5.2常见传感器的工作原理及应用
自主提升过关练(解析版)
一、选择题
1.汽车轮胎气压自动报警装置的主要部件是压阻式压力传感器,某压阻式压力传感器的特点是压力F越大其电阻越小,现将该压力传感器R0接入如图所示电路中,开关S闭合,当压力传感器所受压力增大时,下列说法正确的是( )
A.R1的电功率增大 B.电压表的示数增大
C.电流表的示数增大 D.R2的电功率增大
2.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稳定后,会自动停止工作,其中空调机内使用了下列哪种传感器( )
A.生物传感器 B.红外传感器
C.温度传感器 D.光传感器
3.传感器已广泛应用于生产和生活中,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光传感器
B.夜间自动打开的路灯使用了红外线传感器
C.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
D.电熨斗能自动控制温度的原因是它装有双金属片。这种双金属片的作用是控制电路的通断
4.下列关于传感器说法中不正确的是( )
A.电子秤所使用的测力装置是力传感器,它将压力大小转化为可变电阻,进而转化为电压信号
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.电熨斗能自动控制温度的原因是它装有双金属片,这种双金属片的作用是控制电路的通断
D.光敏电阻能够把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量
5.现代生活离不开智能手机,手机中有很多特殊功能需要传感器来实现。例如当人将手机靠近耳朵附近接听电话时,手机会自动关闭屏幕从而达到省电的目的,实现这一功能可能用到的传感器为( )
A.光传感器和位移传感器
B.磁传感器和温度传感器
C.磁传感器和声传感器
D.压力传感器和加速度传感器
6.家禽养殖场里的自动孵化机由于运用了传感器,当环境温度发生变化时,孵化机内仍可保持比较恒定的温度。由此可以判断:自动孵化机运用了( )
A.压力传感器 B.温度传感器 C.气体传感器 D.光传感器
7.如图,在电路中接一段钨丝(从旧白炽灯中取出),闭合开关,灯泡正常发光,当用打火机给钨丝加热时灯泡亮度明显变暗,根据钨丝的上述特性,可用钨丝来制作一个温度传感器,下面的说法中正确的是( )
A.该传感器利用了钨丝的化学性质
B.该传感器的原理是把电学量(电阻)转换为热学量(温度)
C.该传感器的敏感元件是钨丝,转换元件是灯泡
D.该传感器利用了钨丝电阻随温度变化而变化的特性
8.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,检测电路检测出变化发出警报
D.以上说法均不正确
9.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,某同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置,如图(a)所示.现将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上,中间放置一个绝缘重球.小车向右做直线运动过程中,电流表的示数如图(b)所示.下列判断正确的是( ).
A.在时间至内,小车做匀速直线运动
B.在时间至内,小车做匀加速直线运动
C.在时间至内,小车做匀速直线运动
D.在时间至内,小车做匀加速直线运动
10.下列用电器主要利用了电磁感应原理的是( )
A.激光打印机 B.直流电动机 C.电磁炉 D.电熨斗
11.某同学准备用一种热敏电阻制作一只电阻温度计。他先通过实验描绘出一段该热敏电阻的I一U曲线,如图甲所示,再将该热敏电阻Rt,与某一定值电阻串联接在电路中,用理想电压表与定值电阻并联,并在电压表的表盘上标注温度值,制成电阻温度计,如图乙所示。下列说法中正确的是( )
A.从图甲可知,该热敏电阻的阻值随温度的升高而增大
B.图乙中电压表的指针偏转角越大,温度越高
C.温度越高,整个电路消耗的功率越小
D.若热敏电阻的阻值随温度均匀变化,则表盘上标注温度刻度也一定是均匀的
12.图为苹果自动分拣装置,可以把质量大小不同的苹果,自动分拣开。该装置的托盘秤压在一个以O1为转动轴的杠杆上,杠杆末端压在压力传感器R1上。当大苹果通过托盘秤时,R1所受的压力较大因而电阻较小,R2两端获得较大电压,该电压激励放大电路并保持一段时间,使电磁铁吸动分拣开关的衔铁,打开下面通道,让大苹果进入下面通道;当小苹果通过托盘秤时,R2两端的电压不足以激励放大电路,分拣开关在弹簧向上弹力作用下处于水平状态,小苹果进入上面通道。托盘停在图示位置时,设进入下面通道的大苹果最小质量为M0,若提高分拣标准,要求进入下面通道的大苹果的最小质量M大于M0,下面操作可行的是( )
A.其他条件不变的情况下,只将托盘秤压在杠杆上的位置向左移动一些
B.其他条件不变的情况下,只适当减小R2的阻值
C.其他条件不变的情况下,只改变放大电路中电磁铁部分导线绕行的方向
D.其他条件不变的情况下,只增大和传感器R1相连接电路中电源电动势
