第五章 传感器 综合复习题（word版含答案）

选择性必修第二册 第五章　传感器 综合复习题
一、选择题
1．(多选)有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三个元件，将这三个元件分别接入多用电表的欧姆挡后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数。下列说法中正确的是( )。
A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这个元件一定是热敏电阻；
B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化不明显，这个元件一定是定值电阻；
C．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这个元件一定是光敏电阻；
D．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这个元件一定是定值电阻。
2．(多选)用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。下列属于这类传感器的是( )。
A．红外线烟雾报警装置；
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．红外线自动水龙头。
3．(多选)关于电饭锅的说法正确的是( )。
A．电饭锅中的温度传感器主要元件是感温铁氧体；
B．感温铁氧体在常温下没有磁性，到达103 ℃时具有磁性；
C．用电饭锅烧水，水开时能自动断电；
D．用电饭锅煮饭时，若温控开关自动断电后，它不能自动复位。
4．(多选)关于传感器，下列说法正确的是( )。
A．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；
B．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；
C．电子秤所使用的测力装置是力传感器；
D．半导体热敏电阻常用作温度传感器。
5．有一热敏电阻的电阻值随温度变化的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，做成一个电子温度计，为了便于读数，再把欧姆表上的电阻值转换成温度值。现在想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( )。
A．t1～t2段； B．t2～t3段；
C．t3～t4段； D．t1～t4段。
6．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，就将声音信号转换为电信号。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。
7．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→转换电路→电学量→转换元件；
B．电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量；
C．非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量；
D．非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量。
8．(多选)压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个光滑绝缘重球。小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图乙所示，下列判断正确的是( )。
甲 乙
A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动；
B．从t1到t2时间内，小车做加速度变大的直线运动；
C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动；
D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动。
9．在如图的电路中，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的间距不变，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消耗的功率减少；
C．当滑动触头P向右移时，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。
10．(多选)利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域。如图将一金属或半导体薄片垂直置于磁场B中，在薄片的两个侧面a、b间通以电流I时，另外两侧c、f间产生电势差，这一现象称为霍尔效应。其原因是薄片中的移动电荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累，于是c、f间建立起电场EH，同时产生霍尔电势差UH。当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时，EH和UH达到稳定值，UH的大小与I和B以及霍尔元件厚度d之间满足关系式UH＝RH，其中比例系数RH称为霍尔系数，仅与材料性质有关。(已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为n，电子的电荷量为e。)下列说法正确的是( )。
A．若半导体材料是电子导电的，则c端电势高；
B．若半导体材料是电子导电的，则f端电势高；
C．霍尔系数RH的表达式；
D．霍尔系数RH的表达式。
二、填空题
11．(1)如图所示，将万用表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与NTC热敏电阻Rt的两端相连，这时指针恰好指在刻度盘的正中间。若往Rt上擦一些酒精，指针将向________(填“左”或“右”)移动；若用吹风机将热风吹向Rt，则指针将向________(填“左”或“右”)移动。
(2)如图所示是电阻式温度计，一般是利用金属做的，已知金属丝的电阻随温度的变化情况，测出金属丝的电阻就可以知道其温度。这实际上是一个传感器，它是将________转化为________来进行测量的。
