第五章 传感器 单元测试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
单元测试1（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共40分）
1．传感器在日常生活中有着广泛的应用，它的种类多种多样，其性能也各不相同，电热水壶有水烧干自动断电装置，电热水壶内实现这一功能的传感器是（　　）
A．力传感器
B．温度传感器
C．声传感器
D．光传感器
2．在探究超重和失重的规律时，某体重为G的同学站在压力传感器上完成一次下蹲动作。传感器和计算机相连，经计算机处理后得到的压力随时间t变化的图像可能是图中的（　　）
A．
B．
C．
D．
3．如图电路中，电阻R随温度升高均匀增大，用这个电阻做探头测温，把电流表的刻度改为相应的温度刻度。下列说法正确的是（
）
A．低温对应电流较大的刻度上，且温度刻度均匀
B．低温对应电流较大的刻度上，且温度刻度不均匀
C．高温对应电流较大的刻度上，且温度刻度均匀
D．高温对应电流较大的刻度上，且温度刻度不均匀
4．下列说法正确的是（
）
A．金属热电阻的电阻率随温度升高而减小
B．干簧管是电控开关
C．电熨斗中的双金属片上层膨胀系数比下层大
D．光敏电阻导电性能随光强增强而减小
5．如图所示，将一光敏电阻连入多用电表两表笔上，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的偏角为θ，现用手掌挡住部分光线，表针的偏角变为θ′，则可判断（　　）
A．θ′=θ
B．θ′<θ
C．θ′>θ
D．不能确定θ和θ′的关系
6．如图所示，RT为负温度系数的热敏电阻，R为定值电阻，若往RT上擦些酒精，在环境温度不变的情况下，关于电压表示数的变化情况，下列说法中正确的是(　　)
A．变大
B．变小
C．先变大后变小再不变
D．先变小后变大再不变
7．关于传感器的作用，下列说法正确的是（　　）
A．通常的传感器可以直接用来进行自动控制
B．传感器可以将感受到的一些信息转换为电学量
C．传感器可以将所有感受到的信息都转换为电学量
D．以上说法均不正确
8．关于传感器的作用，下列说法正确的是（）
A．通常的传感器可以直接用来进行自动控制
B．传感器可以用来采集信息
C．传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量
D．传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量
9．传感器已广泛应用在生产、生活中，下列关于传感器的说法正确的是（　　）
A．给货车称重的地磅使用了压力传感器
B．酒店大厅的自动门使用了光传感器
C．空调的控温系统使用了温度传感器
D．夜间自动打开的路灯使用了红外线传感器
10．如图是电饭锅结构示意图，关于电饭锅下列说法正确的是(　　)
A．电饭锅中的传感器磁体是一种半导体材料
B．开始煮饭时，压下开关按钮的原因是克服弹簧的弹力使永磁体一端上升，上下触点接触接通电路
C．用电饭锅煮米饭，饭熟后水分被大米吸收，锅底的温度会升高，当升高到“居里温度”时，电饭锅会自动断电
D．用电饭锅烧水，水沸腾后也可以自动断电
第II卷（非选择题）
二、实验题（共15分）
11．某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度表，他所选用的器材有：
灵敏电流表（待改装），学生电源（电动势为E，内阻不计），滑动变阻器，单刀双掷开关，导线若干，导热性能良好的防水材料，标准温度计，PTC热敏电阻RT（PTC线性热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为RT=a＋kt，a>0，k>0）。设计电路图如图所示，并按如下步骤进行操作。
（1）按电路图连接好实验器材；
（2）将滑动变阻器滑片P滑到______（填a或b）端，单刀双掷开关S掷于______（填c或d）端，调节滑片P使电流表______，并在以后的操作中保持滑片P位置不变，设此时电路总电阻为R，断开电路；
（3）容器中倒入适量开水，观察标准温度计，每当标准温度计示数下降5℃，就将开关S置于d端，并记录此时的温度t和对应的电流表的示数I，然后断开开关。请根据温度表的设计原理和电路图，写出电流与温度的关系式I＝________（用题目中给定的符号表示）；
（4）根据对应温度记录的电流表示数，重新刻制电流表的表盘，改装成温度表。根据改装原理，此温度表表盘刻度线的特点是：低温刻度在________（填“左”或“右”）侧，刻度线分布是否均匀？________（填“是”或“否”）。
12．已知一热敏电阻当温度从升至时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R（最大阻值为）、电压表（可视为理想电表）和毫安表（内阻约为），设计电路如图（a）。
(1)实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5V和3.0mA，则此时热敏电阻的阻值为________（保留2位有效数字）。实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图（b）所示；
(2)将热敏电阻从温控室取出置于室温下，得达到热平衡后热敏电阻的阻值为。由图（b）求得，此时室温为__________（保留3位有效数字）；
