1、认识传感器常见传感器的工作原理及应用(25分钟60分)一、选择题(本题共5小题，每题8分，共40分)1.利用现代信息技术进行的实验叫作DIS实验，DIS由传感器、数据采集器和计算机组成。如图所示为“用DIS测变速直线运动的瞬时速度”实验的装置图，图中所示的器材为()A位移传感器B速度传感器C时间传感器 D光电门传感器【解析】选D。光电门传感器能够测量并记录挡光片通过光电门的时间t。若挡光片的宽度为d，则瞬时速度v，故D正确。【加固训练】关于传感器，下列说法正确的是()A传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量B金属热电阻是一种可以将电学量转换为热学量的传感器C干簧管是能够感知电场的传感器D干簧
2、管接入电路中相当于电阻的作用【解析】选A。传感器作为一种将其他形式的信号与电信号之间的转换装置，能将非电学量按一定规律转换成电学量，选项A正确；金属热电阻是将热学量转化为电学量的传感器，选项B错误；干簧管是一种能够感知磁场的传感器，串联在电路中就成为一个由磁场控制的开关，选项C、D错误。2.压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小，某位同学利用压敏电阻设计了判断电梯运动状态的装置，其装置示意图如图所示，将压敏电阻平放在电梯内，受压面朝上，在上面放一物体m，电梯静止时电流表示数为I0，电梯在不同的运动过程中，电流表的示数分别如图(甲)(乙)(丙)(丁)所示，下列判断中不正确的是() A(甲)图表示
3、电梯可能做匀速直线运动B(乙)图表示电梯可能做匀加速上升运动C(丙)图表示电梯可能做匀加速上升运动D(丁)图表示电梯可能做变减速下降运动【解析】选C。匀速时物体受力与静止时相同，电流应为I0，选项A正确；匀加速上升时物体超重，压力恒定，电流恒定且大于I0，选项B正确，C错误；(丁)图电流减小，电路中的电阻增大，故此过程压力减小，可能为变减速下降运动，选项D正确。3. (2021沈阳高二检测)某种角速度计的结构如图所示。当整个装置绕竖直轴OO转动时，元件A相对于转轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压，电压传感器(传感器内阻无限大)接收相应的电压信号。已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k、自然长度为
4、l，电源的电动势为E、内阻不计。滑动变阻器总长也为l，电阻分布均匀，装置静止时滑片P在变阻器的最左端B处，当系统以角速度转动时，则()A电路中电流随角速度的增大而增大B弹簧的伸长量为xC输出电压U与的函数关系为UD此装置能测量的角速度最大不超过【解析】选D。系统在水平面内以角速度转动时，无论角速度增大还是减小，BC的电阻不变，根据闭合电路欧姆定律可知，电路中电流保持不变，与角速度无关，故A错误。设系统在水平面内以角速度转动时，弹簧伸长的长度为x，则对元件A，根据牛顿第二定律得kxm2(lx)，解得x，故B错误。输出电压UEE，解得U，故C错误。当xl时角速度最大，则由klm(ll)，解得max
5、，故D正确。4.传感器是能将感受的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)的一类元件，在自动控制中有相当广泛的应用，如图所示的装置是一种测定液面高度的电容式传感器。金属芯线与导电液体构成一个电容器，从电容C大小的变化情况就能反映出液面高度h的高低情况，则两者的关系是()C增大表示h增大C增大表示h减小C减小表示h减小C减小表示h增大A只有正确B只有、正确C只有正确 D只有、正确【解析】选B。液面高度的变化，相当于电容器极板正对面积的变化。当h增大时，相当于正对面积增大，则电容C应增大；当h减小时，相当于正对面积减小，电容C应减小，B正确。5电动自行车是一种应用广泛的交通工
6、具，其速度控制是通过转动右把手实现的，这种转动把手称为“霍尔转把”，属于传感器非接触控制。转把内部有永久磁铁和霍尔器件等，截面如图甲。开启电源时，在霍尔器件的上、下面之间加一定的电压，形成电流，如图乙。随着转把的转动，其内部的永久磁铁也跟着转动，霍尔器件能输出控制车速的电压，已知电压与车速关系如图丙。以下关于“霍尔转把”叙述正确的是()A为提高控制的灵敏度，永久磁铁的上、下端分别为N、S极B按图甲顺时针转动电动车的右把手，车速将变快C图乙中从霍尔器件的左、右侧面输出控制车速的霍尔电压D若霍尔器件的上、下面之间所加电压正负极性对调，将影响车速控制【解析】选B。由于在霍尔器件的上、下面之间加一定的
7、电压，形成电流，当永久磁铁的上、下端分别为N、S极时，磁场方向与电子的移动方向平行，则电子不受洛伦兹力作用，霍尔器件不能输出控制车速的霍尔电压，故A错误；当按图甲顺时针转动电动车的右把手，霍尔器件周围的磁场增强，则霍尔器件输出控制车速的霍尔电压增大，因此车速将变快，故B正确；根据题意，结合图乙的示意图，永久磁铁的N、S极可能在左、右侧面或在前、后表面，因此从霍尔器件输出控制车速的霍尔电压不一定在霍尔器件的左、右侧面，也可能在前、后面，故C错误；当霍尔器件的上、下面之间所加电压正负极性对调，从霍尔器件输出控制车速的霍尔电压正负号相反，由图丙可知，不会影响车速控制，故D错误。二、计算题(本题共1小
