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单元质量评估(三)
第六章
(90分钟 100分)
一、选择题（本大题共8小题，每小题6分，共48分。每小题至少一个答案正确）
1.（2013·杭州高二检测）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换为电信号的过程，下列所述与其工作原理相同的是（ ）
A.走廊照明灯的声控开关
B.火灾报警器
C.自动洗衣机中的压力传感装置
D.电饭煲中控制加热和保温的温控器
2.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.改变湿度 B.改变温度
C.改变磁场 D.改变电容
3.如图所示，用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是（ ）
A.严重污染时，LDR是高电阻
B.轻度污染时，LDR是高电阻
C.无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定
D.该仪器不会受到白天光照的影响
4.如图所示，RT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（ ）
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
5.如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻（负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻），L为小灯泡，当温度降低时（ ）
A.R1两端的电压增大
B.电流表的示数增大
C.小灯泡的亮度变强
D.小灯泡的亮度变弱
6.（多选）如图所示是温度报警器电路示意图，RT是热敏电阻，R1是滑动变阻器，下列关于对此电路的分析正确的是（ ）
A.当RT的温度升高时，RT减小，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声
B.当RT的温度升高时，RT减小，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声
C.当增大R1时，蜂鸣器的报警温度将提高
D.当增大R1时，蜂鸣器的报警温度将降低
7.（多选）电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装置。由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而又可推出另一个物理量的值的变化，如图所示是四种电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，下列说法正确的是（ ）
A.甲图的传感器可以用来测量角度
B.乙图的传感器可以用来测量液面的高度
C.丙图的传感器可以用来测量压力
D.丁图的传感器可以用来测量速度
8.如图所示是一个基本逻辑电路，是由声控开关、光敏电阻、小灯泡等元件构成的一个自动控制电路。该电路的功能是在白天无论声音多么响，小灯泡都不会亮，在晚上，只要有一定的声音，小灯泡就亮。这种电路现广泛应用于公共楼梯间，该电路虚线框N中使用的是门电路。则下面说法正确的是（ ）
A.R2为光敏电阻，N为与门电路
B.R2为光敏电阻，N为或门电路
C.R1为光敏电阻，N为或门电路
D.R1为光敏电阻，N为与门电路
二、实验题（本大题共2小题，共16分）
9.（6分）利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等。图甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U-I关系图线。
（1）实验室提供的器材有：电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A（阻值
范围0～10Ω）、滑动变阻器B（阻值范围0～100Ω）、电动势为6V的电源
（不计内阻）、小灯泡、电键、导线若干。该同学做实验时，滑动变阻器选用
的是 （选填“A”或“B”）；请在图乙的方框中画出该实验的电路图。
（2）如果将该小灯泡接入丙图所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3A，电源电动势为3 V。则此时小灯泡的电功率为 W，电源的内阻为 Ω。
10.（10分）热敏电阻是传感器电路中常用的电子元件。现用伏安法研究热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整。已知常温下待测热敏电阻的阻值为4～5Ω，热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水。其备用的仪表和器具有盛有热水的热水瓶（图中未画出），电源（3V、内阻可忽略），直流电流表（内阻约1Ω），直流电压表（内阻约5 kΩ），滑动变阻器（0～20Ω），开关，导线若干。
（1）在虚线框中画出实验电路图，要求误差尽可能小。
（2）根据电路图，在图中的实物图上连线。
（3）简要写出完成接线后的主要实验步骤?____________________________
?__________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
三、分析计算题（本大题共3小题，共36分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位）
