箱内的加热器应该接在A、B端。当线圈中的电流较小时,继电器的衔铁在上方,恒温箱的加热器处于工作状态,恒温箱内温度升高。(2)随着恒温箱内温度升高,热敏电阻R的阻值变小,则线圈中的电流变大,当线圈中的电流大于或等于20 mA 时,继电器的衔铁被吸到下方来,使恒温箱加热器与电源断开,加热器停止工作,恒温箱内温度降低。随着恒温箱内温度降低
13、,热敏电阻R的阻值变大,则线圈中的电流变小,当线圈的电流小于20 mA时,继电器的衔铁又被释放到上方,则恒温箱加热器又开始工作,这样就可以使恒温箱内保持在某一温度。要使恒温箱内的温度保持50 ,即50 时线圈内的电流为20 mA。由闭合电路欧姆定律I=Er+R+R,r为继电器的电阻。由题图甲可知,50 时热敏电阻的阻值为90 ,所以R=EI-R-r=260 。答案:(1)A、B端(2)2608.导学号01150117一种半导体材料称为“霍尔材料”,用它制成的元件称为“霍尔元件”,这种材料有可定向移动的电荷,称为“载流子”,每个载流子的电荷量大小为1个元电荷量,即q=1.610-19 C。在一次
14、实验中,一块霍尔材料制成的薄片宽 ab=1.010-2 m、长 bc=4.010-2 m、厚h=110-3 m,水平放置在磁感应强度B=1.5 T竖直方向上的匀强磁场中,bc方向通有I=3.0 A的电流,如图所示,沿宽度产生1.010-5 V 的横向电压。(1)假定载流子是电子,a、b两端中哪端电势较高?(2)薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率多大?解析:(1)根据左手定则可确定a端电势高。(2)当导体内由于载流子有沿电流方向所在的直线定向运动时,受洛伦兹力作用而产生横向分运动,产生横向电场,横向电场的电场力与洛伦兹力平衡时,导体横向电压稳定。设载流子沿电流方向所在直线定向移动的速度为v,横向电压为Uab,横向电场强度为E,电场力为Fe=eE=eUabab,磁场力FB=evB,平衡时Uababe=evB,得v=UababB=6.710-4 m/s。答案:(1)a(2)6.710-4 m/s