8、题，共20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)6.如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻不计，不称物体时，滑动触头P在A端，滑动变阻器接入电路中的有效电阻最大，电流较小；称重物时，在压力作用下滑动触头下移，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大。这样把电流对应的质量值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的质量，若滑动变阻器上A、B间长度为l，最大阻值为R0，保护电阻R的最大阻值也为R0，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k。(1)试导出所称重物重力G与电路中电流I的函数关系；(2)该装置达到最大量程时电流表示数是多少？【解题指南】解答本题应注意以下两点：(1)
9、称重时带动触头P移动，使PA间出现电势差。(2)电势差的大小反映了重物下移的大小，由于R0为均匀的滑线电阻，则电阻阻值与长度成正比。【解析】(1)设所称重物重力为G时弹簧的压缩量为x，由题意得Gkx此时，滑动触头P距B端距离为lx，滑动变阻器有效电阻为R0R0，由闭合电路欧姆定律有I由式解得G2kl。(2)该装置达到最大量程时，弹簧形变量最大，A、B间电阻被短路，故此时电流表示数为Im。答案：(1)G2kl(2)(15分钟40分)7. (9分)如图所示为某商厦安装的光敏电阻自动计数器的示意图。其中A是光源，B是由电动机带动匀速运行的自动扶梯，R1是半导体材料制成的光敏电阻(光照越强，电阻越小)
10、，R2是定值电阻。每当扶梯上有顾客经过，挡住由A射向R1的光线时，计数器就计数一次。此计数器的基本工作原理是()A当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压B不论有无光照射R1，信号处理系统获得的电压都不变C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D信号处理系统每获得一次高电压就计数一次【解析】选C。由电路图可知，R1、R2串联；当有光照射R1时，R1的阻值较小，总阻值较小，由欧姆定律可得电路中电流较大；因R2为定值电阻，则R2两端的电压较大；当光线被挡住时，R1的阻值变大，总阻值变大，由欧姆定律可得电路中电流减小；则R2两端的电压减小，故A、B错误；当光线被挡住时，R1的阻值变大，则R2两端的
11、电压减小，信号处理系统每获得一次低电压就计数一次，故C正确，D错误。8. (9分)(多选)如图是一种电感式微小位移传感器的原理图。1是待测位移的物体，3是空心线圈，软铁芯2插在线圈3中并且可以随着物体1在线圈中左右平移。关于这种传感器的工作原理，下列说法正确的是()A这种传感器输入的物理量是位移，输出的物理量是自感系数B通过这种传感器线圈的电流是交流电C软铁芯是敏感元件，线圈是转换元件D当物体1向右移动时，线圈的自感系数增大【解析】选B、C。这种传感器输入的物理量是位移，输出的物理量是电流，选项A错误；当软铁芯插入或拔出线圈时，在线圈中产生方向相反的电流，则通过这种传感器线圈的电流是交流电，选
12、项B正确；因软铁芯的移动导致线圈中产生感应电流，则软铁芯是敏感元件，线圈是转换元件，选项C正确；当物体1向右移动时，软铁芯插入线圈的深度减小，则线圈的自感系数减小，选项D错误。【加固训练】(多选)某磁敏电阻的阻值R随外加磁场的磁感应强度B变化图线如图甲所示。学习小组使用该磁敏电阻设计了保护负载的电路如图乙所示，U为直流电压，下列说法正确的有()A增大电压U，负载电流不变B增大电压U，电路的总功率变大C抽去线圈铁芯，磁敏电阻的阻值变小D抽去线圈铁芯，负载两端电压变小【解析】选B、C。增大电压U，为保护负载，磁敏电阻两端需要分压，即电压增大，磁敏电阻的阻值增大，根据甲图可知磁感应强度增大，所以通过
13、线圈的电流增大，根据PUI可知，电路的总功率P变大，故A错误，B正确；抽去线圈铁芯，线圈产生的磁感应强度减小，故磁敏电阻的阻值变小，则磁敏电阻两端的电压变小，而U不变，所以负载两端电压变大，故C正确，D错误。9(22分)(2021潍坊高二检测)为了比赛的公平公正，学校短跑比赛设计安装了一款防抢跑装置，该装置安装在起跑线前，如图甲所示，丙图是其工作原理图：起跑发令枪发令前，开关S1、S2、S3都闭合，K与A端相连，绿灯亮；发令枪扳机和开关S2相连动，扣动扳机，枪响同时开关S2断开；当电流表示数小于或等于30 mA时，在弹簧弹力作用下，K与A端相连，绿灯亮，无人抢跑；当电流表示数大于30 mA时，
14、衔铁被吸下，K与B端相连，红灯亮同时铃声响，有人抢跑。已知两电路电源电压均为6 V，保持不变，压力传感器R的阻值随所受压力变化的图像如图乙所示，压板重力不计，电磁铁线圈电阻不计。(1)起跑发令枪发令前，开关S1、S2、S3都闭合，压力传感器R压板上无人(压力F0)时，左端电路消耗的电功率为多少？(2)比赛时，起跑发令枪发令前，抢跑同学踩在压板上的压力F为900 N时，左端电路电流表读数为多少？(3)比赛时，枪声响起后，若某同学踩在压板上的力为1 500 N时，要使得红灯不亮，电阻R0至少为多大？【解析】(1)当开关S1、S2、S3都闭合，压力传感器R压板上无人时，由图像知，压力传感器的电阻为R300 ，所以左端电路消耗的电功率为P0.12 W(2)当有人抢跑时，对传感器的压力为900 N，由图像知，此时压力传感器的电阻为R100 ，所以左端电路电流表读数为I0.06 A(3)由题意知，红灯不亮时的电路最小电流为I最小30 mA0.03 A此时的电路最大电阻为R总200 由图像知，当传感器受到的压力是1 500 N时，此时的电阻为Rmin50 所以保护电阻的阻值最小为R0R总Rmin200 50 150 答案：(1)0.12 W(2)0.06 A(3)150