(3)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图（c）所示。图中，E为直流电源（电动势为9V内阻可忽略）；当环境温度过高图中的输出电压达到或超过6.0V时，触发报警器（图中未画出）报警。若要求开始报警时环境温度为，则图中________（填“R1”或“R2”）应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻值应为________（保留2位有效数字）。
三、解答题（共45分）
13．图为电熨斗构造的示意图，其中温度敏感元件是双金属片，在温度升高时上层金属的膨胀大于下层金属，可造成双金属片的形变。观察电熨斗的构造，并回答下列问题：
(1)常温下，电熨斗的上下触点应当是接触的还是分离的？当温度过高时双金属片将怎样起作用？
(2)熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，这是如何利用调温旋钮来实现的？
14．图是光控路灯开关电路图，请分析讨论后写出它的工作原理。
15．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。这种传感器可以把被测物体位移的大小转换为线圈自感系数的大小，请定性说明它的工作原理，并尝试设计与线圈3相连的电路。
16．某些非电磁量的测量是可以通过一些相应的装置转化为电磁量来测量的。一平行板电容器的两个极板竖直放置在光滑的水平平台上，极板的面积为S，极板间的距离为d，电容器的电容公式为（E是常数但未知）。极板1固定不动，与周围绝缘，极板2接地，且可在水平平台上滑动，并始终与极板1保持平行。极板2的侧边与劲度系数为k，自然长度为L的两个完全相同的弹簧相连。两弹簧的另一端固定，弹簧L与电容器垂直，如图甲所示。如图乙所示是这一装置的应用示意图，先将电容器充电至电压U后，即与电源断开，再在极板2的右侧的整个表面上施以均匀向左的待测压强p，使两极板之间的距离发生微小的变化。测得此时电容器的电压改变量为ΔU。设作用在电容器极板2上的静电力不致于引起弹簧可测量到的形变，试求待测压强p。
参考答案
1．B
【详解】
电热水壶有水烧干自动断电装置，温度达到设定的温度后，会自动停止工作，说明其内部应用的是温度传感器，故选B。
2．D
【详解】
该同学站在压力传感器上完成一次下蹲动作的过程中，先向下加速，后向下减速，其加速度先向下后向上，即先失重后超重，选项D正确.；ABC错
故选D
3．B
【详解】
根据图示，电路是串联电路，根据题意，当温度高时，电阻R增大，电路中总电阻增大，根据闭合电路的欧姆定律，电路中的电流减小，即高温对应电流较小的刻度上；当温度低时，电阻R减小，电路中总电阻减小，根据闭合电路的欧姆定律，电路中的电流增大，即低温对应电流较大的刻度上。由题意电阻R随温度升高均匀增大可得
R=R0+kt
根据闭合电路得欧姆定律
I与温度t不成线性关系，所以电阻温度计得刻度是不均匀的，所以ACD错误，B正确。
故选B。
4．C
【解析】
【详解】
A.
金属热电阻的阻值率随温度的升高而增大，故A项与题意不相符；
B.
干簧管是磁控开关，故B项与题意不相符；
C.
当温度升高时，双金属片向膨胀系数小的一边发生弯曲，触点断开，则双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属片，故C项与题意相符；
D.
光敏电阻随光强增强阻值减小，导电性能增强，故D项与题意不相符．
5．B
【详解】
光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，开始时有光照射，光敏电阻的阻值较小，当手掌挡住部分光线时，光敏电阻的阻值增大，因为欧姆表的零刻度在表盘的右侧，所以欧姆表测电阻时，阻值越大，指针张角越小。
故选B。
6．D
【详解】
往RT上擦酒精后，酒精蒸发吸热，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，根据串联电路的分压特点，电压表示数变小。当酒精蒸发完毕后，RT的温度逐渐升高到环境温度后不变，所以热敏电阻的阻值逐渐变小，最后不变。故电压表的示数将逐渐变大，最后不变。
故选D。
7．B
【详解】
传感器不能直接用来进行自动控制。传感器主要是用来接收信息，并将接收到的信息转换成便于测量的电学量或转换为电路的通断，但并不是将其感受到的所有信息都转换为电学量。
故选B。
8．BC
【详解】
A．传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，不能实现自动控制，所以A错误；
B．由于传感器可将非电学量转换成电学量，因此传感器也可以用来采集信息，所以B正确；
CD．传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量，比如：光敏电阻在有光照射时，电阻会变小，所以C正确，D错误；
故选BC．
【点睛】
传感器作为一种将其它形式的信号与电信号之间的转换装置，在我们的日常生活中得到了广泛应用，不同传感器所转换的信号对象不同，我们应就它的具体原理进行分析．
9．AC
【详解】
A．给货车称重的地磅是利用了压力传感器，故A正确；