11.（12分）给你如下器材：光敏电阻、电铃、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干。试从所给器材中选用一些器材制作一个光强达到一定数值时的自动报警器。要求：不必要的器材尽量不用，画出电路图并简述工作原理。
12.（12分）用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。该装置是在矩形箱子的前、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质量为2.0kg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10N。（g取10m/s2）
（1）若传感器a的示数为14N，b的示数为6.0N，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a的示数为零。
13.（12分）传感器是把非电学量（如速度、温度、压力等）的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用。有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器R（电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻）和显示体重大小的仪表A（实质是理想的电流表）组成。压力传感器表面能承受的最大压强为1×107Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如表所示。设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8V，取g=10m/s2。请回答：
压力F/N
0
250
500
750
1 000
1 250
1 500
……
电阻R/Ω
300
270
240
210
180
150
120
……
（1）该秤零起点（即踏板空载时）的刻度线应标在电流表刻度盘多少毫安处？
（2）如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20mA，这个人的体重是多少千克？
答案解析
1.【解析】选B。声控开关是声传感器，火灾报警器是光传感器，自动洗衣机中的压力传感装置是力传感器，电饭煲中控制加热和保温的温控器是热传感器，B正确。
2.【解析】选D。根据自动干手机工作的特征，手靠近时电热器工作，手撤离时电热器停止工作，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，所以传感器工作。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、温度的变化而工作的就成了室内烘干机了。
3.【解析】选A。严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，A对，B错；LDR由半导体材料制成，受光照影响电阻会发生变化，C错；白天自然光强度较强，会对LDR造成影响，D错。
4.【解题指南】传感器与电路相联系完成信息的采集、处理、传输或控制，由于传感器的电阻发生变化，会让电路中的电压、电流随之发生变化，要恰当利用好恒定电流中的欧姆定律以及分压、分流规律，很多题目就会迎刃而解。
【解析】选A。灯泡L的亮度变暗，由P=I2RL知电流变小，而其他电阻不变，说明热敏电阻RT变小，环境温度变高，A正确。
5.【解析】选C。温度降低时R2的阻值增大，干路电流减小，R1两端电压、电流表示数都减小，灯泡两端电压变大、亮度变强。只有C项正确。
【变式备选】为了儿童安全，布绒玩具必须检测其中是否存在金属断针，可以先将玩具放置在强磁场中，若其中有断针，则断针被磁化，用磁报警装置可以检测到断针的存在，如图所示是磁报警装置中的一部分电路示意图，其中RB是磁敏传感器，它的电阻随断针的出现而减小，a、b接报警器，当传感器RB所在处出现断针时，电流表的电流I、ab两端的电压U将（ ）
A.I变大，U变大 B.I变小，U变小
C.I变大，U变小 D.I变小，U变大
【解析】选C。由题意知RB的电阻随断针的出现而减小，即外电路的电阻减小，由闭合电路欧姆定律有I总=可知I总必增大，再由U外=E-I总r可知，外电压减小。而由U1=I总R1可知，U1增大，U3必减小，由U3=I3R3知，I3减小，由电流表的电流I=I总-I3可知，电流表的电流必变大，故选项C正确。
6.【解析】选B、D。当热敏电阻RT的温度升高时，RT减小，A端电势升高，在非门电路的输出端，Y端电势降低，蜂鸣器上的电压升高，蜂鸣器会发出报警声，所以A错B对；当增大R1时，A端电势升高，在较低温度时蜂鸣器会发出报警声，所以D对C错。
7.【解析】选A、B、C。甲、乙、丙中的电容器的电容分别与θ、h、F有关，均能测量对应的物理量，而丁中的电容与s有关，丁只能测量位移s，故正确答案是A、B、C。
8.【解析】选A。由于灯L亮要同时满足光线弱和有声音两个条件，所以N为与门电路；当与门电路N输出为高电平“1”时灯亮，这就要求与门电路N的两输入端同时为高电平，所以当有声音时声控开关N的一个输入端处于高电位，同时另一个光敏开关输入端也要处于高电位，光敏电阻的阻值在光线变弱时增大，所以光敏电阻应是R2，故选项A正确。
