第5章《传感器及其应用》单元测试
1.在街旁的路灯,江海里的航标都要求在夜晚亮,白天熄,利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置,实现了自动控制,这是利用半导体的（ ）
A.压敏性 B. 热敏性
C.光敏性 D.三种特性都利用
2.光电传感器在日常生活中应用越来越广，下列关于光电传感器的说法中不正确的是（ ）
A.机械式鼠标器中光传感器是由两个滚轴，两个码盘，两个红外线发射管（LED）和两个红外接收管组成的
B.机械式鼠标器中光传感器就是两个红外接收管，它的作用就是光信号（红外线脉冲）转换成电信号（电脉冲）
C.火灾报警器是利用烟雾对光的散射作用来工作的
D.火灾报警器中光传感器是光电三极管，它的作用也是把光信号转换成电信号
3.关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是（ ）
A．应变片是由导体材料制成的
B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小
C．传感器输出的是应变片上的电压
D．外力越大，输出的电压差值也越大
4.如图所示是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片电极时，可使膜片发生形变，引起电容的变化．将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路，那么 ( )
A．当F向上压膜片电极时，电容将减小
B．当F向上压膜片电极时，电容将增大
C．若电流计无示数，则压力F发生变化
D．若电流计有示数，则压力F不发生变化
5.如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图．门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭会遮蔽红外线源(红外线源没有画出)．经实际试验，灯的亮灭能反映门的开、关状态．门打开时两灯的发光情况以及R2两端电压UR2与门关闭时相比( )
A．红灯亮，UR2变大
B．绿灯亮，UR2变大
C．绿灯亮，UR2变小
D．红灯亮，UR2变小
6.一中学生为将要发射的“天宫一号”载人飞船设计了一个可测定竖直方向加速度的装置，其原理可简化为如图所示．连接在竖直弹簧上的重物与滑动变阻器的滑动触头连接，该装置在地面上静止时其电压表的指针指在表盘中央的零刻度处，在零刻度的两侧分别标上对应的正、负加速度值．关于这个装置在“天宫一号”载人飞船发射、运行和回收过程中示数的判断正确的是( )
A．飞船在竖直加速升空的过程中，如果电压表的示数为正，则飞船在竖直减速返回地面的过程中，电压表的示数仍为正
B．飞船在竖直加速升空的过程中，如果电压表的示数为正，则飞船在竖直减速返回地面的过程中，电压表的示数为负
C．飞船在圆轨道上运行时，电压表的示数为零
D．飞船在圆轨道上运行时，电压表示数所对应的加速度大小应约为9.8 m/s2
7.如图所示，M是一小型理想变压器，接线柱a、b接在电压“u＝311sin314t(V)的正弦交流电源上，变压器右侧部分为一火警报警系统，其中R2是用半导体热敏材料(电阻随温度升高而降低)制成的传感器，电流表A2是值班室的显示器，显示通过R1的电流，电压表V2显示加在报警器上的电压(报警器未画出)，R3是一定值电阻．当传感器R2所在处出现火情时，下列说法正确的是( )
A．V1的示数增大，V2的示数增大
B．V1的示数不变，V2的示数减小
C．A1的示数不变，A2的示数增大
D．A1的示数增大，A2的示数增大
8. 用光敏电阻为传感器,利用以下器材:滑动变阻器、交变电源、继电器、灯泡、开关、导线等.设计安装一个白天自动关灯、夜晚自动开灯的路灯自动控制装置.
（1）请写出所缺器材_________________________________________.
（2）在下面框中画出电路原理图.
9.热敏电阻随温度变化的图象如图甲所示，图乙是由热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器线路图．问：
(1)为了使温度过高时报警器铃响，c应接在________(填 “a”或“b”)；
(2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片P点向________移动(填“左”或“右”)；
(3)如果在调试报警器达到最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路实际不能工作的原因可能是________________________________。
10.把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关、电源按如图9甲所示电路连接，制成光电报警装置．当报警器有光照射时，蜂鸣器发声，当没有光照或者光照很弱时，蜂鸣器不发声．①光敏电阻：光敏电阻受光照后，阻值会变小．②干簧管继电器开关：由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成，如图9乙所示，当线圈中有一定的电流时，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的每个铁质簧片磁化，两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状态．当线圈中没有电流或者电流很微弱时，磁场消失，簧片在弹力的作用下回复到分离状态．试说明光电报警器的工作原理．
11.如图（1）所示为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路,电源电压恒定.电流表内阻不计,开关闭合后,调节滑动变阻器滑片,使小灯泡发光逐渐增强,测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图（2）所示,试根据这一特性设计一个路灯的自动光控电路并说明控制过程。
12如图所示为某种电子秤的原理示意图，AB为一均匀的滑动电阻器，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．弹簧处于原长时，P1刚好指着A端．P1与托盘固定相连．若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可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，电源电动势为E，内阻不计，当地的重力加速度为g，求：
(1)托盘尚未放物体时，在托盘自身重力作用下，P1离A的距离x1；
(2)托盘上放有质量为m的物体时，P1离A的距离x2；
(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点，试推想校准零点的方法？校准零点后，将物体m放在托盘上，试推导出物体质量m与P1、P2间电压U之间的函数关系式．
13. 现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干.如图所示,试设计一个温控电路.要求温度低于某一温度时,电炉丝自动通电供热,超过某一温度时,又可以自动断电,画出电路图说明工作过程.
参考答案
1.C 2.A 3.BD 4.B 5.D 6.AD 7.B
8.（1）光敏电阻 电池 （2）如下图所示
解析：（1）要安装这样的路灯自动控制装置,缺少以下器材和元件:光敏电阻,电池.
（2）装置电路图如图所示,合上开关S,在白天时有光照射光敏电阻,其阻值变小,电流变大,调节滑动变阻器,使电流达到继电器的动作电流,继电器吸动铁片开关,路灯脱离交流电源而熄灭（滑动变阻器调节好以后不再变动,也可用固定电阻代替）.
到夜晚,光线变暗,光敏电阻阻值变大,电流变小,继电器的电磁铁吸铁片的力减弱,在弹簧的弹力作用下,接交流电源的开关重新闭合,灯泡又开始发光.
9.(1)a (2)左 (3)见解析
解析：(1)温度过高时，热敏电阻阻值很小，左边电路电流很大，螺线管中产生的强
磁场使竖直金属片与a接触，此时报警器工作，则c应接触a才能使电路接通。
(2)使启动报警的温度提高些，即要求温度更高时竖直金属片与a接触，而温度更高时热敏电阻更小，要电流不至于过早变大而报警，则应提高滑动变阻器的电阻，故滑动变阻器滑片P应向左移动。
(3)在最低报警温度时不能报警，说明此时电路中产生的电流不能让竖直片与a接触，这可能由多种原因造成，如：①电源提供的电流太小，导致磁铁的磁性太弱；②弹簧的劲度系数太大，电磁铁的吸引力小于弹力等。
10.解析：当报警器有光照射时，光敏电阻阻值减小，电路中电流增大，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片由原来的分离状态变成闭合状态，蜂鸣器电路接通，蜂鸣器发声．
反之，当没有光照射或光很微弱时，光敏电阻阻值很大，电路中电流很小，干簧管内的两个铁质簧片处于分离状态，连接蜂鸣器的电路断开，蜂鸣器不发声．
11.解析：由光敏电阻的特性曲线可以看出,当入射光增强时,光敏电阻的阻值减小,流过光敏电阻的电流增大.根据题意设计一个路灯自动控制电路如下图所示.
