1、传感器及其应用(分值：100分)1(3分)下列说法正确的是()A凡将非电学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D除了物理传感器，还有化学、生物传感器也可将非电学量转化为电学量，故A错误；湿敏传感器也可能是化学传感器，故B错误；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错误；由物理传感器定义知D正确。2(3分)人类发射的绕地球运转的所有航天器，在轨道上工作时都需要电能，所需要的电能都是由太阳能电池把太阳能转化为电能得到的，要求太阳能电池板总是对准太阳，为达到这
2、一要求应利用下列哪种传感器来感知太阳方位()A力传感器 B光传感器C温度传感器 D生物传感器B太阳能电池板的有效采光面积不同，所产生的电流不同，当正对太阳时电流最大，所以应用的是光传感器，选项B正确，选项A、C、D错误。3(3分)类人型机器人装有作为眼睛的“传感器”，犹如大脑的“控制器”，以及可以行走的“执行器”，在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯。下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是()A力传感器 B光传感器C温度传感器 D声音传感器B遇到障碍物会绕开，说明它是光传感器，选项B正确，选项A、C、D错误。4(3分)如图是用电流传感器(相当于电流表，其电阻可以忽略不计)研究自感现象的实验电
3、路，图中两个电阻的阻值均为R，L是一个自感系数足够大的自感线圈，其直流电阻值也为R。图中是某同学画出的在t0时刻开关S由闭合变为断开，通过传感器的电流随时间变化的图像。关于这些图像，下列说法中正确的是()A甲图是通过传感器1的电流随时间变化的情况B乙图是通过传感器1的电流随时间变化的情况C丙图是通过传感器2的电流随时间变化的情况D丁图是通过传感器2的电流随时间变化的情况C开关S由闭合变为断开，传感器1中的电流立刻变为零，如丁图；传感器2中的电流由于线圈的自感作用，电流反向并逐渐减小，如丙图，故C正确，A、B、D错误。5(3分)如图所示为一测定液面高低的传感器示意图，A为固定的导体芯，B为导体芯
4、外面的一层绝缘物质，C为导电液体，把传感器接到如图所示电路中，已知灵敏电流计指针偏转方向与电流方向相同。如果发现指针正向右偏转，则导电液体的深度h变化为()Ah正在增大 Bh正在减小Ch不变 D无法确定B由电源极性及电流方向可知，A、B、C构成的电容器上的电荷量正在减小，由QCU可知C减小，根据C可知正对面积减小，即h在减小。6(3分)如图所示，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，D为发光二极管(电流越大，发光越强)，且R与D距离不变，下列说法中正确的是()A当滑动触头向左移动时，L消耗的功率增大B当滑动触头向左移动时，L消耗的功率减小C当滑动触头向右移动时，L消耗的功率可能不变D无
5、论怎样移动滑动触头，L消耗的功率都不变A电源电压恒定，也就是说，并联电路两端的电压恒定，当滑动触头向左移动时，发光二极管发光变强，光敏电阻的电阻变小，所以电流变大，则L的功率变大。7(3分)在一些学校的教室里，为了保证照明条件，采用了智能照明系统，在自然光不足时接通电源启动日光灯，而在自然光充足时，自动关闭日光灯。其原理图如图所示，R为一光敏电阻，L为一带铁芯的螺线管。在螺线管上方有一用细弹簧悬着的轻质衔铁，衔铁的一端用铰链固定使其可以自由转动，另一端用一绝缘棒连接两动触头。关于该智能照明系统的工作原理，下列描述错误的是()A光照较强时，光敏电阻的阻值较小，衔铁被吸引下来B光线不足时，光敏电阻
