第6章 传感器测评（Word版含解析）

第六章测评
(时间:60分钟　满分:100分)
一、选择题(本题共10小题,每小题5分,共50分。其中第1~6题为单选题;第7~10题为多选题,全部选对得5分,选不全得3分,有选错或不答的得0分)
1.机器人装有作为眼睛的“传感器”,犹如大脑的“控制器”,以及可以行走的“执行器”,在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯。下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是(　　)
A.该机器人“眼睛”利用了力传感器
B.该机器人“眼睛”利用了光传感器
C.该机器人“眼睛”利用了温度传感器
D.该机器人“眼睛”利用了声音传感器
2.如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻为r,L为小灯泡(其灯丝电阻可以视为不变),R1和R2为定值电阻,R3为光敏电阻,其阻值的大小随照射光强度的增强而减小。闭合开关S后,将照射光强度增强,则(　　)
A.电路的路端电压将减小
B.灯泡L将变暗
C.R1两端的电压将减小
D.内阻r上发热的功率将减小
3.如图所示,电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层,再在导体层外加上一块保护玻璃,电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极,在导体层内形成一个低电压交流电场。在触摸屏幕时,由于人体是导体,手指与内部导体层间会形成一个特殊电容(耦合电容),四边电极发出的电流会流向触点,而电流强弱与手指到电极的距离成正比,位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱,准确算出触摸点的位置。由以上信息可知(　　)
A.电容式触摸屏的内部有两个电容器的电极板
B.当用手触摸屏幕时,手指与屏的接触面积越大,电容越大
C.当用手触摸屏幕时,手指与屏的接触面积越大,电容越小
D.如果用戴了手套的手触摸屏幕,照样能引起触摸屏动作
4.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。空调机在室内温度达到设定的温度后,会自动停止工作,空调机内实现这一功能的传感器是(　　)
A.力传感器
B.光传感器
C.温度传感器
D.声传感器
5.某仪器内部电路如图所示,其中M是一个质量较大的金属块,左右两端分别与金属丝制作的弹簧相连,并套在光滑水平细杆上,a、b、c三块金属片间隙很小(b固定在金属块上),当金属块处于平衡状态时。两根弹簧均处于原长状态。若将该仪器固定在一辆汽车上,下列说法正确的是(　　)
A.当汽车加速前进时,甲灯亮
B.当汽车加速前进时,乙灯亮
C.当汽车刹车时,乙灯亮
D.当汽车刹车时,甲、乙两灯均不亮
6.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.只要光照或温度适合时排气扇就不工作
7.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,下列说法正确的是(　　)
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
8.如图所示,用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器,下列说法中正确的是(　　)
A.严重污染时,LDR是高电阻
B.轻度污染时,LDR是高电阻
C.无论污染程度如何,LDR的电阻不变,阻值大小由材料本身因素决定
D.该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响
9.电吉他之所以能以其独特的魅力吸引较多的音乐爱好者,是因为它的每一根琴弦下面都安装了一种叫做“拾音器”的装置,能将琴弦的振动转化为电信号,电信号经扩音器放大,再经过扬声器就能播出优美的音乐。如图是“拾音器”的结构示意图,多匝绕制的线圈置于永久磁铁与钢质的琴弦之间,当琴弦沿着线圈振动时,线圈中就会产生感应电流。关于感应电流,以下说法正确的是(　　)
A.琴弦振动时,线圈中产生感应电流是电磁感应现象
B.琴弦振动时,线圈中产生的感应电流大小变化,方向不变
C.琴弦振动时,线圈中产生的感应电流大小和方向都会发生变化
D.琴弦振动时,线圈中产生的感应电流大小不变,方向变化
10.在一些学校教室为了保证照明条件,采用智能照明系统,在自然光不足时接通电源启动日光灯,而在自然光充足时,自动关闭日光灯,其原理图如图所示。R为一光敏电阻,L为一带铁芯的螺线管,在螺线管上方有一用细弹簧系着的轻质衔铁,一端用铰链固定在墙上可以自由转动,另一端用一绝缘棒链接两动触头。有关这套智能照明系统工作原理描述正确的是(　　)
A.光照越强,光敏电阻阻值越大,衔铁被吸引下来
B.在光线不足时,光敏电阻阻值变大,电流小,衔铁被弹簧拉上去,日光灯接通
