2021-2022学年鲁科版(2019)选择性必修第二册
第五章
传感器及其应用
单元测试(解析版)
一、选择题(共40分)
1.汽车轮胎气压自动报警装置的主要部件是压阻式压力传感器,某压阻式压力传感器的特点是压力F越大其电阻越小,现将该压力传感器R0接入如图所示电路中,开关S闭合,当压力传感器所受压力增大时,下列说法正确的是( )
A.R1的电功率增大
B.电压表的示数增大
C.电流表的示数增大
D.R2的电功率增大
2.酒精测试仪利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器,其电阻r的倒数与酒精气体的浓度C成正比。如图所示的电路接在恒压电源上,R和R0为定值电阻,则电压表的示数U与酒精气体浓度C的对应关系为( )
A.U越大,表示C越大,但是C与U不成正比
B.U越大,表示C越大,而且C与U成正比
C.U越大,表示C越小,但是C与U不成反比
D.U越大,表示C越小,而且C与U成反比
3.如图所示,甲图是录音机的录音电路原理图,乙图是研究自感现象的实验电路图,丙图是光电传感的火灾报警器的部分电路图,丁图是电容式话筒的电路原理图,下列说法错误( )
A.甲图中录音机录音时,由于话筒的声电转换,线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
B.乙图电路中,开关断开瞬间,灯泡会突然闪亮一下,并在开关处产生电火花
C.丙图电路中,当有烟雾进入罩内时,光电三极管上就会因烟雾的散射而有光的照射,表现出电阻的变化
D.丁图电路中,当声波使膜片振动时,电容发生变化,会在电路中产生变化的电流
4.当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品之中,下述关于常用的几种家用电子器件所采用传感器的说法中,不正确的是(
)
A.电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了光电传感器
B.电子体温计中主要是采用了温度传感器
C.电脑所用的光电鼠标主要是采用了声波传感器
D.电子秤中主要是采用了力电传感器
5.为了防止火灾的发生,在宾馆房间的天花板上大多装有一个传感器,该传感器是( )
A.气体传感器
B.声音传感器
C.压力传感器
D.光传感器
6.关于传感器工作的一般流程,下列说法中正确的是( )
A.非电学量→敏感元件→处理电路→电学量
B.非电学量→处理电路→敏感元件→电学量
C.电学量→敏感元件→处理电路→非电学量
D.电学量→处理电路→敏感元件→非电学量
7.如图所示为一种呼气酒精测试仪的原理图,其中酒精气体传感器的电阻值r′的倒数与接触到酒精气体的浓度c成正比。则下列说法正确的是( )
A.电压表的示数无法表示浓度c的变化
B.电压表的示数越大,表示浓度c越小
C.酒精气体传感器把电信息转化成非电信息
D.当醉酒人员对传感器呼气时,电压表示数变大
8.如图甲所示的电路中理想变压器原副线圈匝数比为,电流表、电压表均为理想电表,R、L和D分别是光敏电阻(其阻值随光强增大而减小)、理想线圈和灯泡。原线圈接入图乙所示的正弦交流电压u,下列说法正确的是( )
A.该交变电流的方向每秒改变50次
B.在时,电压表的示数为22V
C.有光照射电阻R时,灯泡D变亮
D.抽出线圈L中的铁芯,电流表的示数减小
9.如图甲所示,M是一个小型理想变压器,原、副线圈匝数之比n1:n2=10:1,接线柱a、b接一正弦交变电源,电压如图乙所示。变压器右侧部分为一火警系统原理图,其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器(电阻随温度升高而减小),R1为一定值电阻。下列说法中正确的是( )
A.电压表V1示数为22V
B.输入电压瞬时值表达式为u=220sin100πt(V)
C.当R2所在处出现火警时,电流表A的示数变小
D.当R2所在处出现火警时,电压表V2的示数变大
10.压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小。一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置,如图甲所示,将压敏电阻平放在升降机内,受压面朝上,在上面放一物体m,升降机静止时电流表示数为I0。某过程中电流表的示数如图乙所示,则在此过程( )
A.物体处于超重状态
B.物体处于失重状态
C.升降机一定向上做匀加速运动
D.升降机可能向下做匀减速运动
二、填空题(共15分)
11.在《传感器的应用实验》的光控电路中,用发光二极管LED模仿路灯,RG为光敏电阻所示.当光敏电阻RG受到光照时,斯密特触发器的输出端Y出现电平________(填“高”或“低”);当把光遮住时,输入端A出现电平________(填“高”或“低”);如果试验中发现天很暗时路灯还没点亮,应将可变电阻R1的阻值调________一些(填“大”或“小”).