6、的阻值较大，所在电路电流较小，衔铁被弹簧拉上去，日光灯接通C上面的两接线柱应该和日光灯电路连接D下面的两接线柱应该和日光灯电路连接D由光敏电阻的特性可知，光照强度较强时，电阻较小，电流较大，衔铁被吸引下来，日光灯电路断开；光线不足时，电阻较大，电流较小，衔铁被弹簧拉上去，日光灯电路接通。因此，上面的两接线柱应该和日光灯电路连接。选项A、B、C正确，故选D。8(3分)生活中可以通过霍尔元件来测量转动物体的转速。如图，在一个转动的圆盘边缘处沿半径方向均匀地放置四个小磁铁，其中两个N极向外，两个S极向外。在圆盘边缘附近放置一个霍尔元件，其尺寸如图所示。当电路接通后，会在a、b两端产生电势差，经电路放
7、大后得到脉冲信号。已知脉冲信号的周期为T，若忽略感应电动势的影响，则()A圆盘转动的转速为nB转速越大，脉冲信号的最大值就越大C脉冲信号的最大值与h成正比D圆盘转到图示时，如果a点电势高则霍尔元件中定向移动的电荷带负电D由于两个N极向外，两个S极向外，所以圆盘转一周可以得到两个脉冲信号，圆盘转一周的时间为2T，故圆盘的转速为n，故A错误；最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡，霍尔元件的长宽高分别为L、d、h，有qqvB，结合电流的微观定义式InehLv，所以有U，故脉冲信号的最大值与转速和h无关，故B、C错误；圆盘转到图示时，如果a点电势高，则说明上极板带正电，下极板带负电；电流向里，则
8、根据左手定则可知，只能是带负电的电荷移动到下板上，故D正确。9(6分)如图(a)所示是汽车过桥时对不同类型的桥面压力的实验。采用DIS方法对模型进行测量，其结果如图(b)中电脑屏幕所示。(1)图(a)中的传感器为_传感器；(2)图(a)中甲、乙、丙分别为三种不同类型的桥面。对于凸形桥甲，其相对应的压力图线应是图(b)电脑屏幕上的_(填 “a”“b”或“c”)；(3)如增大小球在斜槽上的高度，则在图(b)中大致画出小球通过凸形桥甲时的压力图线。解析该传感器把力信号转化为电信号，属于压力传感器；小球经过凸形桥甲的最高点时，压力小于重力，其相对应的压力图线应是电脑屏幕上的c；增大小球在斜槽上的高度，
9、小球经凸形桥甲的最高点时压力更小，其图线与c相比较，最低点更低一点。答案(1)压力(2)c(3)图线与c相比较，最低点更低一点(图略)10(10分)全自动洗衣机中，排水电磁阀是由程序控制器控制其动作的。当洗衣机进行排水和脱水程序时，电磁铁的线圈通电，使电磁铁的铁芯2动作，牵引排水阀的活塞打开，排出污水。牵引电磁铁的结构如图所示。当程序控制器的控制电流通过线圈时，线圈和铁芯1产生一个强的磁场，使铁芯2磁化，由于磁体相互作用，将铁芯2吸入线圈，此时铁芯2将拉动阀门使阀门打开排水。同样，控制器不输出控制电流时，电磁铁将失去磁性，弹簧(图中未画)将铁芯2拉回原位，从而关闭阀门。想一想：(1)某时刻输入
10、控制电流时，a为正，b为负，则铁芯2中A端和B端分别为什么磁极？(2)a、b处输入的是正、负交变电流，铁芯2是否仍然吸入线圈？与恒定电流相比会有什么不同？解析(1)利用安培定则判断，A端为S极，B端为N极。(2)仍能吸入线圈，因为铁芯仍能被磁化，且磁化后的磁性总是与线圈发生相吸的作用。但与恒定电流产生的磁场相比，交变磁场强弱有变化，当磁性减弱的时刻弹簧会将铁芯2拉离线圈，因而会有振动而产生噪声。答案见解析11(4分)(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B1 T的匀强磁场中，C、O间距离为10 cm。当磁
11、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CO B电流方向OCC电流大小为2 A D电流大小为1 ABC只有当OC受到向左的安培力时，闸门才能自动跳开，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BIl1I0.1 N0.2 N，从而解得I2 A。12(4分)(多选)为了保证汽车车轮在制动时不是完全刹死滑行，而是让车轮仍有一定的滚动，我们用一个自动检测车速的传感器来控制车轮的转动，其原理如图所示(铁质齿轮P与车轮同步转动，右端是一个绕有线圈的磁体)，下列说法正确的是()AM是一个电流检测器BM是一个定值电阻C该传感器是把