C.上面两接线柱应该和日光灯电路连接
D.下面两接线柱应该和日光灯电路连接
二、实验题(本题共2小题,共20分。把答案填在题中的横线上)
11.(8分)如图所示,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;门关闭时会遮蔽红外线源(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。
(1)门打开时R2两端的电压U2与门关闭时相比　　　　(选填“增大”或“减小”)。
(2)门打开时　　　　(选填“红”或“绿”)灯亮。
12.(12分)逻辑电路在电子线路中有着重要的应用。某同学利用“非”门电路设计了一个路灯自动控制门电路,天黑了,让路灯自动接通;天亮了,让路灯自动熄灭。如图中RG是一个光敏电阻,当有光线照射时,光敏电阻的阻值会显著减小;R是可调电阻,起分压作用。“非”门电路能将输入的高压信号转变为低压信号,或将低压信号转变为高压信号。J为路灯总开关控制继电器,它在获得高压时才启动(图中未画路灯电路)。
(1)当天黑时,RG变　　　　(选填“大”或“小”),“非”门电路获得　　　　电压,J得到　　　　电压。(后两空均选填“高”或“低”)
(2)如果路灯开关自动接通时天色还比较亮,现要调节自动控制装置,使它在天色较黑时才会自动接通开关,应将R调　　　　(选填“大”或“小”)一些。
三、解答题(本题共3小题,共30分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
13.(8分)在开展研究性学习的过程中,某同学设计了一个利用线圈测量转轮转速的装置(如图所示)。在轮子的边缘贴上一小磁铁,将小线圈靠近轮边放置,接上数据采集器和电脑(DIS实验器材)。如果小线圈的面积为S,匝数为N,回路的总电阻为R,小磁铁附近的磁感应强度最大值为B。实验发现,轮子转过θ弧度时,小线圈处的磁感应强度由最大值变为零。他说:“只要测得此过程感应电流的平均值I,就可以求得转轮转速的大小。”请你运用所学的知识推证该同学的判断是否正确,如果正确,请推导出转轮转速的表达式;如果不正确,请说明理由。
14.(10分)如图所示,A是浮子,B是金属触头,C为住宅楼房顶上的蓄水池,M是带水泵的电动机,D是弹簧,N是衔铁,F是电磁铁,S1、S2分别为触点开关,S为开关,E为电池。请利用上述材料,设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置。
(1)连接电路图。
(2)简述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)。
15.(12分)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400 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)利用表中的数据归纳出电阻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牛顿
(3)通过寻求压力与电流表中电流的关系,说明该测力显示器的刻度是否均匀
参考答案：
一、选择题(本题共10小题,每小题5分,共50分。其中第1~6题为单选题;第7~10题为多选题,全部选对得5分,选不全得3分,有选错或不答的得0分)
1.机器人装有作为眼睛的“传感器”,犹如大脑的“控制器”,以及可以行走的“执行器”,在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯。下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是(　　)
A.该机器人“眼睛”利用了力传感器
B.该机器人“眼睛”利用了光传感器
C.该机器人“眼睛”利用了温度传感器
D.该机器人“眼睛”利用了声音传感器
解析遇到障碍物会绕开,说明该机器人“眼睛”利用了光传感器,故选项B正确,选项A、C、D错误。
答案B
2.如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻为r,L为小灯泡(其灯丝电阻可以视为不变),R1和R2为定值电阻,R3为光敏电阻,其阻值的大小随照射光强度的增强而减小。闭合开关S后,将照射光强度增强,则(　　)
A.电路的路端电压将减小
B.灯泡L将变暗
C.R1两端的电压将减小
D.内阻r上发热的功率将减小
解析光照增强,光敏电阻的阻值减小,电路中的总电阻减小,由闭合电路欧姆定律可得,电路中总电流增大,所以电源内部的电压增大,所以路端电压将减小;内阻r上发热的功率将增大,R1两端的电压增大,故A正确,C、D错误。因路端电压减小,同时R1两端的电压增大,故并联电路部分电压减小,则流过R2的电流减小,而总电流增大,所以通过灯泡L的电流增大,所以L变亮,故B错误。
答案A