12．现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 C时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干。
在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 C时阻值为650 Ω。
(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
(2)电路中应选用滑动变阻器________(选填“R1”或“R2”)。
(3)按照下列步骤调节此报警系统：
①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为________Ω；滑动变阻器的滑片应置于________(选填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是______________________________________________________________________________。
②将开关向________(选填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至______________________________________________________________________________。
保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。
三、解答题
13．现有热敏电阻R1，电炉丝R、电源E、电磁继电器、滑动变阻器R2、开关和若干导线。如图所示，试设计一个控温电路。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，又自动断电，画出电路图，并说明工作原理。
14．如图所示是电饭煲的电路图，S1是一个限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(103 C)时会自动断开，S2是一个自动温控开关，当温度低于约70 C时会自动闭合，温度高于80 C时会自动断开，红灯是加热状态时的指示灯，黄灯是保温状态时的指示灯，限流电阻R1＝R2＝500 Ω，加热电阻丝R3＝50 Ω，两灯电阻不计。
(1)根据电路分析，叙述电饭煲煮饭的全过程(包括加热和保温过程)。
(2)计算加热和保温两种状态下，电饭煲的消耗功率之比。
(3)简要回答，如果不闭合开关S1，电饭煲能将饭煮熟吗？
15．加速度计是测定物体加速度的仪器，现代科技中，它已成为导弹、飞机、潜艇制导系统的信息源，如图所示为应变式加速度计，当系统加速时，加速度计中的敏感元件也处于加速状态，敏感元件由两根相同的弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件下端的滑动臂可在滑动变阻器上无摩擦水平滑动，当系统加速时敏感元件发生位移，并转换成电信号输出。已知敏感元件的质量为m，每根弹簧的劲度系数为k，电源的电动势为E且内阻不计，滑动变阻器的总阻值为R，且总电阻有效长度为L。静态时，两弹簧恰好为原长，滑动变阻器的滑动触头位于正中间，并且此时加速度计的输出电压为零。
(1)假定待测系统的加速度大小为a，方向向左，求敏感元件发生的位移大小；
(2)求用输出信号的电压Uab来表示待测系统加速度a的表达式。
16．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6V的电源。R0是一个阻值为400Ω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5V，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？
17．有一种半导体材料称为“霍尔材料”，用它制成的元件称为霍尔元件，这种材料有可定向移动的电荷，称为载流子，每个载流子的电荷量大小为。霍尔元件在自动检测，控制领域得到广泛应用，如录像机中用来测量录像磁鼓的转速，电梯中用来检测电梯门是否关闭以自动控制升降电动机的电源的通断等。在一次实验中，一块“霍尔材料”制成的薄片宽，长，厚，水平放置在竖直向上的磁感应强度的匀强磁场中，bc方向通有的电流，如图所示，由于磁场的作用，稳定后，在沿宽度方向上产生的横向电压。
(1)都假定载流子是电子，ad、bc两端面中哪端电势较高；
(2)薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率多大；
(3)这块“霍尔材料”中单位体积内的载流子个数为多少。
18．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，该装置在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器，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．现将该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．(取g＝10 m/s2)．
(1)若传感器a的示数为14 N、b的示数为6 N，求此时汽车的加速度大小和方向．
(2)求当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数恰为零
参考答案
一、选择题
1．AC。
解析：热敏电阻对温度变化有响应，光敏电阻对光的强度有响应。所以如果放入热水和不置于热水中电阻变化大说明该元件为热敏电阻，如果电阻变化不明显只能说明对温度不敏感，可能对其他物理变化敏感，因此不一定是定值电阻。同理，可以判断是否为光敏电阻。故选AC。
2．AD。
解析：红外报警装置是将光信号转化为电信号，故A正确。走廊照明灯的声控开关是声音信号转化为电信号，故B错误。自动洗衣机中的压力传感装置是将力学量转换为电阻，故C错误。红外线自动水龙头将光信号转化为电信号，故D正确。故选AD。
3．AD。
解析：电饭锅中的温度传感器其主要元件是铁氧体，铁氧体在常温下具有铁磁性，温度达到居里点103 ℃时失去铁磁性，故A正确，B错误。用电饭锅烧水，水开时温度不能超过100度，不能自动断电，故C错误。用电饭锅煮饭时，若温控开关自动断电后，不能自动复位，必须手动才能将压下开关，故D正确。故选AD。
4．BCD。
解析：话筒是将声信号转换为电信号，故A错误。电熨斗能够自度动控制温度的原因是它装有双金属片热胀冷缩来控制电路，属于温度传感器，故B正确。电子秤所使用的测力装置是力传感器，传感器输出的电压表示力F的大小，压力越大电子秤示数越大，也就是输出的电压越大，故C正确。热敏电阻的电阻值随温度而变化，故D正确。故选BCD。