控制过程是:当有光照时,光电流经过放大器输出一个较大的电流,驱动电磁继电器吸合,使两个常闭触点断开,路灯熄灭;当无光照时,光电流减小,放大器输出电流减小,电磁继电器释放衔铁,使两个常闭触点闭合,控制路灯电路接通,路灯开始工作.
12.(1) (2) (3)标准零点方法：见解析 m＝U
解析：(1)弹簧处于原长时，P1刚好指着A端，在托盘自身重力作用下(托盘自身质量为m0)，P1离A的距离为x1，由力学平衡知识得：m0g＝kx1，所以x1＝；
(2)由受力分析可知：m0g＋mg＝kx2得：x2＝；
(3)其方法是：调节P2，使P2离A的距离也为x1，从而使P1、P2间电压为零．
当托盘上放有质量为m的物体时，P1离P2的距离为x2－x1＝.
滑动变阻器与电源组成的电路中电流恒定，电源内阻不计，由闭合电路欧姆定律可知，I＝.，P1、P2间电压U＝IR12＝·(x2－x1)＝，可解得：m＝U.
13.解析： 电路图如下图所示
工作过程：闭合S当温度低于设计值时热敏电阻阻值大,通过电磁继电器的电流不能使它工作,K接通电炉丝加热.当温度达到设计值时,热敏电阻减小到某值,通过电磁继电器的电流达到工作电流,K断开,电炉丝断电,停止供热.当温度低于设计值,又重复前述过程.第5章《传感器及其应用》单元测试
(时间：90分钟，满分：100分)
一、选择题(本题共12小题，每小题5分，共60分．在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，全部选对的得5分，选对但不全的得2分，有选错或不答的得0分)
1．如图6－2所示，某半导体热敏电阻I－U图线可能是( )
图6－2
解析：选B.半导体热敏电阻随温度的升高电阻减小，在I－U图线中，斜率越大，电阻越小，故B选项正确．
2．传感器担负着信息采集的任务，它常常是( )
A．将力学量(如形变量)转变成电学量
B．将热学量转变成电学量
C．将光学量转变成电学量
D．将电学量转变成力学量
答案：ABC
3．为了保护电脑元件不受损害，在电脑内部有很多传感器，其中最重要的就是温度传感器，常用的温度传感器有两种，一种是用金属做的热电阻，另一种是用半导体做的热敏电阻．关于这两种温度传感器的特点说法正确的是( )
A．金属做的热电阻随着温度的升高电阻变大
B．金属做的热电阻随着温度的升高电阻变小
C．用半导体做的热敏电阻随着温度的升高电阻变大
D．用半导体做的热敏电阻随着温度的升高电阻变小
解析：选AD.金属的电阻率随着温度的升高而变大，半导体在温度升高时电阻会变小．
4.如图6－3所示，将一光敏电阻接入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，测光敏电阻时，表针的偏角为θ；现用手掌挡住部分光线，表针的偏角为θ′，则可判断( )
图6－3
A．θ′＝θ B．θ′<θ
C．θ′>θ D．不能确定
答案：B
5.传感器的种类多种多样，其性能也各不相同，空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内使用的传感器是( )
A．生物传感器 B．红外传感器
C．温度传感器 D．压力传感器
解析：选C.空调机根据温度调节工作状态，所以内部使用了温度传感器，故C正确．
6．下列说法正确的是( )
A．热敏电阻是把热量这个热学量转为电阻这个电学量
B．金属热电阻的化学稳定性好，但灵敏度差
C．电熨斗中的双金属片是温度传感器
D．霍尔元件是能够把磁学量磁感应强度转换为电压的传感元件
解析：选BCD.热敏电阻是把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，A错误．
7.传感器是一种采集信息的重要器件，图6－4是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力作用于膜片电极上时，下列说法中正确的是( )
图6－4
①若F向下压膜片电极，电路中有从a到b的电流；
②若F向下压膜片电极，电路中有从b到a的电流；
③若F向下压膜片电极，电路中不会有电流产生；
④若电流表有示数，说明压力F发生变化；
⑤若电流表有示数，说明压力F不会发生变化．
A．②④ B．①④
C．③⑤ D．①⑤
解析：选A.当下压时，因为C＝，d减小，C增大，在U不变时，因为C＝，Q增大，从b向a有电流流过，②正确；当F变化时，电容器两板的间距变化，电容变化，电容器上的带电量发生变化，电路中有电流，④正确，故选A.
8．某电容式话筒的原理示意图如图6－5所示，E为电源，R为电阻，薄片P和Q为两金属极板．对着话筒说话时，P振动而Q可视为不动．在P、Q间距增大过程中( )
图6－5
A．P、Q构成的电容器的电容增大
B．P上电荷量保持不变
C．M点的电势比N点的低
D．M点的电势比N点的高
解析：选D.由C＝可知P、Q间距离d增大时电容C减小，A项错误．电容减小将放电，电荷量减小，故B项也错．放电时电流从M点经R到N点，说明M点电势高于N点电势，所以C项错误D项正确．
9.如图6－6所示为测定压力的电容式传感器，将平行板电容器、灵敏电流表(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路，当压力F作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流表指针偏转，在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线推到图中实线位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)
图6－6
A．向右偏到某一刻度后回到零刻度
B．向左偏到某一刻度后回到零刻度
C．向右偏到某一刻度后不动
D．向左偏到某一刻度后不动
解析：选A.压力F作用时，极板间距d变小，由C＝，电容器电容C变大，又根据Q＝CU，极板带电量变大，所以电容器应充电，灵敏电流计中产生由正接线柱流入的电流，所以指针将右偏，极板保持固定后，充电结束，指针回到零刻度．
10.酒精测试仪用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车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6－7所示的电路中，不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪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r′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( )
图6－7
A．U越大，表示c越大，c与U成正比
B．U越大，表示c越大，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越小，但是c与U不成反比
解析：选B.传感器电阻r′的倒数与浓度c是正比关系，即＝kc.电路中的电流为I＝，电压表示数U＝IR0＝＝，可见电压与浓度的关系不是正比关系．但随浓度的增加而增加．故B正确．
11.全自动洗衣机中，排水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工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，排出污水，牵引电磁铁的结构如图6－8所示．以下说法正确的是( )
图6－8
A．若某时刻输入控制电流时，a为正，b为负，则铁芯2中A端为N极，B端为S极
B．若某时刻输入控制电流时，a为正，b为负，则铁芯2中A端为S极，B端为N极
C．若a，b处输入交变电流，铁芯2不能吸入线圈中
D．若a，b处输入交变电流，铁芯2能吸入线圈中
解析：选BD.若输入控制电流由a流入，由b流出，则铁芯1左端为N极，右端为S极，它将使铁芯2磁化，A端为S极，B端为N极，并吸入线圈中，若a、b处输入交变电流，铁芯2仍能被吸入线圈中，故选B、D.
