第五章 传感器 单元检测1（word解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第二册
第五章
传感器
单元检测1（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共40分）
1．酒精测试仪已应用于全国各地查处司机是否酒驾的现场检测。有一种酒精测试仪利用的是二氧化锡半导体型传感器，若这种传感器电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么，在如图所示的电路图中，正确反映电压表示数U与酒精气体浓度c之间对应关系的选项是（　　）
A．B．C．
D．
2．有一热敏电阻的电阻值在t1~t4的温度变化范围内，R?t图像如图所示。现将该热敏电阻接在欧姆表的两表笔上，做成一个电阻温度计。为了便于读数，再把欧姆表上的电阻值转换成温度值。现在要使该温度计对温度的变化反应较为灵敏，那么该温度计测量哪段范围内的温度较为适宜（设在t1~t4温度范围内，欧姆表的倍率不变）（　　）
A．t1~t2
B．t2~t3
C．t3~t4
D．都可以
3．关于发光二极管，下列说法正确的是（　　）
A．发光二极管能发光，不具有单向导电性
B．发光二极管能直接把光能转化为电能
C．发光二极管只要在两端加有正向电压，就可以发光
D．发光二极管只有加正向电压时，才有可能发光
4．下列说法不正确的是（　　）
A．霍尔元件是把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量的一种元件
B．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号
C．电子秤所使用的传感器是力传感器，是把形变这个力学量转化为电压这个电学量
D．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断
5．传感器广泛应用在我们的生产生活中，常用的计算机键盘就是一种传感器．如图所示，键盘上每一个键的下面都连一小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一小的固定金属片，这两金属片组成一个小电容器．当键被按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能够检测出哪个键被按下，从而给出相应的信号．这种计算机键盘使用的是（
）
A．温度传感器
B．磁传感器
C．压力传感器
D．光传感器
6．如图所示是某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻、R2为定值电阻，A、B接监控装置．则(　　)
A．当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压升高
B．当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压降低
C．当仅增大R2的阻值时，可减小A、B之间的电压
D．当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
7．酒精测试仪用于机动车驾驶人员是否酗酒及其他严禁酒后作业人员的现场检测。它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器，酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化。在如图所示的电路中，酒精气体的不同浓度对应着传感器的不同电阻。这样，电压表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系。如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么，电压表示数U与酒精气体浓度C之间的对应关系正确的是（　　）
A．U越大，表示C越大，C与U成正比
B．U越大，表示C越小，但是C与U不成正比
C．U越大，表示C越小，C与U成反比
D．U越大，表示C越大，但是C与U不成反比
8．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
9．如图所示的光控电路中用发光二极管LED模仿路灯，为光敏电阻.天暗时路灯（发光二极管）会点亮，下列说法正确的是（
）
A．天暗时，Y端处于高电平
B．天暗时，Y端处于低电平
C．当调大时，A端的电势降低，灯（发光二极管）点亮
D．当调大时，A端的电势降低，灯（发光二极管）熄灭
10．如图所示为电熨斗构造的示意图，其中温度敏感元件是双金属片，其作用是控制电路的通断。下列说法中正确的是（　　）
A．当温度升高时，双金属片下层的膨胀大于上层
B．常温下，电熨斗的上下触点是分离的
C．当温度过高时，双金属片向下弯曲
D．熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，这时调节调温旋钮使调温旋钮下降
第II卷（非选择题）
二、实验题（共15分）
11．某课外活动小组自制了一台称重电子秤，其原理结构如图甲图所示，R为定值电阻；R是压敏电阻，其阻值随所受压力F的变化而变化，变化范围大约为几欧到几十欧，通过电压表的读数可以知道压力大小．若要想电子秤正常工作，首先通过实验探究压敏电阻阻值和F大小的关系，于是课外小组又设计了如图乙所示的探究压敏电阻阻值和F大小的关系的实验电路．图乙电路中由下列主要实验器材进行选择：