9.【解析】由于小灯泡的电阻较小，电路应该设计成电流传感器外接。描绘小灯泡伏安特性曲线，设计成滑动变阻器分压接法。将该小灯泡接入丙图所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3A，电源电动势为3 V，在小灯泡伏安特性曲线上找出对应电流为0.3 A的点，该点横纵坐标的乘积0.3 A×2.3 V=0.69 W为此时小灯泡的电功率。过该点和纵轴上3 V的点作一直线，该直线斜率的绝对值等于电源的内阻，为2.3Ω。
答案：（1）A 电路如图所示
（2）0.69（0.66～0.72） 2.3（2～2.67）
10.【解析】（1）如图所示：
（2）如图所示：
（3）①往保温杯中加入一些热水，待温度稳定时读出温度计值；
②调节滑动变阻器，快速测出几组电流表和电压表的值；
③重复①～②，测量不同温度下的数据；
④绘出各测量温度下热敏电阻的伏安特性曲线。
答案：见解析
【总结提升】热敏电阻的应用及分析
（1）热敏电阻有两种类型：在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数（PTC）的热敏电阻；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数（NTC）的热敏电阻。
（2）热敏电阻用途十分广泛，主要有：
①利用电阻的温度特性来测量温度，控制温度和元件、器件、电路的温度补偿；
②利用非线性特征完成稳压、限幅、开关、过流保护作用；
③利用不同媒质中耗散特性的差异测量流量、流速、液面、热导、真空度等；
④利用热惯性作为时间延迟器。
（3）电路中涉及热敏电阻时，应熟记电阻阻值随温度变化的特点，然后依据动态电路问题的分析思路，由部分到整体再到部分进行分析。
11.【解析】选择光敏电阻、电铃、电磁继电器及导线若干，连接电路如图所示。（6分）
原理：当光照增强时，光敏电阻阻值减小，螺线管中电流增大，电磁铁磁性变强，衔铁被吸下，与触点接触，含电铃的电路闭合，铃响报警。 （6分）
答案：见解析
12.【解析】传感器上显示出的力的大小，即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知，此即为弹簧上的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小。
（1）如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力
F1=14N
右侧弹簧对滑块向左的推力
F2=6.0N。
滑块所受合力产生加速度a1，
根据牛顿第二定律有
F1-F2=ma1
得a1==m/s2
=4 m/s2。 （4分）
a1与F1同方向，即向前（向右）。 （2分）
（2）a传感器的示数恰为零，即左侧弹簧的弹力F1′=0，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F2′=20N。滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律有F合=F2′=ma2，得a2==10m/s2。
（4分）
方向向后（向左）。 （2分）
答案：（1）4m/s2 向右（2）10 m/s2 向左
13.【解析】本题是传感器的应用问题，考查学生的实验与探究能力。
（1）由图表知，踏板空载时，压力传感器电阻R=300Ω， （1分）
此时A中电流
I==A=16mA。 （4分）
（2）当电流I=20mA=2×10-2A时，压力传感器的电阻R==Ω=240Ω（4分）
对应表格中，这个人的质量为50kg。 （3分）
答案：（1）16mA（2）50 kg
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课件25张PPT。阶段复习课
第六章一、传感器的工作原理和应用
1.传感器的工作原理：传感器感受的都是非电学量，如力、热、磁、光、声等，而它输出的通常是电学量，这些输出信号一般都是非常微弱的，通常要经过放大后再传送给控制系统产生各种控制动作，传感器原理如框图所示。2.传感器的应用：
传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用。
(1)“感”是指传感器的敏感元件感受信息，并转换为电学量。
(2)“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取并转换的电学信息传给执行机构。
(3)“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作。【典例1】某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k)。如图所示，测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器一个、干电池一个、开关及导线若干、待测物体(可置于力电转换器的受压面上)。请完成对该物体质量的测量。(1)设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，画出完整的测量电路。
(2)简要说明测量步骤，求出比例系数k及待测物体的质量m。
(3)请设想实验中可能会出现的一个问题。【标准解答】(1)设计的电路图如图所示(2)测量步骤与结果：
①调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零。
②将砝码放在转换器的受压面上，记下输出电压U0。
③将待测物体放在转换器的受压面上，记下输出电压U。则有：U0=km0g，U=kmg。
由以上两式得：m=
(3)可能出现的问题：待测物体的质量超过转换器的量程。