12．如图6－9所示是一火警报警器的一部分电路示意图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器，当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是( )
图6－9
A．I变大，U变大 B．I变小，U变小
C．I变小，U变大 D．I变大，U变小
解析：选B.当R2处出现火情时，热敏材料制成的传感器的电阻将减小，则此时电路中的总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知：外电路电压将减小，电路中的总电流增大，所以R1上的电压增大，显示器的两端电压将减小，电流减小，故正确选项为B.
二、填空题(本题共2小题，每小题8分，共16分．按题目要求作答)
13．影响物质材料电阻率的因素很多，一般金属材料的电阻率随温度的升高而增大，而半导体材料的电阻率则与之相反，随温度的升高而减小．某课题研究组在研究某种导电材料的用电器件Z的导电规律时，利用如图6－10甲所示的分压电路测得其电压与电流的关系如下表所示：
U/V 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.50 1.60
I/A 0.20 0.45 0.80 1.25 1.80 2.81 3.20
图6－10
(1)根据表中数据，判断用电器件Z可能属于上述哪类材料？______________________.
(2)把用电器件Z接入图乙所示的电路中，闭合开关，电流表的读数为1.8 A，电池的电动势为3 V，内阻不计，电阻R的电功率为______．
解析：(1)由表格中数据可得，电阻随电压的增大而减小，而电压越大，用电器件温度越高，所以材料为半导体．
(2)查表I＝1.8 A时，Z的电压为1.2 V，
则UR＝E2－UZ＝3 V－1.2 V＝1.8 V，
PR＝IUR＝3.24 W.
答案：(1)半导体 (2)3.24 W
14．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6－11甲的实物图上连线．
图6－11
(2)实验的主要步骤：
①正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源，调节并记录电源输出的电源值；
②在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开关，
________________________________________________________________________，
______________________，断开开关；
③重复第②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，并据此绘得图乙的R－t关系图线，请根据图线写出该热敏电阻的R－t关系式：R＝________＋________t(Ω)(保留三位有效数字)．
解析：(1)连线如图．
(2)每次加热水后都需要重新读出温度计和电压表的示数．故闭合开关，应记录电压表电压值、温度计数值．
(3)根据R－t图象可以看出，R与t之间是线性关系．设R＝a＋bt(Ω)，由图线可求得：b＝＝0.400.当t＝0时，a＝100 Ω，故R＝100＋0.400 t(Ω)．
答案：见解析
三、计算题(本题共2小题，共24分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
15．(12分)如图6－12所示为检测某传感器的电路图．传感器上标有“3 V,0.9 W”的字样(传感器可看做一个纯电阻)，滑动变阻器R0上标有“10 Ω，1 A”的字样，电流表的量程为0.6 A，电压表的量程为3 V．求：
图6－12
(1)传感器的电阻和额定电流．
(2)为了确保电路各部分的安全，在a、b之间所加的电源电压最大值是多少？
解析：(1)R传＝U2传/P传＝10 Ω，(2分)
I传＝P传/U传＝0.3 A．(2分)
(2)最大电流I＝I传＝0.3 A，(1分)
电源电压最大值Um＝U传＋U0，(3分)
U传为传感器的额定电压，U0为R0m＝10 Ω时R0两端的电压，即U0＝I传·R0m＝0.3×10V＝3 V，(2分)
小于电压表量程，所以
Um＝U传＋U0＝3 V＋3 V＝6 V．(2分)
答案：(1)10 Ω 0.3 A (2)6 V
16. (12分)如图6－13所示，“神舟”七号飞船发射升空时，火箭内测试仪平台上放一个压力传感器，传感器上面压一质量为M的物体，火箭点火后从地面向上加速升空，当升到某一高度时，加速度为a＝，压力传感器此时显示出物体对平台的压力为点火前压力的，已知地球的半径为R，g为地面附近的重力加速度，试求此时火箭离地面的高度．
图6－13
解析：设此时火箭升空高度为H，此处重力加速度为g′，则有F－Mg′＝Ma(4分)
由万有引力定律得(R＋H)2g′＝R2g(4分)
又F＝Mg(1分)
解得H＝.(3分)
答案：第5章《传感器及其应用》单元测试
1．关于电饭锅的说法正确的是( )
A．电饭锅中的温度传感器是氧化铁
B．铁氧体在常温下具有磁性，温度升至居里点时失去铁磁性
C．当温度越过103℃时，感温体磁性较强
D．用电饭锅煮饭时，温控开关自动断电后，它不能自动复位
解析：选BD.电饭锅中的温度传感器其主要元件是铁氧体，故A错，B选项正确．当温度超过103 ℃时，感温体磁性消失，则选项C错，温控开关只能手动闭合，故D正确．
2．下列装置中利用了温度传感器的是( )
A．电熨斗 B．电饭锅
C．电子秤 D．火灾报警器
解析：选AB.电熨斗、电饭锅都是通过温度传感器来控制温度，A、B正确；电子秤是利用力传感器来测力的，C错误；火灾报警器是利用烟雾对光的散射，使光照射到光电三极管上，光电三极管的电阻减小引起电流变化而发出警报，因此火灾报警器是光电传感器，故D错．
3．如图是自动调温式电熨斗，下列说法正确的是( )
A．常温时上下触点是接触的
B．双金属片温度升高时，上金属片形变较大，双金属片将向下弯曲
C．原来温度控制在80 ℃断开电源，现要求60 ℃断开电源，应使调温旋钮下调一些
D．由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些
解析：选ABD.常温工作时，上下触点是接通的，当温度升高时，上层金属片形变大，向下弯曲，切断电源，由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态时，温度要升高，则应使调温旋钮下移一些，A、B、D对，C错．
4．如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图：罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．发生火灾时，下列说法正确的是( )
A．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报
B．光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报
C．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报
D．以上说法均不正确
解析：选C.由火灾报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照在光电三极管上电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，C对．
5.电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图所示．Q是绝缘支架，薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电，当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流．当膜片向右运动的过程中有( )
A．电容变大 B．电容变小
C．导线AB中有向左的电流 D．导线AB中有向右的电流
解析：膜片右移时，由于板间距离d变小，由C＝知，A对；由Q＝CU知，C对，D错．
答案：AC
6．某中学的学生食堂新安装了磁卡就餐系统，使用不到一周，便出现了电源总开关总是无法接通的问题．经检查，电源总开关中漏电保护器动作切断了电源．漏电保护器电路如图所示，变压器A处用火线与零线双股平行绕制成线圈，然后接到磁卡机上，B处有一个输出线圈，一旦线圈B中的电流经放大器放大后便推动断电器切断电源．造成漏电保护器动作切断电源的原因判断为磁卡机用电端( )
A．零线与火线之间漏电
B．火线与地之间漏电或零线直接接地
C．只有火线与地之间漏电才会产生
D．刷卡机装得过多，造成电流太大
解析：由题意知，火线和零线均绕在铁芯上，故只有火线与零线中电流大小不等时，才会引起漏电保护器切断电源，故可能是火线与地之间漏电，也可能是零线与地之间漏电．
答案：B
7．如图是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在电路中的其它量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因可能是电容器两板间的( )
A．距离变化 B．正对面积变化
C．介质变化 D．电压变化
解析：人对着话筒说话时，使振动膜前后振动，使电容器两极间距离变化，由C＝，可导致电容C变化．
答案：A
8．家用电热灭蚊器中电热部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由酞酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率与温度的关系如图25所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、控温两重功能，对此以下说法中正确的是( )
A．通电后其功率先增大后减小
B．通电后其功率先减小后增大
C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1到t2的某一值不变
D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1或t2不变
解析：根据PTC元件的电阻率随温度变化的曲线可知：在常温下，它的电阻是相当小的，通入电流以后，随着温度的升高，其电阻率先变小后增大，那么它的功率先变大，后变小，温度保持在t1到t2的某一值不变，这时候电路处于稳定状态，如果温度再升高，电阻率变大，导致电流变小，温度就会降下来；如果温度降低，电阻率减小，导致电流变大，温度就会升上去，所以本题正确答案为A、C.