A．电源E(3V，内阻忽略不计)；
B．电流表A1(0.3A，内阻r1=10Ω)；
C．电流表A2(0.6A，内阻约为1Ω)；
D．电压表V(15V，内阻约为5kΩ)
E.开关S，定值电阻R1．
(1)为了比较准确测量电阻R，请完成图乙虚线框里两块表的选择(填电表代号)
___．
(2)图乙中，在电阻R上施加竖直向下的力F，闭合开关S，记录各个电表读数，得出R=________________，表达式中需要测量的各字母的物理意义为_______________．
(3)图乙所示电路中，改变力的大小，得到不同的R值，得到如图丙所示的R-F图象，写出R和F的关系式R=_______________．
(4)若甲图所示的电路中，在压敏电阻R上水平放置一个重力为1.0N的托盘，在托盘上放一重物，电源电动势E=9.0V，电源内阻r=1.0Ω，R0=5.0Ω，闭合开关，电压表示数为5.0V，则重物的重量为______N．
12．热敏电阻是传感电路中常用的电子元件，现用伏安法研究负温度系数（电阻率随温度的升高而减小）的热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线。已知常温下待测热敏电阻的阻值约为50Ω。热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水，其他可选的仪表和器具有：盛有热水的水瓶（图中未画出），电源（3V、内阻可忽略）、直流电流表（内阻约1Ω）、直流电压表（内阻约5kΩ）、滑动变阻器（0-10Ω）、开关、导线若干。
(1)图甲中，a、b、c
三条图线能反映出热敏电阻的伏安特性的曲线是___。
(2)设计实验电路图，根据电路图连接实物图乙（部分连线已经给出），要求测量误差尽可能小_______。
三、解答题（共45分）
13．以下工作中，你认为要用什么传感器？
(1)让孵化器在一定温度下孵化禽蛋；
(2)电梯超出负载时，发出报警提示；
(3)使汽车排放符合国家标准的尾气。
14．如图所示，甲图是在研究性学习活动中吴丽同学自制的电子秤原理示意图，目的是利用理想电压表的示数指示物体的质量.托盘与电阻可忽略的金属弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计.滑动变阻器的滑动端与弹赘上端相连接，当托盘中没有放物体时，滑片恰好指在变阻器的最上端，此时电压表的示数为零.设变阻器的总电阻为R，总长度为L，电源电动势为E，内阻为r，限流电阻的阻值为，弹簧的劲度系数为k，重力加速度为g，不计一切摩擦和其他阻力.
（1）请推导出电压表的示数U与所称物体的质量m的关系式.
（2）为使电压表的示数与待测物体的质量成正比，请利用原有器材进行改进，在乙图的基础上完成改进后的电路原理图，并求出电压表的示数U’与所称物体的质量m的关系式.
15．如图所示为一种常见的身高、体重测量仪。测量仪顶部向下发射波速为v的超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发射和接收的时间间隔。质量为M0的测重台置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比。当测重台没有站人时，测量仪记录的时间间隔为t0，输出电压为U0，某同学站上测重台，测量仪记录的时间间隔为t，输出电压为U，求该同学的身高和质量。
16．小明同学想用一只半导体热敏电阻制作一支能测量水温的温度计，通过查阅资料，他获得该热敏电阻的R-t特性曲线如图甲所示。他要求所制的温度计的测量范围是0~100℃，且在水温是100℃时，电压表指针偏转达到最大位置。根据特性曲线，他设计的水温温度计的电路如图乙所示，图中的定值电阻R0=100Ω，电压表的量程是0~3V。电源电压稳定。
(1)根据特性曲线，该热敏电阻在0℃、50℃、100℃时，阻值分别为多大？
(2)通过计算说明，当水温是0℃时、100℃时，电压表的指针指示是多少？
参考答案
1．D
【详解】
根据闭合电路欧姆定律得，电压表示数为
式中k为一常量。从表达式可以看出，U与c是非线性关系。
故选D。
2．B
【详解】
在t2~t3温度范围内，随温度的变化电阻值变化得较快，即电阻值对温度的变化较为灵敏，B正确。
故选B。
3．D
【详解】
发光二极管和普通二极管一样，都具有单向导电性，都是半导体材料制成的，只有当两端加正向电压时，才能处于导通状态，但不一定发光，要求达到一定的电压值，它能直接把电能转化为光能。
故选D。
4．B
【详解】
A．霍尔元件是把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量的一种元件。故A正确。
B．话筒是一种声传感器，其作用是将声信号转换为电信号。故B错误。
C．电子秤所使用的传感器是力传感器，是把形变这个力学量转化为电压这个电学量。故C正确。
D．电熨斗通过温度传感器实现温度的自动控制，通过双金属片传感器控制电路的通断。故D正确。
本题选择错误的，故选B。
5．C
【详解】
由题意可知，电容器通过受压后变形从而将压力信号变成了电信号，故键盘采用的是压力传感器，故C正确，ABD错误。
6．B
【解析】
【详解】
由电路图可知，两电阻串联，监控装置与R2并联；
AB、当有人通过通道而遮蔽光线时，R1阻值变大，电路中的总电阻变大；根据可知，电路中的电流变小，根据可知，R2阻值不变时，其两端的电压变小，即A、?B间电压降低，故A错误，B正确；
