《新新练案系列》高中物理（鲁科版选修3-2）本章练测：第5章 传感器及其应用（含答案）

第五章 传感器及其应用
建议用时
实际用时
满分
实际得分
45分钟
100分
一、选择题 (本题共10小题，每小题4分，共40分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确)
1.下列说法正确的是 (　　)
A．凡将非电学量转化为电学量的传感器都是物理传感器
B．湿敏传感器只能是物理传感器
C．物理传感器只能将采集到的信息转化为电压输出
D．物理传感器利用的是物质的物理性质和物理效应
2.下列有关传感器的说法中错误的是(　　)
A．恒温箱利用了温度传感器
B．“嫦娥二号”卫星的立体相机获取月球数据利用了光传感器
C．电子秤称量物体质量是利用了力传感器
D．火灾报警器能够在发生火灾时报警是利用了温度传感器
3.街旁的路灯、江海里的航标都要求在夜晚亮，白天熄灭，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
4.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，所需要的电能几乎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
5.2007年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科学家，以表彰他们发现“巨磁电阻效应”，基于巨磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的技术，被认为是纳米技术的第一次真正应用．在下列有关其他电阻应用的说法中，错误的是(　　)
A．热敏电阻可应用于温度测控装置中
B．光敏电阻是一种光电传感器
C．电阻丝可应用于电热设备中
D．电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用
6.某电容式话筒的原理示意图如图1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1
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
7.如图2所示是某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，为光敏电阻、为定值电阻，A、B接监控装置．则(　　)
图2
①当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压升高
②当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压降低③当仅增大的阻值时，可增大A、B之间的电压
④当仅减小的阻值时，可增大A、B之间的电压
A．①③ B．①④
C．②③ D．②④
8.如图3所示，为负温度系数的半导体热敏电阻，其他电阻都是普通的电阻，当灯泡L的亮度变暗时，说明(　　)
图3
A．环境温度变高 B．环境温度变低
C．环境温度不变 D．都有可能
9.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4甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球．小车向右做直线运动的过程中，电流表示数如图乙所示，下列判断正确的是(　　)
图4
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，小车做匀加速直线运动
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
10.如图5所示，为正温度系数热敏电阻，为光敏电阻，和均为定值电阻，电源电动势为，内阻为，V为理想电压表，现发现电压表示数增大，可能的原因是(　　)
图5
①热敏电阻温度升高，其他条件不变
②热敏电阻温度降低，其他条件不变
③光照增强，其他条件不变
④光照减弱，其他条件不变
A．①③ B．①④
C．②③ D．②④
二、填空题(本题共1小题，共8分．按题目要求作答)
11.一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度t变化的关系如图6实线①所示，由于环境温度以及熨烫的衣物厚度、干湿等情况不同，电熨斗的散热功率不同，因而电熨斗的温度可能会在较大范围内波动，易损坏衣物．
有一种用主要成分为被称为“PTC”的特殊材料BaTiO3作发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点，PTC材料制成的电熨斗的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示，根据图线分析：
21世纪教育网
图6
(1)为什么原来处于冷态的PTC电熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快？_________________________21世纪教育网
(2)通电一段时间后电熨斗温度t自动地稳定在________范围之内．
三、简答与计算题(本题共4小题，共52分．解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
12.(12分)全自动洗衣机中，排水电磁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程序时，电磁铁的线圈通电，使电磁铁的铁芯2动作，牵引排水阀的活塞打开，排出污水．牵引电磁铁的结构如图7所示．
图7
当程序控制器的控制电流通过线圈时，线圈和铁芯1产生一个强的磁场，使铁芯2磁化，由于磁体相互作用，将铁芯2吸入线圈，此时铁芯2将拉动阀门使阀门打开排水．同样，控制器不输出控制电流时，电磁铁将失去磁性，弹簧(图中未画)将铁芯2拉回原位，从而关闭阀门．想一想：
(1)某时刻输入控制电流时，接正极，接负极，则铁芯2中A端和B端分别为什么磁极？
(2)处输入的是交变电流，铁芯2是否仍然能吸入线圈？与恒定电流相比会有什么不同？
13.(12分)在科技活动中某同学利用自制的电子秤来称量物体的质量．如图8所示，托盘和弹簧的质量均不计，滑动变阻器的滑动端通过一水平绝缘轻杆与弹簧上端相连，当托盘中没有放物体时，电压表示数刚好为零．设滑动变阻器的总电阻为，总长度为，电源电动势为，内阻为，限流电阻的阻值为，弹簧的劲度系数为，不计一切摩擦和其他阻力，电压表为理想电压表．当托盘上放上某物体时，电压表的示数为，求此时所称量物体的质量．
图8
[来源:21世纪教育网]
14.(14分)用如图9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压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的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器上，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，传感器在前，传感器在后．汽车静止时，两弹簧处于压缩状态，传感器的示数均为10 N.
图9
(1)若传感器的示数为14 N、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，传感器的示数为零．
15.(14分)如图10所示为检测某传感器的电路图．传感器上标有“”的字样(传感器可看作一个纯电阻用电器)，滑动变阻器上标有“A”的字样，电流表的量程为，电压表的量程为．求：
图10
(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，在之间所加的电源电压最大值是多少？
(3)如果传感器的电阻变化超过标准值，则该传感器就失去作用．实际检测时，将一个恒压电源加在图中之间，闭合开关S，通过调节，来改变电路中的电流和两端的电压．检测记录如下：
电压表示数
电流表示数
第一次
1.48
0.16
第二次
0.91
0.22
若不计检测电路对传感器电阻的影响，你认为这个传感器是否仍可使用？此时间所加的电压是多少？
[来源:21世纪教育网]
第五章 传感器及其应用
得分：
一、选择题
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
二、填空题
11.（1） （2）
三、计算题
12.