答案：AC
9.把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关、电源按如图甲所示电路连接，制成光电报警装置．当报警器有光照射时，蜂鸣器发声，当没有光照或者光照很弱时，蜂鸣器不发声．①光敏电阻：光敏电阻受光照后，阻值会变小．②干簧管继电器开关：由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成，如图9乙所示，当线圈中有一定的电流时，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的每个铁质簧片磁化，两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状态．当线圈中没有电流或者电流很微弱时，磁场消失，簧片在弹力的作用下回复到分离状态．试说明光电报警器的工作原理．
答案：当报警器有光照射时，光敏电阻阻值减小，电路中电流增大，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片由原来的分离状态变成闭合状态，蜂鸣器电路接通，蜂鸣器发声．反之，当没有光照射或光很微弱时，光敏电阻阻值很大，电路中电流很小，干簧管内的两个铁质簧片处于分离状态，连接蜂鸣器的电路断开，蜂鸣器不发声．
10．电流传感器可以像电流表一样测量电流，它的优点是反应非常快，可以捕捉到瞬间的电流变化，还可以与计算机相连，能在很短的时间内画出电流随时间的变化图象．
按图甲连接电路，提供8 V直流电源，先使开关S与1相连，电源向电容器充电，这个过程可在瞬间完成，然后把开关S掷向2，电容器通过电阻R放电，传感器将电流信息传入计算机，屏上显示出电流随时间变化的I－t曲线，如图乙所示．
(1)图乙中画出的竖直狭长矩形(图乙最左端)，其面积表示的物理意义是：________；
(2)估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量是________C；
(3)根据以上数据估算，电容器的电容是________F.
解析：(1)图象纵坐标为电流I，横坐标为时间t，由公式q＝It可知，矩形面积为放电电荷量．
(2)每个小方格的面积代表放电电荷量q0＝0.08×10－3C，共有75格，则放电电荷量Q＝75q0＝6.0×10－3C.
(3)由Q＝CU可知C＝＝7.5×10－4F.
答案：(1)0.1 s内的放电电荷量
(2)6.0×10－3
(3)7.5×10－4第5章《传感器及其应用》单元测试
1.在街旁的路灯,江海里的航标都要求在夜晚亮,白天熄,利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置,实现了自动控制,这是利用半导体的 （ ）
A.压敏性 B.光敏性
C.热敏性 D.三种特性都利用
答案 B
2.如图实所示为光敏电阻自动计数器的示意图,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻.此光电计数器的基本工作原理是 （ ）
A.当有光照射R1时,信号处理系统获得高电压
B.当有光照射R1时,信号处理系统获得低电压
C.信号处理系统每获得一次低电压就记数一次
D.信号处理系统每获得一次高电压就记数一次
答案 AC
3.在如图所示的电路中,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,发出的光越强）,且R与D相距不远,下列说法正确的是 （ ）
A.当滑动触头P向左移动时,L消耗的功率增大
B.当滑动触头P向左移动时,L消耗的功率减小
C.当滑动触头P向右移动时,L消耗的功率可能不变
D.无论怎样移动触头P,L消耗的功率都不变
答案 A
4.传感器是一种采集信息的重要器件,如图所示是一种测定压力的电容式传感器,当待测压
力F作用于可动膜片电极时,可使膜片发生形变,引起电容的变化.将电容器、灵敏电流
计和电源串联成闭合电路,那么 （ ）
A.当F向上压膜片电极时,电容将减小
B.当F向上压膜片电极时,电容将增大
C.若电流计有示数,则压力F发生变化
D.若电流计有示数,则压力F不发生变化
答案 BC
5.一热敏电阻阻值随温度变化的图象如图甲所示,请应用这一热敏电阻自行设计一控制电路,当温度高于某一值后红色指示灯亮,而温度低于这一值时绿色指示灯亮,并且说明滑动变阻器的作用.
给你的器材有:如图乙所示的继电器一只（a、b为常闭触点,c、d为常开触点）、热敏电阻一只、滑动变阻器一只、红绿指示灯各一个、两个独立的电池组、开关两个、导线若干.
答案 （1）设计的电路图如下图所示.
（2）此方案中滑动变阻器的作用:主要是通过调节满足对热敏电阻的要求.
6.热敏电阻是传感电路中常用的电子元件.现用伏安法研究热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线,要求特性曲线尽可能完整.已知常温下待测热敏电阻的阻值约4～5Ω.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,其他备用的仪表和器具有:盛有热水的热水瓶（图中未画出）、电源（3 V、内阻可忽略）、直流电流表（内阻约1Ω）、直流电压表（内阻约5 kΩ）,滑动变阻器（0～20Ω）、开关、导线若干.
（1）在下面方框中画出实验电路图,要求测量误差尽可能小.
（2）根据电路图,在下图的实物图上连线.
（3）简要写出完成接线后的主要实验步骤 .
答案 （1）电路图如下图所示
（2）实物图如下图所示
（3）①往保温杯中加一些热水,待温度稳定时读出温度计值;②调节滑动变阻器,快速测出几组电流表和电压表的值;③重复步骤①、②,测量不同温度下的数据;④绘出各测量温度下热敏电阻的伏安特性曲线.