C、当仅增大R2的阻值时，电路中的总电阻变大，根据可知，电路中的电流变小，根据可知，电源的内阻和R1阻值不变时，内阻和R1两端的电压变小，根据串联电路的电压特点可知，A、B间电压增大，故C错误；
D、当仅减小R2的阻值时，电路中的总电阻变小，根据可知，电路中的电流变大，根据可知，电源的内阻和R1阻值不变时，内阻和R1两端的电压变大，根据串联电路的电压特点可知，A、B间电压减小，故D错误；
故选B．
【点睛】
由电路图可知，两电阻串联，监控装置与R2并联；根据题意得出有人通过时R1阻值的变化，根据欧姆定律可知电路中电流的变化和A、B间电压的变化；当仅改变R2的阻值时，根据欧姆定律可知电路中电流的变化，内阻和R1两端的电压电压变化，根据串联电路的电压特点可知A、B间电压的变化．
7．D
【详解】
设酒精气体传感器电阻为r′，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
根据欧姆定律得
整理得
由数学知识知，U越大，C越大，但两者不成正比，也不成反比。故D正确。
故选D。
8．BC
【详解】
A．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；
B．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，选项B正确；
C．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；
D．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。
故选BC。
9．BD
【详解】
AB．天暗时，光敏电阻的阻值大，A端电势高，Y端处于低电平，选项A错误，B正确；
CD．因
调大时，减小，Y端处于高电平，发光二极管熄灭，选项C错误，D正确。
故选BD。
10．CD
【详解】
A．当温度升高时，双金属片向膨胀系数小的发生弯曲，接触点断开，故上层的膨胀大于下层金属片，从而向下弯曲，故A错误；
BC．常温下，电熨斗的上下触点是接触的；当温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分开，起到调温作用，故双金属片向下弯曲，故B错误，C正确；
D．熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，即温度较高时，金属片才能离开触点，所以要将调温旋钮旋转下降，保证在温度未达到一定值时，金属片仍与接触点接触。故D正确；
故选CD。
11．
为电流表的读数，为电流表的读数
【详解】
(1)[1]由于实验要求准确测量压敏电阻阻值，而电压表内阻为不确定值，所以不能应用电压表；由于电流表A1的内阻为确定值并且电流表A2的量程大于A1的量程，所以应将电流表A1与压敏电阻并联后再与电流表A2串联，即两电表应选择电流表A1与A2；电路如图；
(2)[2][3]由图乙根据欧姆定律应有
解得
其中I1、I2分别表示电流表A1、A2的读数，r1为电流表A1的内阻；
(3)[4]根据一次函数概念可知由图象可读出纵轴截距b=16，斜率为
k==-2
根据一次函数概念可知
R=kF+b=-2F+16Ω
(4)[5]设重物的质量为m，则压力
F=1.0+G
代入R与F关系式可得压敏电阻为：
R=-2F+16=-2（1.0+G）+16Ω
再根据闭合电路欧姆定律应有
E=U+?(R+r)
联立并代入数据可解得
G=5.5N
12．c
【详解】
(1)[1]热敏电阻的电阻值随温度的升高而降低，在图象中图象的斜率应变大，故选c。
(2)[2]根据题意可知，本实验应采用滑动变阻器分压接法，同时因电阻较小，为了减小误差，电流表应采用外接法，故实物图如图所示
13．见解析
【详解】
传感器通过对某一物理量敏感的元件，将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量。
(1)
让孵化器在一定温度下孵化禽蛋，使用的是温度传感器，通过温度来改变电阻的阻值从而改变电路的电压电流来控制电路。
(2)
电梯超出负载时，发出报警提示，使用是压力传感器，通过压力大小的作用，将力转变为电信号，来控制电路。
(3)
使汽车排放符合国家标准的尾气，使用的是化学成分传感器，通过尾气的浓度等变化来转变为电信号，来控制电路。
14．（1）
（2）
；
【解析】
【详解】
(1)设在托盘中放人质量为m的物体后，弹簧被压缩的长度为X，则有
Mg=kx
R1=
电压表的示数U=IR1
联立解得
U=.
（2）改进后的电路原理图如图所示:
电流为
电压表的示数为U'=
联立解得.
15．，
【详解】
设身高体重测量仪高度为L，人的身高为h，质量为m，
当测重台上没有站人时，根据超声波的速度和位移关系得
vt0=2L
当测重台上站人时，可得
vt=2（L-h）
联立解得
根据传感器输出电压与作用在其上的压力成正比得
U0=kM0g
当测重台上站人时
U=k（M0+m）g
解得
16．(1)
500Ω、150Ω、100Ω；(2)1V；3V
【详解】
(1)由图甲所示特性曲线可知，该热敏电阻在0℃、50℃、100℃时，阻值分别为500Ω、150Ω和100Ω；
(2)由图甲所示特性曲线可知，当水温是100℃时，阻值为100Ω，此时电压表指针到最大刻度值3V，则电路电流
电源电动势
E=I（R+R0)=0.03×（100+100)=6V
由图甲所示特性曲线可知，当水温是0℃时，R′=500Ω，此时电路电流
电压表示数
U′=I′R0=0.01×100=1V