5.3用传感器制作自动控制装置基础巩固（word 含答案）

5.3用传感器制作自动控制装置基础巩固2021—2022学年高中物理沪教版（2019）选择性必修第二册
一、选择题（共15题）
1．下图中关于传感器的应用，说法正确的是（　　）
A．干簧管是利用电磁感应的原理控制电路的通断的
B．机器人“眼睛”利用了光传感器
C．红外测温枪向人体发射红外线，从而测量人体温度
D．火灾报警器是通过感知温度触发报警的
2．下列有关传感器的说法中错误的是(　　)
A．“嫦娥二号”卫星星载的立体相机获取月球数据利用了光传感器
B．汶川大地震时用的生命探测仪利用了生物传感器
C．火灾报警器能够在发生火灾时报警是利用了温度传感器
D．电子秤称量物体质量是利用了力传感器
3．菜市场的电子秤主要使用的传感器是（　　）
A．气体传感器 B．压力传感器
C．温度传感器 D．红外传感器
4．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
5．下列生活中的传感器，把光信号变成电信号的是（　　）
A．走廊照明灯的声控开关 B．自动洗衣机中的压力传感装置
C．控制电视机开关的遥控器 D．电饭煲中控制加热和保温的温控器
6．下列关于传感器说法中不正确的是（ ）
A．热敏电阻是由金属制成的，对温度感知灵敏
B．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弱这个光学量转换为电阻这个电学量
7．光电式感烟探测器（简称烟感器）由光源、光电元件和电子开关组成．利用光散射原理对火灾初期产生的烟雾进行探测，并及时发出报警信号．该报警器利用的传感器是（　　）
A．力传感器 B．声传感器
C．位移传感器 D．光传感器
8．有一种测量物体重量的电子秤，其电路原理图如图中的虚线所示，主要由三部分构成：踏板、压力传感器R（实际上是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器）、显示体重的仪表G（实质上是电流表）．不计踏板的质量，已知电流表的量程为2A，内阻为1Ω，电源电动势为12V，内阻为1Ω，电阻R随压力F变化的函数式为R =30–0.01F（F和R的单位分别是N和Ω）．下列说法正确是（ ）
A．该秤能测量的最大体重是2500N
B．该秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表G刻度盘0.375A处
C．该秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表刻度盘0.400A处
D．该秤可以通过电路规律转换成关系进行刻度转换
9．图甲表示某压敏电阻的阻值随所受压力变化的情况。把这个压敏电阻与秤台、电池、电流表组合起来（图乙），用压敏电阻作为承重的载体，把电流表的刻度改为相应的质量刻度，就得到了一个简易电子秤。下列说法正确的是（　　）
A．对应的物体质量应标在电流较大的刻度上，且物体质量与电流是线性关系
B．对应的物体质量应标在电流较大的刻度上，且物体质量与电流是非线性关系
C．对应的物体质量应标在电流较大的刻度上，且物体质量与电流是非线性关系
D．对应的物体质量应标在电流较大的刻度上，且物体质量与电流是线性关系
10．视觉是人类最重要的知觉方式，视觉受损的病人生活质量深受困扰．目前研发的人工视网膜阵列可以模拟视网膜感光细胞对视觉通路施加特定电刺激，从而产生视觉感受．按工作原理来看，目前的人工视网膜阵列主要有两种，分为微光电二极管阵列和微电极阵列．微光电二极管阵列直接将入射光转化成电信号激励神经细胞，但电流强度不足，需要配备放大电路．微电极阵列通过外置摄像头采集图像并通过无线电波传输至电极阵列，可以最小化植入体积．人工视网膜无论采用哪一种阵列，工作时如果使用直流电，都可能造成电荷累积对神经细胞损伤，以及电解水产生化学腐蚀和气泡．下列说法正确的是（ ）
A．微光电二极管阵列在正常工作时不需要额外电源提供能量
B．微电极阵列直接将进入人眼的光线转化成视觉电信号
C．微电极阵列传输信号的原理是电流的磁效应
D．人造视网膜假体工作时应采用交流电信号
11．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知升降机静止时电流表的示数为I1。下列判断正确的是（　　）
A．从0到t1时间内，升降机一定静止
B．从t1到t2时间内，升降机可能做匀加速直线运动
C．从t1到t2时间内，升降机运动时的加速度在变化
D．从t2到t3时间内，升降机可能向下匀加速运动
12．如图所示为某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻、R2为定值电阻，A、B接监控装置，则下列说法正确的是
①当有人通过而遮蔽光线时，A、B间的电压增大
②当有人通过而遮蔽光线时，A、B间的电压减小
③当仅增大R2的阻值时，A、B间的电压增大
④当仅减小R2的阻值时，A、B间的电压增大
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
13．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断升降机运动状态的装置，其工作原理如图所示。将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动过程的某一段时间内，发现电流表的示数不变，且I大于升降机静止时电流表的示数I0，在这段时间内（　　）
A．升降机可能匀速上升
B．升降机一定匀减速上升
C．升降机一定处于失重状态
D．通过压敏电阻的电流一定比电梯静止时大
14．半导体指纹传感器是在一块半导体基板上阵列了10万个金属颗粒，传感器阵列的每一点是一个金属电极，充当电容器的一极，其外面是绝缘的表面，手指贴在其上与其构成了电容器的另一极．由于手指指纹深浅不同，嵴和峪与半导体电容感应颗粒形成的电容值大小不同，其工作过程是通过对电容感应颗粒预先充电到某一参考电压，然后对每个电容的放电电流进行测量，设备将采集到不同的数值汇总，也就完成了指纹的采集，则（　　）
A．指纹的嵴处与半导体基板上对应的金属颗粒距离近，电容小