12、运动情况转化为电学物理量D该传感器是把运动情况转化为力学物理量AC当车轮带动齿轮转动时，线圈中会有电流，这是由于轮齿靠近线圈时被磁化，使磁场增强，轮齿离开线圈时磁场减弱，磁通量变化使线圈中产生了感应电流。将这个电流放大后去控制制动机构，可有效地防止车轮被制动抱死。所以，A、C两项正确。13(4分)(多选)如图为自动售货机投币系统。它可以自动识别硬币。以下关于自动售货机投币系统工作原理说法正确的是 ()A当硬币投入自动售货机的投币口时，硬币被挡住，暂时停止在A处，以便让机器测出电阻，如果电阻值在机器内计算机芯片所认可的范围内，支持物A下降，硬币沿斜面滚下B当硬币通过两块磁铁时，硬币内产生了涡流，
13、从而受到安培力的作用，导致速度减小C当硬币通过磁铁后，传感器测出它的速度，并且与存储在计算机中的标准值比较，如果速度适当，开关B就打开，硬币被接受D当硬币通过磁铁后，传感器测出它的速度，并且与存储在计算机中的标准值比较，如果速度过快，开关B就打开，硬币被接受ABC当硬币投入自动售货机的投币口时，硬币被挡住，暂时停止在A处，以便让机器测出电阻。如果电阻值在机器内计算机芯片所认可的范围内，支持物A下降，硬币沿斜面滚下，当硬币通过两块磁铁时，硬币内产生了涡流，从而受到安培力的作用，导致速度减小，当硬币通过磁铁后，传感器测出它的速度，并且与存储在计算机中的标准值比较，如果速度适当，开关B就打开，硬币被
14、接受，否则开关C打开，硬币进入拒绝通道。14(4分)(多选)如图所示是家用电冰箱的压缩启动装置的电路。其中的运行绕组是电冰箱在工作时电动机定子，由于家用交流电是单相的，启动时必须依靠启动绕组的帮助才能产生旋转磁场。在启动绕组的支路中串联有一个PTC元件。这是一种以钛酸钡为主要材料的热敏电阻器，电流流过PTC元件，元件发热，它的电阻率随温度升高而发生显著变化，当电动机转起来正常以后，PTC元件温度较高，电阻很大，启动绕组电流很小，以下判断正确的是()A电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少B电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少C电冰箱启动后，启动绕组功率不变，运行绕组功率是变化的D电冰箱启动后
15、，启动绕组功率是变化的，运行绕组功率不变BD启动时，由于PTC元件温度低，电阻小，故耗电多，故B正确；启动后，随着PTC元件的温度升高，元件本身电阻增大，通过启动绕组的电流减小，故启动绕组的功率是变化的，而运行绕组电压不变，故功率不变，故D正确。15(8分)某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性。现有器材：直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等。(1)若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性，请你在图甲所示的实物图上连线。(2)实验的主要步骤：正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，闭合开关，记录电源输出的电流值；在保温容器中添
16、加少量热水，待温度稳定后，闭合开关，_，_，断开开关；重复第步操作若干次，测得多组数据。(3)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得如图乙所示的Rt关系图线，请根据图线写出该热敏电阻的Rt数学关系式：R(_t)。(保留三位有效数字)甲乙解析根据R可求出不同温度下热敏电阻的阻值，实物图的连接如图所示。在Rt图线上取两点，当t110 时，R1104 ，当t260 时，R2124 。故Rt图像的斜率为0.400 /s。将图线延长，可知t0 时的电阻为100 ，故Rt的数学关系式为R(1000.400t)。答案(1)如图所示(2)读取温度计示数读取电压表示数(3)1000.40016(1