13.如图所示为用热敏电阻R和继电器L等组成的一个简单的恒温控制电路,其中热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小。电源甲与继电器、热敏电阻等组成控制电路,电源乙与恒温箱加热器(图中未画出)相连接,则下列说法错误的是( )
A.工作时,应该把恒温箱内的加热器接在C、D端
B.工作时,应该把恒温箱内的加热器接在A、C端
C.当温度降低到某一数值,衔铁P将会被吸下
D.当温度升高到某一数值,衔铁P将会被吸下
14.压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小,某同学利用压敏电阻的这种特性设计了一个探究电梯运动情况的装置,该装置的示意图如图所示。将压敏电阻平放在电梯内,其受压面朝上,在受压面上放一物体m,电梯静止时电流表示数为I0;当电梯运动时,电流表的示数I随时间t变化的规律如图甲、乙、丙、丁所示。则下列说法中正确的是( )
A.甲图表示电梯在做匀速直线运动
B.乙图表示电梯可能向上做匀加速运动
C.丙图表示电梯可能向上做匀加速运动
D.丁图表示电梯可能向下做匀减速运动
15.陶瓷传感器可以用于分析气体中酒精蒸气的含量,常用于检查驾驶人员是否饮酒。如果司机饮酒,血液中的酒精成分会扩散到呼出的气体中,呼出的气体喷向传感器,传感器的电阻将随酒精蒸气浓度发生相应的变化,从而可以检测血液中的酒精含量。某种陶瓷气敏传感器的电导(即电阻的倒数)与气体中酒精蒸气浓度C的关系如图甲所示。现用其组成如图乙所示的检测电路(电源内阻为r,电流表内阻不计)。对此,以下说法正确的是( )
A.此陶瓷气敏传感器的电阻与气体中酒精蒸气的浓度成正比
B.气体中酒精蒸气的浓度越大,则电流表指针偏转的角度越大
C.气体中酒精蒸气的浓度越大,则电池的路端电压越小,电阻两端的电压也越小
D.电源用的时间长了,内阻变大,则会导致测得的酒精浓度偏低
二、解答题
16.把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器开关、电源按如图(a)所示的电路连接,制成光电报警器装置。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,光敏电阻受到光照后,阻值会变小,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(b)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恢复到分离状态,试说明光电报警器的工作原理。
17.如图所示是一种测量血压的压力传感器在工作时的示意图.薄金属片P上固定有4个可以发生形变的电阻、、、,如图甲所示.图乙是它的侧视图,这4个电阻连成的电路如图丙所示,试回答下列问题:
(1)开始时金属片中央O点未加任何压力,欲使电压表无示数,则4个电阻应满足怎样的关系?
(2)当O点加一个垂直于金属片的压力F后,薄金属片P发生形变,这时4个电阻也随之发生形变,形变后各电阻阻值大小如何变化?
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参考答案:
1.A
【解析】
A.据题意,压力增大时R0电阻减小,则外电路电阻减小,根据闭合电路欧姆定律,有
可知总电流I减小,R1的电功率为
可知R1的电功率增大,故A正确;
B.电压表测量的是并联电路的电压,根据公式,有
可知电压表的示数减小,故B错误;
C.电流表测量R2支路电流,根据公式,有
可知电流表的示数减小,故C错误;
D.R2的电功率为
则R2的电功率减小,故D错误。
故选A。
2.C
【解析】
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,C正确,ABD错误。
故选C。
3.D
【解析】
A.给货车称重的地磅是利用了压力传感器,A错误;
B.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,B错误;
C.话筒是一种常用的声波传感器,其作用是声信号转换为电信号,C错误;
D.电熨斗通过温度传感器,由于双金属片上下层膨胀系数不同,在同一温度下的伸缩不一,从而实现温度的自动控制,从而实现控制电路的通断,D正确。
故选D。
4.B
【解析】
A.在电子秤中的应用电子秤所使用的测力装置是力传感器,它是把力信号转化为电压差信号,故A正确;
B.话筒是一种常用的声波传感器,其作用是声信号转换为电信号,故B错误;
C.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,这种传感器的作用是控制电路的通断。故C正确;
D.光敏电阻的工作原理实际上是传感器把光信号转换成电信号,故D正确;
故选B。
5.A
【解析】
A.当人将手机靠近耳朵附近接听电话时,改变了位移,并且耳朵可能挡住了光线,所以可能用到的传感器为光传感器和位移传感器,则A正确;
BCD.当人将手机靠近耳朵附近接听电话时,没有磁场的变化,也没有产生特别的压力,所以BCD错误;
故选A。
6.B
【解析】
环境温度发生变化时,孵化机内仍可保持比较恒定的温度,可以判断:自动孵化机运用了温度传感器。
故选B。
7.D
【解析】
BD.由题可知,钨丝的电阻随温度的升高而增大,利用该特性制作的温度传感器,能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量,故D正确,B错误;