答案：见标准解答【变式训练】(2013·保定高二检测)电源、开关S、定值电阻R1和R3、光敏电阻R2、灯泡以及电容器连接成如图所示电路，电容器的两平行板水平放置。当开关S闭合，并且无光照射光敏电阻R2时，一带电液滴恰好静止在电容器两板间的M点。当用强光照射光敏电阻R2时，光敏电阻的阻值变小，则( )
A.电容器所带电荷量减少
B.电容器两极板间电压变大
C.液滴向下运动
D.灯泡变暗【解析】选B。当用强光照射R2时，R2的阻值变小，电容器两极板间电压变大，电容器所带电荷量增加，A项错误，B项正确。电容器两极板间电场强度增大，电场力大于重力，液滴向上运动，C项错误。R2变小，通过灯泡的电流增大，灯泡变亮，D项错误。二、传感器在日常生活中的应用
1.红外线传感器：常用于家电遥控器、红外测温仪、生命探测器、自动门等。
2.压力传感器：常用于电子秤、水位控制器等装置。
3.温度传感器：主要元件是热敏电阻或金属热电阻，常用于恒温箱、电饭锅等家用电器。【典例2】如图甲所示为某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1=20kΩ，R2=10kΩ，R3=40kΩ，RT为热敏电阻，它的阻值随温度的变化图像如图乙所示，当a、b两端电压Uab<0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高，当Uab>0时，电压鉴别器会令S断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在多少摄氏度？【标准解答】Uab=0是S断开、闭合的分界点，由分压原理可计
算出分界点对应的热敏电阻RT的阻值，然后由图乙可读出对应
的温度。Uab=0时，R1、R2、R3和RT的关系为 得出
由图乙可读出对应的温度T=35℃，即恒温箱
的温度恒定在35℃。
答案：35℃【变式训练】如图甲所示为半导体材料做成的热敏电阻的阻值随温度变化的曲线，图乙为用此热敏电阻RT和继电器设计的温控电路，设继电器的线圈电阻为Rx=50Ω，当继电器线圈中的电流IC大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合。左侧电源电动势为6V，内阻可不计，温度满足什么条件时，电路右侧的小灯泡会发光？【解析】热敏电阻与继电器串联，
若使电流不小于IC=20mA，
则总电阻不大于R总= =300Ω。
由于R总=RT+Rx，则RT不大于250Ω。
由甲图可看出，当RT=250Ω时，温度t=50℃，
即温度不小于50℃。
答案：温度不小于50℃时，电路右侧的小灯泡会发光考查角度1 电容式传感器的应用
1.(多选)(2012·浙江高考)为了测量储罐
中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘
的两块平行金属板构成的电容器C置于储罐
中，电容器可通过开关S与线圈L或电源相
连，如图所示。当开关从a拨到b时，由L与
C构成的回路中产生周期T=2π
的振荡电流。当罐中的液面上升时( )A.电容器的电容减小
B.电容器的电容增大
C.LC回路的振荡频率减小
D.LC回路的振荡频率增大
【解析】选B、C。液面上升时，两板间的电介质变多，根据电
容的决定式C= 知，电容器的电容C增大，选项B正确、A错
误；根据振荡电流的周期T=2π 可知，周期变大，由f=
可知，频率变小，选项C正确、D错误。考查角度2 霍尔元件的综合应用
2.(2010·北京高考)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。如图甲，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，另外两侧面c、f间产生电势差，这一现象被称为
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
其中比例系数RH称为霍尔系数，仅与材料性质有关。(1)设半导体薄片的宽度(c、f间距)为l，请写出UH和EH的关系式；若半导体材料是电子导电的，请判断图甲中c、f哪端的电势高。
(2)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，请导出霍尔系数RH的表达式。(通过横截面积S的电流I=nevS，其中v是导电电子定向移动的平均速率)。(3)图乙是霍尔测速仪的示意图，将非磁性圆盘固定在转轴上，圆盘的周边等距离地嵌装着m个永磁体，相邻永磁体的极性相反。霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近。当圆盘匀速转动时，霍尔元件输出的电压脉冲信号图像如图丙所示。
①若在时间t内，霍尔元件输出的脉冲数目为P，请导出圆盘转速N的表达式。
②利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程。除此之外，请你展开“智慧的翅膀”，提出另一个实例或设想。【解析】(1)EH和UH达到稳定值，根据匀强电场中电势差与电场强度的关系，可得UH=EHl；
若半导体材料是电子导电的，则电子运动方向与电流方向相反，根据左手定则，电子受洛伦兹力的作用向f侧偏转和积累，故c端的电势高。
(2)由 ①
得 ②
当电场力与洛伦兹力相等时eEH=evB
得EH=vB ③
又I=nevS ④
联立①②③④解得 (3)①由于在时间t内，霍尔元件输出的脉冲数目为P，
则P=mNt，圆盘转速为
②在风机风叶上安装小磁铁，霍尔元件传感器测速、霍尔元件测量水流量等。
答案：(1)UH=EHl c端的电势高 (2)
(3)① ②提出的实例或设想合理即可