12.是一种新型的半导体陶瓷材料,它以钛酸钡为主,渗入多种物质后加工而成,目前家用的陶瓷暖风器、陶瓷电热水壶等就是用这种材料做成的。有一个根据需要设定的温度,低于这个温度时,其电阻随温度的升高而减小,高于这个温度时,电阻值则随温度的升高而增大,我们把这个设定的温度叫“居里点温度”。用材料制成的电热器具有发热、控温双重功能,应用十分广泛。
(1)家用固体电热灭蚊器就使用陶瓷电热元件,图甲为其电阻随温度变化的图像,由图可知,该材料的“居里点温度”为_________;
(2)家用固体电热灭蚊器工作时的温度基本恒定在左右,若它的温度高于,电阻_______,功率________,使其温度_________(以上均填变化情况);反之,也能自动调节。因此用材料制成的电热器具有自动调节功能;
(3)某同学利用电阻设计了一个“过热自动报警电路”,将电阻安装在需要探测温度的地方,当环境温度正常时,指示灯亮;当环境温度超过电阻的“居里点温度”时,电阻变化导致电磁铁磁性减弱,使警铃响。请帮他将图乙所示的电路连接完整_______________________。
三、解答题(共45分)
13.如图甲所示为半导体材料做成的热敏电阻的阻值随温度变化的曲线,图乙为用此热敏电阻R和继电器设计的温控电路,设继电器的线圈电阻为Rx=50
Ω,当继电器线圈中的电流Ic大于或等于20
mA时,继电器的衔铁被吸合.左侧电源电动势为6
V,内阻可不计,温度满足什么条件时,电路右侧的小灯泡会发光?
14.如图所示为一自动控制温度的电路,请说明其工作原理。(已知温度升高时热敏电阻阻值减小)
15.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,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?
16.如图所示,图甲为某热敏电阻的R?t图像,图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单的恒温箱温控电路,继电器线圈的电阻为150
Ω.当线圈中的电流大于或等于20
mA时,继电器的衔铁被吸合.为继电器线圈供电的电池的电动势E=6
V,内阻不计.图中的“电源”是恒温箱加热器的电源.
甲 乙
(1)应该把恒温箱内的加热器接在A、B两端还是C、D两端?
(2)如果要使恒温箱内的温度保持100
℃,滑动变阻器R′的阻值应调节为多少?
参考答案
1.A
【详解】
A.据题意,压力增大时R0电阻减小,则外电路电阻减小,根据闭合电路欧姆定律,有
可知总电流I减小,R1的电功率为
可知R1的电功率增大,故A正确;
B.电压表测量的是并联电路的电压,根据公式,有
可知电压表的示数减小,故B错误;
C.电流表测量R2支路电流,根据公式,有
可知电流表的示数减小,故C错误;
D.R2的电功率为
则R2的电功率减小,故D错误。
故选A。
2.A
【详解】
设酒精气体传感器电阻为r.由图知,酒精气体传感器和定值电阻串联在电路中,电压表测R0两端的电压。根据酒精气体传感器的电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比,得
(k是比例系数)…①
根据欧姆定律得
…②
由①②整理得
由数学知识知,U越大,C越大,但C与U不成正比。
故选A。
3.B
【详解】
A.磁带录音机的录音原理是:录音时,话筒将声音先转变成强弱变化的电流,即声信号转换为电信号(这是利用了电磁感应现象),送到录音磁头;由图可知:录音磁头是一个蹄形电磁铁,它的磁性强弱会随电信号变化,将电信号转换为磁信号(利用了电流的磁效应),故A正确;
B.乙图电路中,开关断开瞬间,电感和灯泡并没有形成回来,灯泡立即熄灭,故B错误;
C.光电三极管也是一种晶体管,它有三个电极.当光照强弱变化时,电极之间的电阻会随之变化.当有烟雾进入罩内时,光电三极管上就会因烟雾的散射而影响光照强度,表现出电阻的变化,故C正确;
D.电容话筒一样利用振膜接受空气振动信号,振膜与固定的平面电极之间形成一个电容,两者之间的距离变化会导致其电容容量的变化。在电容两端施加固定频率及大小的电压,通过电容的电流就会变化,故D正确。
本题选错误的,故选B。
4.C
【详解】
A.电视机对无线遥控信号的接收采用了红外线传感器,故A正确,与题意不符;
B.电子体温计主要是采用了温度传感器,故B正确,与题意不符;
C.电脑所用的光电鼠标主要采用了光传感器,故C错误,与题意相符
D.电子秤主要是采用了力电传感器,故D正确,与题意不符;
故选C。
5.D
【详解】
当有烟雾时,光会发生漫反射,火灾报警器将光信号转换成电信号,从而发出警报。所以该传感器是用光传感器实现报警的。
故D正确。
6.A
【详解】