B．一般人体都有恒定的体温，一般在37°，所以会发出特定波长10um左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。人走向门口时，门会自动打开，是因为安装了红外线传感器。从而能感知红外线，导致酒店大厅的自动门被打开，故B错误；
C．空调的控温系统使用了温度传感器来控制其电路工作，故C正确；
D．路灯要求夜晚亮、白天熄，则白天有光，黑夜没有光，则是由光导致电路的电流变化，所以电路中光传感器导致电阻变化，实现动控制，因此是利用半导体的光敏性，即为光电传感器，故D错误。
故选AC。
10．BC
【解析】
【详解】
A．电饭锅应用了温度传感器，它的主要元件感温铁氧体，故A错误；
B．开始煮饭时，压下开关按钮的原因是克服弹簧的弹力使永磁体一端上升，上下触点接触接通电路，从而开始加热，当达到温度升高达到103℃时，感温铁氧体便失去了铁磁性会自动断电，故B正确；
C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点”103℃时，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下，切断电源，故C正确；
D．如果在1标准大气压下，当电饭锅烧水，水沸腾后，温度达到100℃，不会达到103℃，因此不可以自动断电，故D错误；
故选BC．
【点睛】
考查了电饭锅应用了温度传感器概念及特点，注意掌握“居里温度”为103℃，并能理解电饭锅的工作原理．
11．a
c
满偏
右
否
【详解】
(2)[1][2][3]分析电路可知滑动变阻器为限流式接法，所以闭合开关前，使它的阻值处于最大值状态，即将滑片P滑到a端，为了设计表盘刻度，应使开关掷于c处，调节滑片，使电流表满偏。
(3)[4]把开关置于d端，根据闭合电路欧姆定律可得
热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为
RT=a＋kt
联立可得
(4)[5][6]由(3)的关系式可知，温度越低，电阻越小，回路中I越大，所以低温度刻度在右侧，由关系式可知，电流I与温度t不是线性关系，所以刻度线分布不均匀。
12．1.8
28.0（27.8~282）
R1
1.6
【详解】
(1)[1]若某次测量中电压表和毫安表的示数分别5.5V和3.0mA，根据欧姆定律得此时热敏电阻的阻值为
(2)[2]根据热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线，可知当达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.0kΩ，对应的温度为28.0℃；
(3)[3]根据如图（c）所示电路，假设R1是热敏电阻，根据欧姆定律得输出电压为
由题意知R2为定值电阻，当图中的输出电压达到或超过6.0V时，即环境温度高，便触发报警器报警，那么热敏电阻的阻值会减小，输出电压会变大，从而报警，所以图中R1应该用热敏电阻；
[4]若要求开始报警时环境温度为50℃，通过热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线，可知
代入数据得
解得
13．（1）常温下，电熨斗上的触点是接触的，当温度过高，由于上层金属的膨胀大于下层金属，使双金属片向下弯曲，弯曲到一定程度时，触点分离，电路断开，电热丝不在加热；
（2）熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，调温旋钮应该向下旋，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，调温旋钮应该向上旋。
【详解】
(1)常温下，电熨斗上的触点是接触的，这样接通电源后能进行加热。当温度过高，由于上层金属的膨胀大于下层金属，使双金属片向下弯曲，弯曲到一定程度时，触点分离，电路断开，电热丝不在加热，当温度降低后，双金属片恢复原状，电路接通继续加热；
(2)
熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，调温旋钮应该向下旋，使得双金属片弯曲较大时，触点点才分离，这样保证了较高的温度，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，调温旋钮应该向上旋，使得双金属片弯曲较小时，触点就分离，这样保证了温度不会过高。
14．见解析
【详解】
无光照时，光敏电阻RL的阻值很大（大于1
MΩ），因此三极管的基极电流Ib很小，集电极电流Ic也很小，继电器J不会动作，此时可利用继电器的常闭触点作为路灯的开关，使路灯点亮；天亮了有光照射时，RL的阻值变得很小（小于3kΩ），于是Ic也增大，从而使继电器工作，吸动衔铁，使常闭触点断开，路灯也就关闭了。
15．见解析。
【详解】
线圈3中通入正弦变化的交流电，电路的电流不断变化，则线圈3内的磁场在不断变化，当软铁芯2插在线圈3中，导致磁场增强，从而通过电流的变化量来确定插入线圈的位移大小，当待测物体向左平移，因自感系数的增加，导致增加的磁场会阻碍线圈3的电流变化，则电流表的示数将减小。由以上分析可知，3中电路应接入交流电源和电流表，电路如图所示
16．
【详解】
该题根据平行板电容器在电荷量不变的情况下，其两端电压随板间距离变化而变化，从而把力学量（压强p）转化为电学量（电压）来测量。因为，，，则
所以
Δd=
又
F=pS，2kΔd=pS
则