AC.该传感器利用了钨丝的物理性质,敏感元件和转换元件都是钨丝,故AC错误。
故选D。
8.C
【解析】
发生火灾时,烟雾进入罩内后对光有散射作用,使部分光线照射到光电三极管上,其电阻变小,与传感器连接的电路检测出这种变化,就会发出警报。
故选C。
9.D
【解析】
AB.由图示图象可知,在t1~t2内,I变大,说明压敏电阻阻值减小,压敏电阻受到的压力增大,绝缘球受到向右的压力增大,球的合力增大,球的加速度增大,小车向右做加速度增大的加速运动,故AB错误;
CD.由图示图象可知,在t2~t3内,I不变,压力恒定,绝缘球受到的合力向右,加速度向右,小车向右做匀加速直线运动,故C错误,D正确。
故选D。
10.C
【解析】
激光打印机利用的是电偏转原理,直流电动机利用的是磁场对通电导线的安培力做正功,电磁炉利用的是变化的电流产生涡流,电熨斗利用的是传感器,故利用电磁感应原理的是电磁炉。
故选C。
11.B
【解析】
A.I U图象上的点与原点连线的斜率的倒数表示电阻,由甲图可知,I越大,电阻越小,而温度越高,则热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,选项A错误;
B.温度越高,Rt阻值越小,热敏电阻Rt与定值电阻R串联接在电路中,电路中电流越大,R的电压越大,电压表的指针偏转角越大,因此电压表的指针偏转角越大,温度值越大,选项B正确;
C.温度越高,电路中电流越大,由P=IU可知,整个电路消耗的功率越大,选项C错误;
D.若热敏电阻的阻值随温度线性变化,由闭合电路欧姆定律
可知电路中电流I随温度是非线性变化的,由电压表的示数U=IR可知,U随温度是非线性变化的,因此表盘标注温度刻度一定是不均匀的,选项D错误。
故选B。
12.B
【解析】
A.要求进入下面通道的大苹果的最小质量M大于M0,则要求当此大苹果通过托盘时,压力传感器的压力与原来一致,可知其他条件不变的情况下,只将托盘秤压在杠杆上的位置向右移动一些;选项A错误;
B.因要达到题中的要求,就要使得R2两端电压保持不变,因压力越大,电阻R1越小,此时回路中的电流越大,R2的电压就会变得更大,则要想保持R2的电压和原来一致,则只适当减小R2的阻值,选项B正确;
C.其他条件不变的情况下,只改变放大电路中电磁铁部分导线绕行的方向对磁性大小无影响,选项C错误;
D.因要达到题中的要求,就要使得R2两端电压保持不变,因R1减小,而其他条件不变的情况下,只能减小和传感器R1相连接电路中电源电动势,选项D错误。
故选B。
13.ABC
【解析】
AB.恒温箱内温度高到一定数值后,应与电源断开停止加热,由上分析可知,温度升高后,A、B端断开,所以工作时,应该把恒温箱内的加热器接在A、B端,AB符合题意;
C.当温度降低到某一数值,热敏电阻R的阻值量大,电中各电流减小,继电器L对衔铁P吸引力减小,P将不会被吸合下,C符合题意;
D.当温度升高到某一数值,热敏电阻R的阻值减小,电路中电流量大,继电器L对衔铁P吸引力增大,P将会被吸合下,D不符合题意。
故选ABC。
14.AC
【解析】
A.电梯静止时电流表示数为I0,甲图中电流等于I0且不变,故电梯匀速直线,A正确;
B.乙图中电流逐渐变大,故压力逐渐变大,且大于重力,电梯处于超重状态且加速度变大,B错误;
C.丙图中电流恒为2I0,故电梯处于超重状态,可能匀加速上升也可能匀减速下降,C正确;
D.丁图中电流一直大于I0,且不断减小,故电梯的加速度向上且一直减小,故电梯可能减速下降,也可能加速上升,但加速度不断减小,D错误。
故选AC。
15.BD
【解析】
A.由题图甲可知,传感器的电阻与气体中酒精蒸气的浓度成反比,故A错误;
BC.因为酒精蒸气的浓度C越大,传感器的电阻越小,电路中的电流越大,电流表指针偏转的角度越大,路端电压越小,两端电压越大,故B正确,C错误;
D.若电源用的时间长了,内阻变大,则相同浓度时总电阻变大,电流变小,测量的C变小,故D正确。
故选BD。
16.见解析
【解析】
由图可知,光敏电阻与干簧管外线圈串联,当报警器有光照射时,光敏电阻阻值减小,根据闭合电路欧姆定律得,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,蜂鸣器所在电路接通,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,根据闭合电路欧姆定律得,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。
17.(1)(2)、的阻值增大,、的阻值减小
【解析】
(1)解题的关键是找出电路中A、B两点的电压与4个电阻的关系.由于电压表的电阻可以看作无穷大,因此本电路中与串联,与串联,然后它们再并联;设上面支路电流为,下面支路电流为,要使A点电势等于B点电势,则应有电阻两端的电压等于两端的电压,电阻两端的电压等于两端的电压,即
①
②
联立①②式得
.
(2)当O点加垂直于金属片的压力F后,金属片发生形变,由于电阻是固定在金属片上的,因此、被拉长,、被拉宽,则、的阻值增大,、的阻值减小,这时A、B两点电势不再相等.
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