传感器工作的一般流程为:非电学量被敏感元件感知,然后通过转换元件转换成电信号,再通过转换电路将此信号转换成易于传输或测量的电学量。故选A。
【点睛】
本题考查了传感器的工作原理。
7.D
【详解】
ABD.酒精气体传感器和定值电阻串联在电路中,电压表测R0两端的电压,酒精气体传感器的电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比,测试到的酒精气体浓度越大则传感器的电阻的倒数越大,所以传感器的电阻越小,根据欧姆定律可知电路中电流越大,R0两端的电压越大,所以U越大。表示c越大,AB错误D正确;
C.酒精气体传感器把非电信息(酒精气体浓度)转化成电信息(电压),C错误。
故选D。
8.BC
【详解】
A.由题图乙可知,交变电流的周期为,频率为50Hz,则该交变电流的方向每秒改变100次,故A错误;
B.电压表的示数为变压器副线圈两端电压的有效值,原线圈中电压的有效值为220V,由理想变压器的电压关系可知,电压表的示数为22V,故B正确;
C.当有光照射电阻R时,其阻值减小,即负载电阻的阻值减小,输出电流增大,灯泡D变亮,故C正确;
D.抽出线圈L中的铁芯,线圈的自感系数减小,对交变电流的阻碍作用(感抗)减小,副线圈中电流增大,故原线圈中电流增大,电流表示数增大,故D错误。
故选BC。
9.AB
【详解】
A.由图象可知,输入的电压有效值为220V,变压器的电压与匝数成正比,由此可得副线圈的电压为
所以电压表V1示数为22V,故A正确;
B.由电动势随时间变化的规律可知,周期为0.02s,交流电的角速度
所以输入电压瞬时值表达式为
u=220sin100πt(V)
故B正确;
CD.当出现火警时,温度升高,电阻R2减小,副线圈的电流变大,所以原线圈电流即电流表A示数增大,则R1的电压要增大,由于副线圈的总电压不变,所以R2的电压即电压表示数V2要减小,故CD错误。
故选AB。
10.AD
【详解】
AB.升降机静止时电流表示数为I0,而运动过程中电流表示数为2I0,由欧姆定律分析压敏电阻的阻值变小,说明压敏电阻所受压力增大,大于重力,则物体处于超重状态,故A正确,B错误;
CD.升降机具有向上的加速度,可能向上匀加速运动也可能向下做匀减速运动,故C错误,D正确。
故选AD。
11.高;
高;
小;
【解析】
【详解】
用发光二极管LED模仿路灯,RG为光敏电阻所示.当光敏电阻受到光照时,其电阻值较小,输入端A电势低,故斯密特触发器的输出端Y出现高电平;当把光遮住时,电阻比较大,光敏电阻两端的电势差比较大,输入端A出现高电平;如果试验中发现天很暗时路灯还没点亮,说明A点的电势仍然比较低,所以应将可变电阻R1的阻值调小一些.
【点睛】
解决本题的关键掌握门的特点:输入高电势输出低电势,反之输入低电势输出高电势.
12.100
变大
变小
降低
【详解】
(1)[1]当材料低于“居里点温度”时,其电阻随温度的升高而减小,高于“居里点温度”时,电阻值则随温度的升高而增大,分析图甲可知“居里点温度”为100℃。
(2)[2][3][4]分析图甲可知,家用固体电热灭蚊器工作时的温度高于165℃时,电阻变大,根据功率公式可知,功率减小,温度降低。
(3)[5]当环境温度正常时,指示灯亮;当环境温度超过电阻的“居里点温度”时,电阻变大,电流减小,导致电磁铁磁性减弱,使警铃响.根据题干信息连接电路,如图所示.
13.温度不小于50
℃时,电路右侧的小灯泡会发光
【详解】
根据题意,当继电器线圈中的电流大于或等于时,由闭合电路欧姆定律求出Rt的值,从图线a中读出对应的温度,再得到温度的条件.
根据闭合电路欧姆定律得:,得:,从图线可知对应的温度是,所以温度小于时,电路右侧的小灯泡会发光.
14.见解析
【详解】
当开关P在弹簧拉力作用下拉到上面与a接触时,电热丝工作;随着温度升高,热敏电阻阻值减小,通过电磁铁的电流增大,电磁铁磁性增强到一定程度时把P吸到b,电热丝停止工作,指示灯亮。
15.(1)(2)
【详解】
(1)设所称重物重力为G时弹簧的压缩量为x,由题意得
①
此时,滑动触头P距B端距离为,滑动变阻器有效电阻为,由闭合电路欧姆定律有
②
由①②式解得。
(2)该装置达到最大量程时,弹簧压缩量最大,A、B间电阻被短路。故此时电流表示数为。
16.(1)应接在A、B两端 (2)100
Ω
【解析】
【详解】
(1)应接在A、B两端.
(2)由题图甲可知,t=100
℃时R=50
Ω,则t=100
℃时继电器电路中的电流:
I=
又E=6
V,I=20
mA,R继=150
Ω
代入数据,解得
R′=100
Ω.
【点睛】
在解答本题的时候要分析清楚,控制电路和加热电路是两个不同的电路,只有当温度较低,需要加热的时候,加热电路才会工作,而控制电路是一直通电的.