第五章 传感器 单元检测(B卷)
一、单选题
1.如图所示为某会议厅安装的火灾报警系统的原理图,装置用一耐火的不透明材料制成的外罩罩住,罩内的发光二极管和光电三极管用一不透明的挡板隔开,没有险情时光电三极管不能收到发光二极管所发出的光,此时光电三极管的电阻较高。则下列说法正确的是( )
A.当会议厅发生火灾时,罩内的烟雾对光有散射作用,散射的光照射到光电三极管上使其电阻变小而报警
B.当会议厅发生火灾时,进入罩内的烟雾挡住了光线,使得光电三极管的电阻变大而报警
C.当会议厅发生火灾时,光电三极管的温度升高,使得光电三极管的电阻变小而报警
D.当会议厅发生火灾时,由于环境气体的浓度变大而报警
2.酒精测试仪已应用于全国各地查处司机是否酒驾的现场检测。有一种酒精测试仪利用的是二氧化锡半导体型传感器,若这种传感器电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比,那么,在如图所示的电路图中,正确反映电压表示数U与酒精气体浓度c之间对应关系的选项是( )
A. B.
C. D.
3.如图所示的电路中,电源两端的电压恒定,L为小灯泡,R为光敏电阻,其阻值随光照强度的增强而减小,LED为发光二极管(电流越大,发出的光越强),发出的光直接照射在R上,且R与LED间距不变,下列说法中正确的是( )
A.当滑动触头P向左移动时,L消耗的功率减小
B.当滑动触头P向左移动时,L消耗的功率增大
C.当滑动触头P向右移动时,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
4..在一些星级宾馆的洗手间经常装有自动干手机,洗手后将湿手靠近,机内的传感器就开通电热器加热,有热空气从机内喷出,将湿手烘干.手靠近干手机能使传感器工作,是因为 ( )
A.改变了湿度 B.改变了温度
C.改变了磁场 D.改变了电容
5.在输液时,药液有时会从针口流出体外,为了及时发现,设计了一种报警装置,电路如图所示.M是贴在针口处的传感器,接触到药液时其电阻RM发生变化,导致S两端电压U增大,装置发出警报,此时( )
A.RM变大,且R越大,U增大越明显
B.RM变大,且R越小,U增大越明显
C.RM变小,且R越大,U增大越明显
D.RM变小,且R越小,U增大越明显
6.物理传感器是利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出相关信息的,化学传感器是利用化学反应识别和检测信息的。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.气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换为电压输出
D.物理传感器利用的是物质的物理性质和物理效应
7.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
二、多选题
8.电子电路中常用到一种称为“干簧管”的元件(如图所示),它的结构很简单,只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片。当磁体靠近干簧管时,两个簧片被磁化而接通,所以干簧管能起到开关的作用,操纵开关的是磁场这只看不见的“手”。关于干簧管,下列说法正确的是( )
A.干簧管接入电路中相当于电阻的作用
B.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
C.两个磁性材料制成的簧片接通的原因是被磁化后相互吸引
D.干簧管接入电路中相当于开关的作用
9.如图甲所示是电饭锅的电路图,是一个限温开关,其内部结构如图乙所示,按下此开关按钮,两触点闭合,当温度达到居里点()时此开关会自动断开。是一个自动温控开关,当温度低于时会自动闭合,温度高于时会自动断开,是限流电阻,是加热电阻。下列说法正确的是( )
A.当感温磁体的温度达到居里点()时,由于感温磁体失去了磁性,不能被永磁体吸引,在弹簧的作用下,两触点断开
B.开始煮饭时不按下限温开关一样可以把饭煮熟
C.电饭锅的饭煮熟后可以长时间保持米饭的温度在到之间
D.用电饭锅烧水,当水沸腾后限温开关也会自动断开
10.如图所示的光控电路用发光二极管LED模仿路灯,为光敏电阻。“”是斯密特触发器,是一种具有特殊功能的非门,当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值时,输出端Y会突然从高电平跳到低电平,而当输入端A的电压下降到另一个值时,Y会从低电平跳到高电平。在天暗时路灯(发光二极管)会被点亮,下列说法正确的是( )