3.如图所示,电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层,再在导体层外加上一块保护玻璃,电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极,在导体层内形成一个低电压交流电场。在触摸屏幕时,由于人体是导体,手指与内部导体层间会形成一个特殊电容(耦合电容),四边电极发出的电流会流向触点,而电流强弱与手指到电极的距离成正比,位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱,准确算出触摸点的位置。由以上信息可知(　　)
A.电容式触摸屏的内部有两个电容器的电极板
B.当用手触摸屏幕时,手指与屏的接触面积越大,电容越大
C.当用手触摸屏幕时,手指与屏的接触面积越大,电容越小
D.如果用戴了手套的手触摸屏幕,照样能引起触摸屏动作
解析电容触摸屏在原理上把人体当作电容器元件的一个极板,把导体层当作另一个极板,故选项A错误;手指与屏的接触面积越大,即电容器两个极板的正对面积越大,故电容越大,选项B正确,选项C错误;如果戴了手套或手持不导电的物体触摸时没有反应,这是因为手不能形成另一个电极,不能构成电容器,不能引起导体层电场的变化,选项D错误。
答案B
4.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。空调机在室内温度达到设定的温度后,会自动停止工作,空调机内实现这一功能的传感器是(　　)
A.力传感器
B.光传感器
C.温度传感器
D.声传感器
解析空调机的温度控制使用了温度传感器。
答案C
5.某仪器内部电路如图所示,其中M是一个质量较大的金属块,左右两端分别与金属丝制作的弹簧相连,并套在光滑水平细杆上,a、b、c三块金属片间隙很小(b固定在金属块上),当金属块处于平衡状态时。两根弹簧均处于原长状态。若将该仪器固定在一辆汽车上,下列说法正确的是(　　)
A.当汽车加速前进时,甲灯亮
B.当汽车加速前进时,乙灯亮
C.当汽车刹车时,乙灯亮
D.当汽车刹车时,甲、乙两灯均不亮
解析当汽车向右加速时,M向左移动,b与a接触,电路接通乙灯亮;当汽车刹车时,M向右移动,b与c接触,甲灯亮。
答案B
6.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.只要光照或温度适合时排气扇就不工作
解析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。
答案B
7.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,下列说法正确的是(　　)
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。
答案AD
8.如图所示,用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器,下列说法中正确的是(　　)
A.严重污染时,LDR是高电阻
B.轻度污染时,LDR是高电阻
C.无论污染程度如何,LDR的电阻不变,阻值大小由材料本身因素决定
D.该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响
解析严重污染时,透过污水照到LDR上的光线较少,LDR电阻较大,A对,B错;LDR由半导体材料制成,受光照影响电阻会发生变化,C错;白天和晚上自然光强弱不同,或多或少会影响LDR的电阻,D正确。
答案AD
9.电吉他之所以能以其独特的魅力吸引较多的音乐爱好者,是因为它的每一根琴弦下面都安装了一种叫做“拾音器”的装置,能将琴弦的振动转化为电信号,电信号经扩音器放大,再经过扬声器就能播出优美的音乐。如图是“拾音器”的结构示意图,多匝绕制的线圈置于永久磁铁与钢质的琴弦之间,当琴弦沿着线圈振动时,线圈中就会产生感应电流。关于感应电流,以下说法正确的是(　　)
A.琴弦振动时,线圈中产生感应电流是电磁感应现象
B.琴弦振动时,线圈中产生的感应电流大小变化,方向不变
C.琴弦振动时,线圈中产生的感应电流大小和方向都会发生变化
D.琴弦振动时,线圈中产生的感应电流大小不变,方向变化
解析由题意及图可知,电吉他是利用振动的钢质琴弦使线圈切割磁感线而产生感应电流,再将该电流放大并与扩音器相连从而发出声音,属于法拉第电磁感应现象。因琴弦在振动时速度的大小和方向均变化,故感应电流不是恒定的,故A、C正确。
答案AC
10.在一些学校教室为了保证照明条件,采用智能照明系统,在自然光不足时接通电源启动日光灯,而在自然光充足时,自动关闭日光灯,其原理图如图所示。R为一光敏电阻,L为一带铁芯的螺线管,在螺线管上方有一用细弹簧系着的轻质衔铁,一端用铰链固定在墙上可以自由转动,另一端用一绝缘棒链接两动触头。有关这套智能照明系统工作原理描述正确的是(　　)
A.光照越强,光敏电阻阻值越大,衔铁被吸引下来
B.在光线不足时,光敏电阻阻值变大,电流小,衔铁被弹簧拉上去,日光灯接通
C.上面两接线柱应该和日光灯电路连接
D.下面两接线柱应该和日光灯电路连接
解析由光敏电阻特性可知,光照强度越强,电阻越小,电流越大,所以A项错,B项正确;上面两接线柱应接日光灯电路,所以C项正确,而D项错误。