7.某同学用时间传感器代替秒表做“用单摆测重力加速度”的实验,他的设计如图实甲所示;长为L的摆线一端固定在铁夹台上,另一端连接一质量为m,半径为r的小球,在摆线上紧邻小球处套有一小段轻细挡光管,当单摆摆动到平衡位置时,挡光管就能挡住从光源A正对光敏电阻R1发出的细光束,信号处理系统就能形成一个电压信号,如图乙所示,R2为定值电阻.
（1）某同学用10分度的游标卡尺测小球的直径,如图丙所示.正确的读数是 mm.
（2）R1两端的电压U与时间t的关系如图乙所示,则用此装置测得单摆的周期为 .
（3）当有光照射R1时,信号处理系统获得的是 （填“高电压信号”或“低电压信号”）.
答案 （1）20.8 （2）2T0
（3）低电压信号
8.某同学为了测量一物体的质量,找到一个力电转换器,该转换器的输出电压正比于受压面的压力（比例系数为k）,如图中的装置所示,测量时先调节输入电压,使转换器空载时的输出电压为零,而后在其受压面上放一个物体,即可测得与物体的质量成正比的输出电压U.现有以下器材:力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个、开关及导线若干、待测物体（可置于力电转换器的受压面上）.请完成对该物体质量的测量.
（1）设计一个电路,要求力电转换器的输入电压可调,并且使电压的调节范围尽可能大,在上图所示的方框中画出完整的测量电路图.
（2）简要说明测量步骤,求出比例系数k,并测出待测物体的质量m.
（3）请设想实验中可能会出现的一个问题.
答案 （1）由变阻器可组成调压电路,其中调节范围大的是由电源与滑动变阻器组成分压式电路;而电压的测量只需一只电压表即可.电路如下图所示.
（2）测量步骤与结果如下:①调节滑动变阻器,使力电转换器的输出电压为零;②将已知质量的砝码m0放在力电转
换器上,记下输出电压U0;③将待测物放在力电转换器上,记下输出电压U.
由U0=km0g得k=;又U=kmg,所以m=
（3）①待测物体质量超出力电转换器量程;②电源电压不够而输出电压一开始调不到零.
9.用光敏电阻为传感器,利用以下器材:滑动变阻器、交变电源、继电器、灯泡、开关、导线等.设计安装一个白天自动关灯、夜晚自动开灯的路灯自动控制装置.
（1）请写出所缺器材.
（2）画出电路原理图,并简要说明其工作原理.
答案 （1）要安装这样的路灯自动控制装置,缺少以下器材和元件:光敏电阻,电池.
（2）装置电路图如图所示,其工作原理简述如下:合上开关S,在白天时有光照射光敏电阻,其阻值变小,电流变大,调节滑动变阻器,使电流达到继电器的动作电流,继电器吸动铁片开关,路灯脱离交流电源而熄灭（滑动变阻器调节好以后不再变动,也可用固定电阻代替）.
到夜晚,光线变暗,光敏电阻阻值变大,电流变小,继电器的电磁铁吸铁片的力减弱,在弹簧的弹力作用下,接交流电源的开关重新闭合,灯泡又开始发光.第5章《传感器及其应用》单元测试
1.关于传感器的下列说法正确的是 （ ）
A.所有传感器的材料都是由半导体材料做成的
B.金属材料也可以制成传感器
C.传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号
D.以上说法均不正确
答案 B
2.半导体中参与导电的电流载体称为载流子.N型半导体的载流子是带负电的电子,P型半
导体的载流子是带正电的“空穴”.一块厚度为d、高度为l的长方形半导体样品,置于
方向如图所示、磁感应强度大小为B的匀强磁场中,当半导体样品中通以如图所示方向、大小为I的恒定电流时,样品上、下底面出现恒定电势差U,且上表面带正电、下表面带负电.设半导体样品中每个载流子带电荷量为q,半导体样品中载流子的密度（单位体积内载流子的个数）用n表示,则下列关于样品材料类型的判断和其中载流子密度n的大小,正确的是 （ ）
A.是N型半导体 B.是P型半导体
C.n= D.n=
答案 BD
3.如图（1）所示为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路,电源电压恒定.电流表内阻不计,开关闭合后,调节滑动变阻器滑片,使小灯泡发光逐渐增强,测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图（2）所示,试根据这一特性设计一个路灯的自动光控电路.
答案 由光敏电阻的特性曲线可以看出,当入射光增强时,光敏电阻的阻值减小,流过光敏电阻的电流增大.
根据题意设计一个路灯自动控制电路如下图所示.
控制过程是:当有光照时,光电流经过放大器输出一个较大的电流,驱动电磁继电器吸合,使两个常闭触点断开,路灯熄灭;当无光照时,光电流减小,放大器输出电流减小,电磁继电器释放衔铁,使两个常闭触点闭合,控制路灯电路接通,路灯开始工作.
4.现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干.如图所示,试设计一个温控电路.要求温度低于某一温度时,电炉丝自动通电供热,超过某一温度时,又可以自动断电,画出电路图说明工作过程.
答案 电路图如下图所示
工作过程：闭合S当温度低于设计值时热敏电阻阻值大,通过电磁继电器的电流不能使它工作,K接通电炉丝加热.
当温度达到设计值时,热敏电阻减小到某值,通过电磁继电器的电流达到工作电流,K断开,电炉丝断电,停止供热.
当温度低于设计值,又重复前述过程.
5.用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度,该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组合成的压力传感器,用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块,滑块可无摩擦滑动,两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上,其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出.现将装置沿运动方向固定在汽车上,传感器b在前,传感器a在后.汽车静止时,传感器a、b的示数均为10 N.（g取10 m/s2）
（1）若传感器a的示数为14 N,b的示数为6.0 N,求此时汽车的加速度大小和方向.
（2）当汽车以怎样的加速度运动时,传感器a的示数为零.
答案 （1）4 m/s2 向右 （2）10 m/s2 向左
6.如图所示为某种电子秤的原理示意图,AB为一均匀的滑动变阻器,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,弹簧处于原长时,P1刚好指着A端,P1与托盘固定相连,若P1、P2间出现电压时,该电压经过放大,通过信号转换器后在显示屏上可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,电源电动势为E,内阻不计,当地的重力加速度为g.求：
（1）托盘尚未放物体时,在托盘自身重力作用下,P1离A的距离x1.
（2）托盘上放有质量为m的物体时,P1离A的距离x2.
（3）在托盘上未放物体时通常先校准零点,其方法是：调节P2,使P2离A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m放在托盘上,试推导出物体质量m与P1、P2间的电压U之间的函数关系式.
答案 （1） （2） （3）m=
7.请设计一个用光敏电阻来模拟路灯的自动夜开昼关的电路.提供的仪器：光敏电阻、小灯泡、电源、继电器、滑动
变阻器、开关、导线若干.
答案 电路设计如下图所示.原理简述：据光敏电阻的阻值随入射光强度的增强而减小,当白天时,照射光敏电阻的
光强度大,R1阻值减小,电流增大,电磁铁把衔铁P吸下使B脱离A,切断电灯电路,夜晚时相反.