A.斯密特触发器的作用是将模拟信号转换为数字信号
B.斯密特触发器的作用是将数字信号转换为模拟信号
C.天暗时Y处于低电平
D.天暗时Y处于高电平
11.如图是一种风向和风速传感器的原理图.两个收集板极是铜丝网状导体,有良好的导电性和通风能力,粒子源极是一条直径很小的镍铬丝,粒子源极与两收集板极相互平行且等距.粒子源极附近的空气在强电场作用下电离,正离子沿电场方向移动流向收集板极,从而形成正离子电流,由两电流表测量,测量时保持风向与收集板极垂直,电流表A1、A2的示数分别为I1、I2,△I=|I1-I2|,已知有风时正离子的速度为电场引起的速度和风速的矢量和,则( )
A.若I1>I2,则风向向右
B.若I1>I2,则风向向左
C.风速越大,△I越大
D.风速越大,△I越小
12.美国科学家Willard S . Boyle与George E . Snith因电荷耦合器件(CCD)的重要发明获得2009年度诺贝尔物理学奖.CCD是将光学量转变成电学量的传感器.下列器件可作为传感器的有()
A.发光二极管 B.热敏电阻 C.霍尔元件 D.干电池
三、解答题
13.图为电熨斗构造的示意图,其中温度敏感元件是双金属片,在温度升高时上层金属的膨胀大于下层金属,可造成双金属片的形变。观察电熨斗的构造,并回答下列问题:
(1)常温下,电熨斗的上下触点应当是接触的还是分离的?当温度过高时双金属片将怎样起作用?
(2)熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度,熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度,这是如何利用调温旋钮来实现的?
14.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。
15.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,E是衔铁,F是电磁铁,S1、S2分别为触头开关,S为开关,J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)
16.如图甲、乙所示是A、B两位同学在科技活动中自制的利用电压表示数来指示物体质量的电子秤原理图,托盘与电阻可忽略的弹簧相连,托盘与弹簧的质量均不计,滑动变阻器的滑动端与弹簧连接,当托盘中没有放物体时,滑动变阻器的滑动端在滑动变阻器一端。设滑动变阻器总电阻为R,总长为l,电源电动势为E,内阻为r,限流电阻阻值为,弹簧劲度系数为k,不计一切摩擦和其他阻力,电压表为理想电表,推导图甲和图乙中电压表示数与物体质量m的关系式,说明哪位同学设计的方案更可取。
参考答案:
1.A
【详解】没有险情时,光电三极管接收不到发光二极管发出的光,呈现高电阻状态。当有烟雾散射的光照射到光电三极管上时,其电阻变小,所连接的电路接通,就会发出警报。
故选A。
2.D
【详解】根据闭合电路欧姆定律得,电压表示数为
式中k为一常量。从表达式可以看出,U与c是非线性关系。
故选D。
3.B
【详解】AB.当滑动触头P向左移动时,变阻器接入电路的电阻减小,电源两端的电压恒定,由欧姆定律分析得知,流过发光二极管电流增大,发光二极管发光强度增强,光敏电阻R的阻值减小,则L分担的电压增大,L消耗的功率增大,故A错误,B正确;
C.触点P向右移动,变阻器接入电路的电阻增大,电源两端的电压恒定,由欧姆定律分析得知,流过发光二极管电流减小,发光二极管发光强度减弱,光敏电阻R的阻值增大,则L分担的电压减小,L消耗的功率减小,故C错误;
D.由以上分析可知,D错误。
故选B。
4.D
【详解】根据自动干手机工作的特征,手靠近电热器开始工作,手撤离电热器停止工作,人是一种导体,可以与其他导体构成电容.手靠近时相当于连接一个电容,可以确定干手机内设有电容式传感器,由于手的靠近改变了电容.用湿度和温度来驱动电热器工作,理论上可行,但是假如干手机是由于湿度、温度的变化而工作就成了室内烘干机.
故选D。
5.C
【详解】试题分析:S两端电压U增大,故传感器两端电压一定减小;当“有药液从针口流出体外”使传感器接触药液,RM变小;当R>RM时,R越大,M与R并联的电阻R并越接近RM,U增大越明显;故选C.
考点:本题考查了闭合电路的欧姆定律.