答案BC
二、实验题(本题共2小题,共20分。把答案填在题中的横线上)
11.(8分)如图所示,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;门关闭时会遮蔽红外线源(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。
(1)门打开时R2两端的电压U2与门关闭时相比　　　　(选填“增大”或“减小”)。
(2)门打开时　　　　(选填“红”或“绿”)灯亮。
解析当门打开时,R3受红外线照射,电阻减小,从而使并联电路总电阻减小,总电流增大,R2两端的电压减小,通过R2的电流减小,故通过R3的电流增大,线圈产生的磁场增强,吸引衔铁,红灯亮。
答案(1)减小　(2)红
12.(12分)逻辑电路在电子线路中有着重要的应用。某同学利用“非”门电路设计了一个路灯自动控制门电路,天黑了,让路灯自动接通;天亮了,让路灯自动熄灭。如图中RG是一个光敏电阻,当有光线照射时,光敏电阻的阻值会显著减小;R是可调电阻,起分压作用。“非”门电路能将输入的高压信号转变为低压信号,或将低压信号转变为高压信号。J为路灯总开关控制继电器,它在获得高压时才启动(图中未画路灯电路)。
(1)当天黑时,RG变　　　　(选填“大”或“小”),“非”门电路获得　　　　电压,J得到　　　　电压。(后两空均选填“高”或“低”)
(2)如果路灯开关自动接通时天色还比较亮,现要调节自动控制装置,使它在天色较黑时才会自动接通开关,应将R调　　　　(选填“大”或“小”)一些。
解析(1)天黑时,光线减弱,光敏电阻RG变大,A端输入低电压,Y端输出高压信号,J得到高压,开始控制路灯工作。
(2)如果路灯开关自动接通时天色还比较亮,应将R调大,A端输入电压较高,当天色较黑时,RG的电阻变大,A端的电压降低,Y端的电压升高,J得到高压,开始控制路灯工作。
答案(1)大　低　高　(2)大
三、解答题(本题共3小题,共30分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
13.(8分)在开展研究性学习的过程中,某同学设计了一个利用线圈测量转轮转速的装置(如图所示)。在轮子的边缘贴上一小磁铁,将小线圈靠近轮边放置,接上数据采集器和电脑(DIS实验器材)。如果小线圈的面积为S,匝数为N,回路的总电阻为R,小磁铁附近的磁感应强度最大值为B。实验发现,轮子转过θ弧度时,小线圈处的磁感应强度由最大值变为零。他说:“只要测得此过程感应电流的平均值I,就可以求得转轮转速的大小。”请你运用所学的知识推证该同学的判断是否正确,如果正确,请推导出转轮转速的表达式;如果不正确,请说明理由。
解析设转轮的角速度、转速分别是ω、n,轮子转过θ弧度所需时间为Δt,穿过线圈的磁通量的变化量为ΔΦ,线圈中产生的感应电动势的平均值为E。根据法拉第电磁感应定律有E=
由闭合电路欧姆定律,感应电流的平均值I=
又Δt=,n=,解得n=
由解得的结果看,该同学的判断是正确的。
答案见解析
14.(10分)如图所示,A是浮子,B是金属触头,C为住宅楼房顶上的蓄水池,M是带水泵的电动机,D是弹簧,N是衔铁,F是电磁铁,S1、S2分别为触点开关,S为开关,E为电池。请利用上述材料,设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置。
(1)连接电路图。
(2)简述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)。
解析(1)连接线路如图所示。
(2)按图连接好电路,合上开关S,水泵工作,水位升高,当浮子上升使B接触到S1时,左侧电路(控制电路)工作,电磁铁F有磁力,拉下衔铁N,使S2断开,电动机M不工作,停止注水;当水位下降使B与S1脱离,电路停止工作,F无磁性,D拉动N,使S2接通,M工作,再次注水。
答案见解析
15.(12分)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400 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)利用表中的数据归纳出电阻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牛顿
(3)通过寻求压力与电流表中电流的关系,说明该测力显示器的刻度是否均匀
解析压敏电阻R其阻值随压力大小变化而变化,首先应确定电阻R随压力F的变化关系,再利用电路确定电压与电流的值。
(1)通过表中数据可知,R与F成线性变化关系,设它们的关系为R=kF+b,代入数据得R=300-0.4F(各物理量均取国际单位制单位)。
(2)由题意,R0上的电压为5V,通过R0的电流为I=,利用R=及电阻R随压力F变化的函数关系式可求得Fm=550N。
(3)由I=和R=kF+b可得F=,即该测力显示器的刻度不均匀。
答案(1)R=300-0.4F(各物理量均取国际单位制单位)　(2)550 N　(3)不均匀