8.把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关、电源按如图甲所示电路连接,制成光电报警装置.当报警器有光照射时,
蜂鸣器发声,当没有光照或者光照很弱时,蜂鸣器不发声.①光敏电阻:光敏电阻受光照后,阻值会变小.②干簧管继
电器开关:由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成,如图乙所示.当线圈中有一定的电流时,线圈产生的磁场使密封在
干簧管内的两个铁质簧片磁化,两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状态.当线圈中没有电流或者电
流很微弱时,磁场消失,簧片在弹力的作用下回复到分离状态.试说明光电报警器的工作原理.
答案 当报警器有光照射时,光敏电阻阻值减小,电路中电流增大,线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化,两个簧片由原来的分离状态变成闭合状态,蜂鸣器电路接通,蜂鸣器发声.反之,当没有光照射或光照很微弱时,光敏电阻阻值很大,电路中的电流很小,干簧管内的两个铁质簧片处于分离状态,连接蜂鸣器的电路断开,蜂鸣器不发声.
9.某同学为了测量一物体的质量,找到一个力电转换器,该转换器的输出电压正比于受压面的压力（比例系数为k）,如图中的装置所示,测量时先调节输入电压,使转换器空载时的输出电压为零,而后在其受压面上放一个物体,即可测得与物体的质量成正比的输出电压U.现有以下器材:力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个、开关及导线若干、待测物体（可置于力电转换器的受压面上）.请完成对该物体质量的测量.
（1）设计一个电路,要求力电转换器的输入电压可调,并且使电压的调节范围尽可能大,在上图所示的方框中画出完整的测量电路图.
（2）简要说明测量步骤,求出比例系数k,并测出待测物体的质量m.
（3）请设想实验中可能会出现的一个问题.
9.解析： （1）由变阻器可组成调压电路,其中调节范围大的是由电源与滑动变阻器组成分压式电路;而电压的测量只需一只电压表即可.电路如下图所示.
（2）测量步骤与结果如下:①调节滑动变阻器,使力电转换器的输出电压为零;②将已知质量的砝码m0放在力电转
换器上,记下输出电压U0;③将待测物放在力电转换器上,记下输出电压U.
由U0=km0g得k=;又U=kmg,所以m=
（3）①待测物体质量超出力电转换器量程;②电源电压不够而输出电压一开始调不到零.第5章《传感器及其应用》单元测试
1．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
解析：选B.太阳帆的有效采光面积不同，所产生的电流不同，当电流最大时正对太阳，所以应用的是光传感器，B对，A、C、D错．
2．下列生活中利用传感器把光信号变成电信号的是( )
A．用遥控器控制电视机的开关
B．走廊照明灯的声控开关
C．自动洗衣机中的压力传感装置
D．电饭煲中控制加热和保温的温控器
解析：遥控器利用发出的红外线控制电视机的开关，是光信号变电信号，A对，B是利用声音信号转换成电信号，C中是利用力控制，D中是利用温度来控制，符合要求的只有A.
答案：A
3．如图是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，使话筒所在电路中的其他量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中使电容变化的原因可能是电容两极板间的( )
A．距离变化 B．正对面积变化
C．介质变化 D．电压变化
答案：A
4．关于电子秤中应变力传感器的说法正确的是( )
A．应变片是由导体材料制成
B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小
C．传感器输出的是应变片上的电压
D．外力越大，输出的电压差值也越大
解析：选BD.应变片是由半导体材料制成的．电阻R＝ρ，应变片拉伸，l变大，R值变大；应变片压缩，l变小，R值变小．传感器输出的是上下应变片的电压差．
5．温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的．如图甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势E＝9.0 V，内电阻不计；G为灵敏电流表，其内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示，闭合开关S，当R的温度等于20 ℃时，电流表示数I1＝2 mA；当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻的温度是( )
A．60 ℃ B．80 ℃
C．100 ℃ D．120 ℃
解析：选D.由图乙可知，当R的温度等于20 ℃时，热敏电阻的阻值R1＝4 kΩ，则由I1＝可得Rg＝0.5 kΩ，当电流I2＝3.6 mA时，由I2＝，可得R2＝2 kΩ，结合图乙此时温度为120 ℃，故选D.
6．一中学生为发射的“神舟七号”载人飞船设计了一个可测定竖直方向加速度的装置，其原理可简化为如图所示．连接在竖直弹簧上的重物与滑动变阻器的滑动触头连接，该装置在地面上静止时其电压表的指针指在表盘中央的零刻度处，在零刻度的两侧分别标上对应的正、负加速度值．关于这个装置在“神舟七号”载人飞船发射、运行和回收过程中示数的判断正确的是( )
A．飞船在竖直加速升空的过程中，如果电压表的示数为正，则飞船在竖直减速返回地面的过程中，电压表的示数仍为正
B．飞船在竖直加速升空的过程中，如果电压表的示数为正，则飞船在竖直减速返回地面的过程中，电压表的示数为负
C．飞船在圆轨道上运行时，电压表的示数为零
D．飞船在圆轨道上运行时，电压表示数所对应的加速度大小应约为9.8 m/s2
解析：该装置在地面上静止时，kx＝mg，指针指在表盘中央的零刻度处；飞船在加速上升的过程中，kx>mg，滑动头下移，此时，电压表的示数为正；飞船在竖直减速返回地面的过程中，加速度方向向上，此时电压表示数仍为正，故A对B错；飞船在圆轨道上运行时，飞船中的物体处于完全失重状态，a＝g，弹簧恢复原长，电压表示数不为零，故C错D对．
答案：AD
7．如图22是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图．门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭会遮蔽红外线源(红外线源没有画出)．经实际试验，灯的亮灭能反映门的开、关状态．门打开时两灯的发光情况以及R2两端电压UR2与门关闭时相比( )
A．红灯亮，UR2变大
B．绿灯亮，UR2变大
C．绿灯亮，UR2变小
D．红灯亮，UR2变小
解析：门打开R3减小，导致R总减小和I总增加，Ur和UR1变大，UR2＝E－(UR1＋Ur)减小，IR3＝I总－增加，电磁继电器磁性增强把衔铁拉下，红灯亮，绿灯灭，A错误，D正确．
答案：D
8．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化而变化的特性工作的．在图甲中，电源的电动势E＝9.0 V，电源内电阻可忽略不计；G为小量程的电流表，电流表内阻RG保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙的R—t图线所示．闭合开关S，当R的温度等于20℃时，电流表示数I1＝2 mA，则当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻R的温度是多少摄氏度？
答案：由I1＝，得RG＝500 Ω I2＝，代入数据得：R′＝2000 Ω从R—t图象可知，此时的温度是120℃
9．如图甲所示为一根竖直悬挂的不可伸长的细绳，绳长为l，下端拴一质量为m的小物块A，上端固定在C点且与一能测量绳拉力的传感器相连，已知有一质量为m0的子弹B沿水平方向以速度v0射入A内(未穿透)，接着两者一起绕C点在竖直平面内做圆周运动，在各种阻力都忽略的条件下测力传感器测得绳的拉力F随时间t的变化关系如图乙所示，已知子弹射入的时间极短，且图中t＝0为A，B开始以相同速度运动的时刻，根据力学规律和题(包括图)中提供的信息，求物块在最高点和最低点的速度．
解析：在最高点时，绳的拉力为0，则
(m＋m0)g＝
解得v1＝.