13.
14.
15.[来源:21世纪教育网]
第五章 传感器及其应用 参考答案
一、选择题
1.D 解析：各种传感器虽然工作原理不同，但基本功能相似，多数是将非电学量转化为电学量，故A错；湿敏传感器为化学传感器，故B错；传感器既可将信息转化为电压输出，也可转化为电流、电阻等输出，故C错；由物理传感器定义知D正确．
2.D 解析：恒温箱利用了温度传感器，立体相机是利用了光传感器，电子秤是利用了压力传感器，火灾报警是在烟雾浓度达到一定程度时能够输出电信号，使警铃发声或使红灯闪烁，自动报警，利用了烟雾传感器而不是利用了温度传感器，A、B、C对，D错．
3.B 解析：由“夜晚亮、白天熄灭”的特性可知，此半导体材料为光敏性的．
4.B 解析：太阳能电池板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．
5.D 解析：热敏电阻对温度很敏感，光敏电阻对光照很敏感，电阻丝可用于电加热，所以A、B、C均正确．交流电、直流电均可通过电阻，电阻对它们均可产生阻碍作用，所以D错误．
6.D 解析：当P、Q间距增大时，据平行板电容器电容公式知，增大则减小，选项A错．稳定后电容器两极板间的电压不变，则据知减小不变，则减小，选项B错．电容器两极板的电荷量减少，产生放电电流，方向从M→N，因此M点的电势比N点的电势高，选项C错，选项D正确．
7.C 解析： 是光敏电阻，有光照射时，电阻变小，当有人通过而遮蔽光线时，的阻值变大，回路中的电流减小，A、B间的电压减小，故①项错误，②项正确；由闭合电路欧姆定律得：，当仅增大的阻值时，电路中的电流减小，A、B间的电压增大，故③项正确；当仅减小的阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压减小，故④项错误，故应选C.
8.B 解析：当灯泡L变暗时，通过L的电流变小，的阻值变大，根据热敏电阻的特点知环境温度变低了．
9.D 解析：在0～t1时间内，I恒定，压敏电阻阻值不变，由小球的受力不变可知，小车可能做匀速或匀加速直线运动，在t1～t2时间内，I变大，压敏电阻阻值变小，压力变大，小车做变加速运动，A、B均错．在t2～t3内，I不变，压力恒定，小车做匀加速直线运动，C错，D对．
10.D 解析：电压表示数变大，而为定值电阻，说明流经的电流增大，由电路结构可知，这可能是由于减小或增大，由热敏电阻和光敏电阻特性知，可能是由于温度降低或光照减弱，故②、④正确，①、③错误．
二、填空题
11.(1)由于冷态时PTC材料制成的电熨斗电阻较小，由知，其发热功率较大，所以升温快．(2)T6～T7
解析：从图象发现当温度比较低时，PTC电熨斗的电阻较小，在电压恒定时，电热功率比较大，发热大于散热，升温较快；当温度较高时电阻迅速增大，发热功率减小，当发热功率和散热功率相等时，保持恒定温度不变．
(1)由于冷态时PTC电熨斗电阻较小，故由知，其发热功率较大，所以升温快．
(2)从图上可以看出，温度较低时，电阻较小，热功率较大，所以发热快于散热，温度升高，电阻值迅速增大，相应发热功率减小，当发热功率小于散热功率时，电阻温度降低，电阻值减小，发热功率会相应增大，当发热功率等于散热功率时，温度会稳定在T6～T7之间．
三、计算题
12.(1)利用安培定则判断，A端为S极，B端为N极．
(2)仍能吸入线圈，因为铁芯仍能被磁化，且磁化后的磁性总是与线圈发生相吸的作用．但与恒定电流产生的磁场相比，交变电流产生的磁场强弱有变化，当磁性减弱的时刻弹簧会将铁芯2拉离线圈，因而会有振动而产生噪声．
13.
解析：设托盘上放上质量为的物体时弹簧压缩量为，
由平衡条件得 ①
此时滑动变阻器滑片已下滑，由分压原理知，电压表上的电压值：
②
由①②两式得.
14.(1)　与同方向，即向前(向右) (2)，方向向左 图11
解析：(1)如图11所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力，右侧弹簧对滑块的向左的推力
.
滑块所受合力产生加速度，根据牛顿第二定律有
，得
与同方向，即向前(向右)．
(2)传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力，因两弹簧相同，左侧弹簧伸长多少，右侧弹簧就缩短多少，所以右侧弹簧的弹力变为．滑块所受合力产生加速度为，由牛顿第二定律得，
解得：，方向向左．
15.见解析
解析：(1)，
.
(2)最大电流.
电源电压最大值，
为传感器的额定电压，为时两端的电压，即，
故.
(3)设实际检测时加在间的电压为，传感器的实际电阻为，根据第一次实验记录数据有：，
根据第二次实验记录数据有：，
代入数据解得：.
传感器的电阻变化为，
所以此传感器仍可使用．