B．指纹的峪处与半导体基板上对应的金属颗粒距离远，电容小
C．对每个电容感应颗粒都充电至某一参考电压时，在手指靠近时，各金属电极电量减小
D．对每个电容感应颗粒都充电至某一参考电压时，在手指远离时，各金属电极均处于充电状态
15．电磁学的成就极大地推动了人类社会的进步。下列说法正确的是（　　）
A．甲图是某品牌的无线充电手机利用电磁感应方式充电的原理图，无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是“电流的磁效应”
B．在乙图中，开关由闭合变为断开，则断开瞬间触头C马上离开触点
C．在丙图中，钳形电流表是利用电磁感应原理制成的，它的优点是不需要切断导线，就可以方便地测出通过导线中交变电流的大小
D．丁是电容式话筒的电路原理图，声波的振动会在电路中产生恒定的电流
二、填空题（共4题）
16．当光照射到光敏电阻上时，光敏电阻的阻值________（填“变大”、“不变”或“变小”）．光敏电阻的电阻率随________增强而________，它是把________这个光学量转换为________这个电学量；热敏电阻是的电阻率随________升高而________，它是把________这个热学量转换为________这个电学量．
17．电子秤中常用的一种力传感器是由金属梁和________制成。________是一种敏感元件，多用________材料制成。
18．光敏电阻在被光照射时______发生变化，光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为_____这个电学量。
19．有一种测量压力的电子秤，其原理如图所示。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。
压力F/N 0 50 100 150 200 250 300
电阻R/Ω 300 280 260 240 220 200 180
（1）在坐标系中画出电阻R随压力F变化的图线_____，并归纳出电值R随压力F变化的函数关系式_______________；
（2）写出压力随电流变化的关系式_________，说明该测力显示器的刻度是否均匀______（填“均匀”或“不均匀”）；
（3）若电容器的耐压值为5V，该电子秤的量程是_______N。
三、综合题（共4题）
20．有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图中的虚线所示，它主要由三部分构成：踏板和压力杠杆AOB、压力传感器R（一个阻值可随压力大小而变化的电阻器）、显示体重的仪表G（其实质是电流表）．其中AO:BO=4:1．已知压力传感器的电阻与其所受压力的关系如下表所示：
压力F/N 0 50 100 150 200 250 300 ……
电阻R/ 300 270 240 210 180 150 120 ……
设踏板和杠杆组件的质量不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.5V，则：
(1)利用表中数据归纳出电阻R随压力F变化的函数关系式；
(2)该电子秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表刻度盘多少毫安处？
(3)如果某人站在踏板上，电流表刻度盘示数为20mA，这个人的体重是多少？
21．如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻不计，不称物体时，滑动触头P在A端，滑动变阻器接入电路中的有效电阻最大，电流较小；称重物时，在压力作用下滑动触头下移，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大。这样把电流对应的质量值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的质量，若滑动变阻器上A、B间长度为l，最大阻值为，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k。
（1）试导出所称重物重力G与电路中电流I的函数关系
（2）该装置达到最大量程时电流表示数是多少？
22．有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图中的虚线所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器 R (是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)．设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为 0~3A，电源电动势为 E=15V，内阻为 r=1Ω，电阻R随踏板变化的函数为R=29-0.02F (F和R的单位分别是 N 和Ω)．
（1）求该秤零刻度线 ( 即踏板空载时的刻度线)对应的流强度大小；
（2）求该秤能测量的最大体重；
（3）该秤的刻度(体重刻度)是否均匀
23．物理实验中经常用光电门测量物体的速度，光电门传感器为门式结构，如图所示。A管发射红外线，B管接收红外线。A、B之间无挡光物体时，电路断开；有物体经过A、B之间时B管被挡光，电路接通。请简述怎么计算出物体的速度。
参考答案
1．B
2．C
3．B
4．A
5．C
6．A
7．D
8．B
9．B
10．D
11．C
12．C
13．C
14．B
15．C
16．变小 光照 减小 光照强弱 电阻 温度 减小 温度 电阻
17．应变片 应变片 半导体
18．电阻 电阻
19． R=300-0.4F F的刻度不均匀 F=550N
20．(1) R=300－0.6F() (2)15mA (3) G=625N
21．（1）（2）
22．（1）0.5A；（2）1250N；（3）刻度不均匀
23．当光电门传感器A、B之间无挡光物体时，电路断开，当A、B之间有挡光物体时，电路接通，与光电门相连的计算机记录下挡光时间，再测量出挡光物体的宽度，结合运动学公式即可算出物体运动的平均速度，当很小时，计算出的平均速度可认为是瞬时速度。