在最低点时，绳的拉力为Fm，则
Fm－(m＋m0)g＝
解得v2＝.
答案： 第5章《传感器及其应用》单元测试
1．关于传感器的作用，下列说法正确的有( )
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
解析：选BC.传感器是将感受的非电学量转化为电学量的仪器，不同的传感器感受不同的信号，B、C对．
2．如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持电流I恒定，则可以验证UH随B的变化情况，以下说法中错误的是( )
A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，UH将变大
B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
C．在测定地球赤道上磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化
答案：C
3．全自动洗衣机中，排水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工序时电磁铁的线圈通电，使电磁铁的铁芯2运动，牵引排水阀的活塞，排出污水，牵引电磁铁的结构如图所示，以下说法正确的是( )
A．若某时刻输入控制电流时，a为正，b为负，则铁芯2中A端为N极，B端为S极
B．若某时刻输入控制电流时，a为正，b为负，则铁芯2中A端为S极，B端为N极
C．若a、b处输入交变电流，铁芯2不能吸入线圈中
D．若a、b处输入交变电流，铁芯2能吸入线圈中
解析：根据磁化现象和磁极间同名磁极相斥，异名磁极相吸原理易判断B、D正确．
答案：BD
4．有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，下列说法正确的是( )
A．两个传感器都是光电传感器
B．两个传感器分别是光电传感器和温度传感器
C．两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器
D．只有光照和温度都适合时排气扇才能工作
解析：选B.题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动控制，由此可见两个传感器一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇自动工作只需光照和温度一个满足条件即可，A、C、D错，B对．
5．用遥控器调换电视频道的过程，实际上就是传感器把光信号转换成电信号的过程，下列属于这类传感器的是( )
A．红外报警装置
B．走廊照明灯的声控装置
C．自动洗衣机中的压力传感装置
D．电饭煲中控制加热和保温的温控器
解析：选A.红外报警装置是传感器把光信号(红外线)转换成电信号；走廊照明灯的声控装置是传感器把声音信号转换成电信号；自动洗衣机中的压力传感装置是把位移信号转换成电信号，电饭煲中控制加热和保温的温控器把温度信号转换成电信号．
6.传感器是一种采集信息的重要器件，如图所示是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片电极时，可使膜片发生形变，引起电容的变化．将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路，那么( )
A．当F向上压膜片电极时，电容将减小
B．当F向上压膜片电极时，电容将增大
C．若电流计有示数，则压力F发生变化
D．若电流计有示数，则压力F不发生变化
解析：当待测压力作用于可动膜片电极上时，可使膜片发生形变，从而引起电容的变化，当F向上压膜片电极时，相当于两极间距离减小，由C＝可知电容器电容变大；将电容器、灵敏电流计、电源串联组成闭合电路，如果有恒力F的作用，电容变大，电容器充满电之后，电流计中无示数，如果力F发生变化，电容器的电容不断变化，电源不断给电容器充电、放电， 电流计有示数，说明压力F发生变化．
答案：BC
7．图所示的是某工厂成品包装车间的光传感记录器，光敏电阻R1能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光，光传感器B就输出一个电信号，并经信号处理器处理后在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图20所示．若传送带保持匀加速运动，每个工件均相对传送带静止，且相邻工件间距依次为5、10、15、20……(单位：cm)．则下列说法正确的是(不计工件挡住的时间) ( )
A．工件的加速度为0.1 m/s2
B．工件的加速度为0.2 m/s2
C．当无光照射R1时，光传感器就输出一次高电压
D．当无光照射R1时，光传感器就输出一次低电压
解析：由Δx＝aT2得，a＝ m/s2＝0.2 m/s2，故A错B对．当无光照射R1时，其阻值变大，R1两端电压升高，R2两端电压降低，故光传感器就输出一次低电压，C错D对．
答案：BD
8．一热敏电阻阻值随温度变化的图象如图26甲所示，请应用这一热敏电阻自行设计一控制电路，当温度高于某一值后红色指示灯亮，而温度低于这一值时绿色指示灯亮，并且说明滑动变阻器的作用．
给你的器材有：如图乙所示的继电器一只(a、b为常闭触点，c、d为常开触点)、热敏电阻一只、滑动变阻器一只、红绿指示灯各一个、两个独立的电池组、开关两个、导线若干．
答案：设计的电路图如下图所示．
此方案中滑动变阻器的作用：主要是通过调节满足对热敏电阻的要求．
9．如图所示为某种电子秤的原理示意图，AB为一均匀的滑动电阻器，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．弹簧处于原长时，P1刚好指着A端．P1与托盘固定相连．若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可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，电源电动势为E，内阻不计，当地的重力加速度为g，求：
(1)托盘尚未放物体时，在托盘自身重力作用下，P1离A的距离x1；
(2)托盘上放有质量为m的物体时，P1离A的距离x2；
(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点，试推想校准零点的方法？校准零点后，将物体m放在托盘上，试推导出物体质量m与P1、P2间电压U之间的函数关系式．
解析：(1)弹簧处于原长时，P1刚好指着A端，在托盘自身重力作用下(托盘自身质量为m0)，P1离A的距离为x1，由力学平衡知识得：m0g＝kx1，所以x1＝；
(2)由受力分析可知：m0g＋mg＝kx2得：x2＝；
(3)其方法是：调节P2，使P2离A的距离也为x1，从而使P1、P2间电压为零．
当托盘上放有质量为m的物体时，P1离P2的距离为x2－x1＝.
滑动变阻器与电源组成的电路中电流恒定，电源内阻不计，由闭合电路欧姆定律可知，I＝.
P1、P2间电压U＝IR12＝·(x2－x1)＝，
可解得：m＝U.