17、0分)某课外小组设计了一种测定风速的装置，其原理如图所示，一个劲度系数k120 N/m，自然长度 l01 m弹簧一端固定在墙上的M点，另一端N与导电的迎风板相连，弹簧穿在光滑水平放置的电阻率较大的金属杆上，弹簧是不导电材料制成的。迎风板面积S0.5 m2，工作时总是正对着风吹来的方向。电路的一端与迎风板相连，另一端在M点与金属杆相连。迎风板可在金属杆上滑动，且与金属杆接触良好。定值电阻R1.0 ，电源的电动势E12 V，内阻r0.5 。闭合开关，没有风吹时，弹簧处于原长，电压表的示数U19.0 V，某时刻由于风吹迎风板，电压表的示数变为U26.0 V。(电压表可看成理想电表)试求：(1)金属杆
18、单位长度的电阻；(2)此时作用在迎风板上的风力。解析设无风时金属杆接入电路的电阻为R1，风吹时接入电路的电阻为R2，由题意得(1)无风时：由U1R1得R14.5 所以金属杆单位长度的电阻r0 /m4.5 /m。(2)有风时：由U2R2得R21.5 此时，弹簧长度l m压缩量xl0l m m由平衡条件得此时风力：Fkx120 N80 N。答案(1)4.5 /m(2)80 N17(12分)如图所示是一种测量血压的压力传感器在工作时的示意图，薄金属片P固定有4个可以形变的电阻R1、R2、R3、R4，如图乙。图甲是它的侧面图，这4个电阻连成的电路如图丙所示，试回答下列问题：(1)开始时金属片中央O点未
19、加任何压力，欲使电压表无示数，则4个电阻应满足怎样的关系？(2)当O点加一个压力F后发生形变，这时4个电阻也随之发生形变，形变后各电阻阻值大小如何变化？解析(1)本题是求电路A、B两点的电压与4个电阻的关系，由于电压表的电阻可以看作无穷大，因此本电路是R1与R2串联，R3与R4串联，然后它们再并联。设上面部分电流为I上，下面部分电流为I下，要使A点电势等于B点电势，则应有电阻R1上的电压等于R3上的电压，电阻R2上的电压等于电阻R4上的电压，即I上R1I下R3，I上R2I下R4，联立式得到。(2)当在O点施加垂直于金属片的压力后，金属片发生形变，由于电阻是固定在金属片上的，因此R1、R4被拉长
20、，R2、R3被拉宽，即R1、R4增大，R2、R3减小，这时A、B两点电势不再相等。答案(1)(2)R1、R4增大R2、R3减小18(14分)如图所示为某种电子秤的原理示意图，AB为一均匀的滑线电阻，总阻值为R，长度为L，两边分别有P1、P2两个滑动头，P1可在竖直绝缘光滑的固定杆MN上保持水平状态而上下自由滑动。绝缘弹簧处于原长时，P1刚好指着A端，P1与托盘固定相连。当P1、P2间出现电压时，该电压经过放大，通过信号转换后在显示屏上显示物体重力的大小。已知弹簧的劲度系数为k，托盘自身质量为m0，P1的电阻不计，电源电动势为E，内阻不计，当地的重力加速度为g。 (1)求托盘上未放置物体时，在托
21、盘自身重力作用下，P1与A端的距离x1；(2)求托盘上放置质量为m的物体时，P1与A端的距离x2；(3)在托盘上未放置物体时通常先校准零点，其方法是：调节P2，使P2离A端的距离也为x1，从而使P1、P2间的电压为零。校准零点后，将物体放在托盘上，试推导出物体的质量m与P1、P2间的电压U之间的函数关系式。解析托盘移动时，带动P1移动，使P1、P2间出现电势差，电势差的大小反映了托盘向下移动距离的大小，由于R为均匀滑线电阻，则其阻值与长度成正比。(1)由力的平衡知识得m0gkx1，解得x1。(2)放上物体重新平衡后，有m0gmgkx2解得x2。(3)由闭合电路欧姆定律得UIR串(R串为P1、P2间的电阻，I为通过滑线电阻的电流)又EIR，因而有(x为P1、P2间的距离)xx2x1，联立解得m。答案(1)(2)(3)m