5．B。
解析：因为t2～t3段电阻随温度变化比较显著。故选B。
6．B。
解析：当声波使膜片前后振动时，带动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改变，产生感应电流，从而将声音信号转变为电信号。可见，利用的是电磁感应原理。故选B。
7．C。
解析：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A、B、D错误，C正确。故选C。
8．BD。
解析：从t1到t2时间内，电流不断增大，说明压敏电阻阻值在不断减小，进一步说明压敏电阻受到的压力在不断增大，由F=ma可知，这是由于a不断增大的结果，即从t1到t2时间内，小车在做加速度变大的直线运动，故A错误，B正确。从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动，故C错误，D正确。故选BD。
9．A。
解析：L消耗的功率是P＝，作为灯泡来说，R是不变，那就考虑其上的电压U。触头左移导致整个系统电阻减小，则流入D的电流变大，发出的光变强，光敏电阻阻值下降，光敏电阻和L的总电压恒为电源电压，所以光敏电阻阻值下降则其分得的电压下降。也就是说L两端的电压上升，L消耗的功率上升，故A正确，B、C、D错误。故选A。
10．AC。
解析：根据左手定则可以判定若半导体材料是电子导电的，则c端电势高，故A正确，B错误。由于eB＝e和I＝neS＝neld，可得霍尔系数RH的表达式，故C正确，D错误。故选AC。
二、填空题
11．(1)左；右。
(2)温度信号；电信号。
解析：(1)用酒精擦拭，当酒精蒸发时，吸收热量，有助于降温。若往Rt上擦一些酒精，指针将向左移动；若用吹风机将热风吹向Rt，则指针将向右移动。
电阻式温度计是一个传感器，它是将温度信号转化为电信号来进行测量的。
12．(1)连线如图所示。
(2)R2
(3)①650；b；接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏。
②c；报警器开始报警。
解析：(2)由R＝＝ Ω＝1 800 Ω可知，滑动变阻器应选R2。
(3)①电阻箱的电阻值应调为热敏电阻在60 C时的阻值，即650 Ω。滑动变阻器的滑片应置于b端，使开关接通后回路中电流最小，以保护报警器，即防止因过载而损坏报警器。
②应将开关向c端闭合，然后对系统进行调节。
三、解答题
13．解：(1)把热敏电阻R1与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路。电路图如图所示。
(2)在工作过程中，闭合开关，当温度低于设计值时，热敏电阻阻值大，通过电磁继电器电流不能使它向下吸引衔铁。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，向下吸引衔铁，K断开，电炉丝断电，停止加热；当温度低于设计值，又重复前述过程。
14．(1)见解析；(2)；(3)不能。
解析：(1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态，加热到80 C，S2自动断开，S1仍闭合；水烧开后，温度升高到103 C时，开关S1自动断开，这时饭已经煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态。由于散热，待温度将至70 C时，S2自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到80 C时，S2又自动断开，再次处于保温状态。
(2)加热时电饭煲消耗的电功率P1＝，保温时电饭煲消耗的功率P2＝，两式中从而有。
(3)不能。如果不闭合开关S1，开始S2总是闭合的，R1被短路，功率为P1，当温度上升到80 C时，S2自动断开，功率降为P2，温度降到70 C，S2自动闭合……温度只能在70 ~ 80 C之间变化，不能把水烧开，不能煮熟饭。
15．(1)；(2) 。
解析：(1)由牛顿第二定律可知2kx＝ma，解得x＝。
假定待测系统的加速度大小为a，方向向左，则敏感元件向右发生的位移为；
(2)设加速度向右为正方向，当加速度为a时，滑动变阻器的滑片从中点左移x，则输出信号电压Uab为正值，Uab＝·x＝x。
敏感元件的动力学方程为2kx＝ma。
联立解得a＝。
若加速度向左时，滑动变阻器的滑片从中点右移x，则输出信号电压Uab为负值，加速度为负值。综上所述，系统加速度的表达式为a＝。
16.（1） ；（2） 550N ； （3） ，不均匀
【解析】
【分析】
【详解】
（1）通过表中数据可得
故R与F成线性变化关系，设它们的关系为
代入数据得
(2)由题意，上的电压为5V，通过的电流为
利用
及
可求得
(3)由
和
可得
即该测力显示器的刻度不均匀
17．(1)ad；(2)；(3)个
【解析】
【分析】
【详解】
（1）由于假定"霍尔材料"内的载流子是电子，所以当电流方向沿bc方向时，载流子沿cb方向做定向移动，由左手定则可以判定载流子所受的洛伦兹力方向由ad面指向bc面，因而电子聚集到bc面，使bc面带上负电，ad面由于失去电子而带上正电，故ad面电势比bc面电势高。
（2）在磁场作用下稳定后，载流子在沿宽度方向上受到的洛伦兹力和电场力平衡，由平衡条件可得
解得薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率
（3）根据电流的微观表达式
得这块“霍尔材料”中单位体积内的载流子个数
个
18．(1)4.0 m/s2　向前　(2)10 m/s2　向后
【解析】
【分析】
（1）滑块在水平方向上受到的力为a、b两个弹簧施加的弹力，这两个弹力的合力提供加速度，根据牛顿第二定律列式求解．
（2）a传感器的读数为零，即a侧弹簧的弹力为零，因两弹簧相同，a弹簧伸长多少，b弹簧就缩短多少．所以b弹簧的弹力变为20N，也就是滑块所受的合力为20N，由牛顿第二定律列方程求解．
【详解】
（1）对滑块在水平方向上受力分析，如右图所示，根据牛顿第二定律Fa-Fb=ma1，
则
方向水平向右．
（2）根据题意，当左侧弹簧弹力Fa′=0时，右侧弹簧的弹力Fb′=20N，
根据牛顿第二定律，Fb′=ma2
代入数据得：a2＝＝10m/s2，方向水平向左．
【点睛】
传感器的示数就是等于该侧弹簧的弹力，也等于弹簧施加给滑块的弹力，对滑块受力分析，运用牛顿第二定律解题．此题要注意弹簧的弹力跟伸长量或缩短量成正比．