答案：(1) (2) (3)标准零点方法：见解析 m＝U第5章《传感器及其应用》单元测试
1．唱卡拉OK用的话筒，内有传感器．其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号．下列说法正确的是( )
A．该传感器是根据电流的磁效应工作的
B．该传感器是根据电磁感应原理工作的
C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势
解析：选B.当声波使膜片前后振动时，膜片后的金属线圈就跟着振动，从而使处于永磁体的磁场中的线圈切割磁感线，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流，从而将声音信号转化为电信号，这是利用电磁感应原理．
2．在街旁的路灯，江海里的航标都要求在夜晚亮，白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的( )
A．压敏性 B．光敏性
C．热敏性 D．三种特性都利用
解析：街旁的路灯和江海里的航标，都是利用了半导体的光敏性，夜晚电阻大，白天电阻小．
答案：B
3．如图甲所示，质量不计的弹簧竖直固定在水平面上，t＝0时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复．通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出这一过程弹簧弹力F随时间t变化的图象如图乙所示，则( )
A．t1时刻小球动能最大
B．t2时刻小球动能最大
C．t2～t3这段时间内，小球的动能先增加后减少
D．t2～t3这段时间内，小球增加的动能等于弹簧减少的弹性势能
解析：选C.0～t1时间内小球做自由落体运动，落到弹簧上并往下运动的过程中， 小球重力与弹簧对小球弹力的合力方向先向下后向上，故小球先加速后减速，t2时刻到达最低点，动能为0，A、B错；t2～t3时间内小球向上运动，合力方向先向上后向下，小球先加速后减速，动能先增加后减少，C对；t2～t3时间内由能量守恒知小球增加的动能等于弹簧减少的弹性势能减去小球增加的重力势能，D错．
4．利用传感器和计算机可以研究快速变化力的大小．实验时，把图甲中的小球举高到绳子的悬点O处，然后让小球自由下落．用这种方法获得的弹性绳的拉力随时间的变化图线如图乙所示．根据图线所提供的信息，以下判断正确的是( )
A．t2时刻小球所处位置是运动中最高点
B．t1～t2期间小球速度先增大后减小
C．t3时刻小球动能最小
D．t2与t5时刻小球速度大小不同
解析：小球下落的轨迹如图所示，B处为绳子原长处，C处为小球重力与绳上拉力相等处，D处为小球下落的最低点，在F—t图中，0～t1小球在OB间下落，t1～t2小球在BD间下落，t2～t3小球由D回到B.t3～t4小球在BO间上升，而后下落至B点．由F—t图知，小球在t2时刻下落到最大距离，最大距离在逐渐减小，由以上分析知，小球的最大速度出现在C点，对应于t1～t2之间，A错，B对，小球动能最小出现在t2时刻或t3～t4间某时刻，C错误．t2和t5分别对应小球先后两次下落过程中经过最低点的时刻，速度为零，D错误．正确选项为B.
答案：B
5．如图为大型电子地磅的电路图，电源电动势为E，内阻不计．不称物体时，滑片P在A端，滑动变阻器接入电路的有效电阻最大、电流最小；称重物时，在压力作用下使滑片P下滑，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大，这样把重力值转换成电信号，将电流对应的重力值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的重力值，若滑动变阻器上A、B间的距离为L，最大阻值等于定值电阻值R0，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为K.则所称重物的重力G与电流大小I的关系为( )
A．G＝2LK－ B．G＝KL
C．G＝KL＋ D．G＝KIL
答案：A
6．图21是一火警报警器电路的示意图．其中R3为用半导体热敏材料制成的传感器，这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而增大．值班室的显示器为电路中电流表，电源两极之间接一报警器．当传感器R3所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是( )
A．I变大，U变小 B．I变小，U变大 C．I变小，U变小 D．I变大，U变大
解析：当R3处出现火情时，其电阻增大，电路中的总电阻增大，总电流减小，路端电压增大，所以报警器两端的电压增大，其中电流表支路的电流也增大．
答案：D
7．如图24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为导体芯外面的一层绝缘物质，C为导电液体，把传感器接到图示电路中，已知灵敏电流表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( )
A．h正在增大 B．h正在减小 C．h不变 D．无法确定
解析：由电源极性及电流方向可知，A、B构成的电容器上的电荷量减小，据C＝，电容C在减小，可推知正对面积S减小，即h在减小．
答案：B
8．有一种测量压力的电子秤，其原理图如图所示．E是内阻不计、电动势为6 V的电源．R0是一个阻值为300 Ω的限流电阻．G是由理想电流表改装成的指针式测力显示器．R是一个压敏电阻，其阻值可随压力大小变化而改变，其关系如下表所示．C是一个用来保护显示器的电容器．秤台的重力忽略不计．试分析：
压力F/N 0 50 100 150 200 250 300 …
电阻R/Ω 300 280 260 240 220 200 180 …
(1)利用表中的数据写出电阻R随压力F变化的函数式．
(2)若电容器的耐压值为5 V，该电子秤的最大称量值为多少？
(3)如果把电流表中电流的刻度变换成压力刻度，则该测力显示器的刻度是否均匀？
解析：(1)由表中数据可知k＝＝＝0.4 Ω/N
所以电阻R随压力F变化的函数表达式为
R＝ (300－0.4F)Ω.
(2)R上受到的压力越大，R的阻值越小，电容器两端电压越大，但不能超过5 V，所以＝，解得R＝60 Ω，
又∵R＝(300－0.4F)Ω，得出F＝600 N.
(3)电流表中的电流I＝＝，电流I与压力F不是线性关系，则该测力显示器的刻度不均匀．
答案： (1)R＝300－0.4F (2)600N (3)不均匀
9．如图所示是一种悬球式加速度仪，它可以用来测定沿水平轨道运动的列车的加速度，m是一个金属球，它系在金属丝的下端，金属丝的上端悬挂在O点，AB是一根长为L的电阻丝，其电阻值为R.金属丝与电阻丝接触良好，摩擦不计，电阻丝的中点C焊接一根导线．从O点也引出一根导线，两线之间接入一个电压表V(金属丝和导线电阻不计)；图中虚线OC与AB垂直，且OC＝h，电阻丝AB接在电压为U的直流稳压电源上，整个装置固定在列车中使AB沿着前进的方向，列车静止时金属丝呈竖直状态，当列车加速或减速前进时，金属丝将偏离竖直方向，从电压表的读数变化可以测出加速度的大小．
(1)当列车向右匀加速运动时，试写出加速度a与电压表读数U′的关系式，以便重新刻制电压表表面使它成为直接可读出加速度数值的加速计．
(2)用此装置测得的最大加速度是多少？
(3)为什么C点设置在电阻丝AB的中间？对电压表的选择有什么特殊要求？
解析：(1)设列车加速度为a时悬挂小球的金属丝偏离竖直方向θ角，这时小球受到的合外力为F＝mgtanθ，根据牛顿第二定律F＝ma得这时的加速度表达式为a＝gtanθ，因为tanθ＝，将此式代入上式得a＝g·该式就是触点D的位移跟加速度的关系式．从电路部分看，设此时电压表的读数为U′，根据串联电路的电压与电阻成正比，对均匀电阻丝来说，应有电压与电阻丝长度成正比，即：＝＝
∴DC＝l 故a＝g
上式中g、U、l、h都是常数，表明U′与a成正比；根据上式可以将电压表上的电压读数一一对应改写成加速度的数值，电压表便改制成了加速度计．
(2)这个装置测得最大加速度的情况是D点移到A点，这时的电压表读数U′＝，所以amax＝.
(3)C点设置在AB的中间的好处是：利用这个装置还可以测定列车做匀减速运动的加速度，这时小球偏向OC线的右方．电压表要零点在中间，量程大于.
答案：(1)a＝g (2)
(3)还可以测定列车做匀减速运动时的负加速度
电压表的零点在中间，量程大于