6.D
【详解】A.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换为电学量,故选项A错误;
B.气敏传感器的核心部件是气敏电阻,其表面吸收了某种自身敏感的气体之后会发生反应,使自身阻值改变,属于化学传感器,故选项B错误;
C.物理传感器既可将信息转换为电压输出,也可将信息转换为电流、电阻等输出,故选项C错误;
D.由物理传感器的定义知,物理传感器利用的是物质的物理性质和物理效应,选项D正确.
故选D。
7.D
【详解】A、由于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,所以微光电二极管阵列在正常工作时需要额外电源提供能量,故选项A错误;
BC、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,将图像信号转化为电流脉冲,不是电流的磁效应,故选项B、C错误;
D、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,所以人造视网膜假体工作时应采用交流电信号,故选项D正确.
8.CD
【详解】BC.当磁体靠近干簧管时,两个簧片被磁化相互吸引而接通,故B错误;C正确;
AD.当磁体远离干簧管时,软磁性材料制成的簧片失去磁性,所以两簧片又分开,因此于簧管在电路中相当于开关的作用,故A错误;D正确。
故选CD。
9.AC
【详解】A.当感温磁体的温度达到居里点()时,由于感温磁体失去了磁性,不能被永磁体吸引,从而在弹簧的作用下,使得两触点断开,故A正确;
BC.如果开始煮饭时不按下限温开关,由于的作用,当锅内温度低于时会自动闭合,从而对锅加热,但当温度高于时会自动断开,使电饭锅处于保温状态,因此锅内的温度会控制在到之间,而无法将饭煮熟,故B错误;C正确;
D.用电饭锅烧水,水沸腾后水的温度会保持不变,锅底温度不能达到居里点(),因此限温开关,不会自动断开,故D错误。
故选AC。
10.AC
【详解】AB.连续变化的信号为模拟信号,只有高电平和低电平的信号为数字信号,由题中可知,输出端Y只有两个值,高电平和低电平,所以斯密特触发器的作用是将模拟信号转换为数字信号,故A正确,B错误;
CD.由题图电路可知,当天较暗时,的阻值较大,与串联,此时分得的电压就较大,A端为高电平,则Y端处于低电平,从而使发光二极管处于导通状态,故C正确,D错误。
故选AC。
11.BC
【详解】AB.若风向向左,单位时间打到左收集极板上正离子数较多,则I1>I2,选项B正确, A错误;
CD.风速越大,则单位时间打到两收集极板的正离子数之差越大,故两电流表的示数之差越大,即△I越大,选项C正确, D错误.
12.BC
【详解】试题分析:干簧管、霍尔元件以及热敏电阻都可以做传感器,但是干电池不能做传感器,故选BC.
【点睛】此题是对传感器的考查;关键是了解传感器的工作原理及其作用,并且要了解物理学史等知识.
13.(1)常温下,电熨斗上的触点是接触的,当温度过高,由于上层金属的膨胀大于下层金属,使双金属片向下弯曲,弯曲到一定程度时,触点分离,电路断开,电热丝不在加热;
(2)熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度,调温旋钮应该向下旋,熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度,调温旋钮应该向上旋。
【详解】(1)常温下,电熨斗上的触点是接触的,这样接通电源后能进行加热。当温度过高,由于上层金属的膨胀大于下层金属,使双金属片向下弯曲,弯曲到一定程度时,触点分离,电路断开,电热丝不在加热,当温度降低后,双金属片恢复原状,电路接通继续加热;
(2) 熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度,调温旋钮应该向下旋,使得双金属片弯曲较大时,触点点才分离,这样保证了较高的温度,熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度,调温旋钮应该向上旋,使得双金属片弯曲较小时,触点就分离,这样保证了温度不会过高。
14.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。
【详解】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。
15.(1)(2)见解析
【详解】(1)如图所示;
(2)按图接好电路,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,吸下衔铁E,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,控制电路停止工作,F无磁性,D拉动E,使S2接通,M工作.
16.A同学设计的方案更可取
【详解】设托盘中放质量为m的物体时,滑动变阻器的上端到滑动端的长度为x,根据题意有
,
对于题图甲有
①
对于题图乙有
②
对比两式可知,①式中与m成正比,便于测量,而②式中与m不成正比,不便于测量,依据可操作性原则可知A同学设计的方案更可取。