第五章　传感器 第一节　传感器及其工作原理 课时训练（有解析）高中物理粤教版选择性必修第二册

第五章　传感器 第一节　传感器及其工作原理
基础对点练
1．传感器可以进行信息采集并把采集到的信息转换为易于控制的量，其工作过程可能是(　　)
A．将力学量(如形变量)转换成磁学量
B．将电学量转换成热学量
C．将光学量转换成电学量
D．将电学量转换成力学量
2．有一些宾馆的洗手间装有自动干手机，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．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，下列属于这类传感器的是(　　)
A．红外报警装置
B．走廊照明灯的声控开关
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
4．光传感器的作用是(　　)
A．利用光敏电阻将光信号转化为电信号
B．利用光敏电阻将电信号转化为光信号
C．利用光敏电阻将光信号与电信号互相转化
D．以上说法都不正确
5．(多选)对负温度系数的热敏电阻，正确的叙述是(　　)
A．受热后，电阻随温度的升高而迅速减小
B．受热后，电阻基本不变
C．热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度，反应快，而且精确度高
D．以上说法都不对
6．有一电学元件，温度升高时其电阻减小，这种元件可能是(　　)
A．金属导体 B．光敏电阻
C．热敏电阻 D．霍尔元件
7．电流传感器可以清楚地演示一些电学元件对电路中电流的影响．如图所示，在电路中接入电感线圈，闭合开关时，计算机显示的电流随时间变化的图像会是下列选项中的哪一种(　　)
A　 　　　B　　 　　C　 　　　D
8．(多选)下列关于电熨斗的说法正确的是(　　)
A．电熨斗能自动控制温度主要利用了双金属片，两片金属的膨胀系数相同
B．常温下，上下触点是接触的；温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离
C．需要较高温度熨烫时，要调节温度旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移
D．电熨斗中的双金属片是一种半导体材料
9．(多选)某软件中运动步数的测量是通过手机内电容式加速度传感器实现的．如图所示，电容M极板固定，N极板可运动，当手机的加速度变化时，N极板只能按图中标识的“前后”方向运动．图中R为定值电阻．下列对传感器的描述正确的是(　　)
A．静止时，电容器两极板带电
B．保持向前匀减速运动时，电路中存在恒定电流
C．由静止突然向后加速，电流由a向b流过电流表
D．由向前加速突然停下，电流由b向a流过电流表
10．(多选)电容式加速度传感器是常见的手机感应装置，结构如图所示．质量块的上端连接轻质弹簧，下端连接电介质，弹簧与电容器固定在外框上，质量块带动电介质移动改变电容， 则下列说法正确的是(　　)
A．电介质插入极板越深，电容器电容越大
B．当传感器处于静止状态时，电容器不带电
C．当传感器由静止突然向前加速时，会有电流由a流向b
D．当传感器以恒定加速度向前运动，达到稳定后电流表指针不偏转
综合提升练
11．如图是一种延时继电器的示意图，铁芯上有两个线圈A和B，线圈A跟电源连接，线圈B两端连在一起构成闭合电路，铁质杆D的右端与金属触头C相连，C连接工作电路，弹簧K可以拉起杆D从而使工作电路断开．下列说法正确的是(　　)
A．工作电路正常工作时，弹簧K处于原长状态
B．工作电路正常工作时，B线圈中有感应电流
C．开关S断开瞬间，铁芯能继续吸住铁杆D一小段时间
D．减少线圈B的匝数，对电路的延时效果没有影响
12．(多选)如图所示是自动调温式电熨斗的结构原理图，下列说法正确的是(　　)
A．常温时上下触点是断开的
B．双金属片温度升高时，上金属片形变较大，双金属片将向下弯曲
C．原来温度控制在80 ℃断开电源，现要求60 ℃断开电源，应使调温旋钮下移一些
D．由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些
13．利用负温度系数热敏电阻制作的热敏传感器，一般体积很小，可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精确度高．
(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其他因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变________(填“大”或“小”).
(2)上述电路中，我们将电流表的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度．如果刻度盘正中的温度为20 ℃(如图甲所示)，则25 ℃的刻度应在20 ℃的刻度的________(填“左”或“右”)侧．
(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化，请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路．
14．角速度计可测得航天器自转的角速度ω，其结构如图所示．当系统绕OO′轴转动时，元件A在光滑杆上发生滑动，并输出电信号，成为航天器的制导信号源．已知A质量为m，弹簧的劲度系数为k，原长为L0，电源电动势为E，内阻不计，滑动变阻器总长为L，电阻分布均匀，系统静止时滑动变阻器滑动触头P在中点，与固定接头Q正对，当系统以角速度ω转动时，求：
(1)弹簧形变量x与ω的关系式；
(2)电压表的示数U与角速度ω的函数关系．
答案解析
1、【答案】C　【解析】传感器是指能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量或转换为控制电路的通断的一类元件，故C正确．
2、【答案】D　【解析】手靠近干手机后，使电容式传感器的电容改变，干手机内的电热器工作．
3、【答案】A　【解析】红外报警器是当有人或物通过时，将红外线遮住从而使得光信号被遮住，光电效应装置无电流通过，红外报警器则通过另外的装置联系一定的动作，是将光信号转换为电信号的过程，A正确；而B项是将声音信号转换为电信号的过程；C项是将压力转换为电信号的过程；D项是将温度转换为电信号的过程．
4、【答案】A　【解析】光传感器是利用光信号的强弱对应电阻不同而实现把光信号转化为电信号的．
5、【答案】AC　【解析】负温度系数的热敏电阻随温度的升高其电阻减小，热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度，反应快，而且精确度高，A、C正确，B、D错误．
6、【答案】C　【解析】金属导体的电阻一般随温度升高而增大，光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小，正温度系数热敏电阻的阻值随温度的升高而增大，负温度系数热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，霍尔元件的电压随磁感应强度的增大而增大，故C正确，A、B、D错误．
7、【答案】B　【解析】当闭合开关时，通过电感线圈的电流是逐渐增大但并不是均匀增大的，一段时间后电流恒定，故B正确．
8、【答案】BC　【解析】常温下，上下触点是接触的，温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离，B正确；需要较高温度熨烫时，要调节温度旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移，C正确；双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属，A错误；双金属片是一种导体材料，D错误．
9、【答案】AC　【解析】静止时，N板不动，电容器与电源保持相连，两极板带电，A正确；保持向前匀减速运动时，加速度恒定不变，则N板在某位置不动，电容器电容C不变，电容器保持与电源相连，电压U不变，由Q＝CU知电容器所带的电荷量Q不变，则电路中无电流，B错误；由静止突然向后加速，N板相对M板向前移动，则板间距离d减小，根据平行板电容器的决定式C＝知电容C增大，由Q＝CU知，电压不变，电容器所带的电荷量增大，电容器充电，电流由a向b流过电流表，C正确；由向前加速突然停下，N板相对M板向前移动，则板间距离d减小，根据C＝知电容C增大，电压U不变，由Q＝CU知电容器所带的电荷量增大，电容器充电，电流由a向b流过电流表，D错误．
10、【答案】AD　【解析】电介质插入极板越深，C＝，εr变大，电容器电容越大，A正确；当传感器处于静止状态时，电容器带电，左极板带正电，右极板带负电，且两极板之间电势差大小恒等于电源电动势，B错误；当传感器由静止突然向前加速时，弹簧会伸长，向上的弹力增加，电介质插入极板深度增加， 根据电容器的决定式C＝，可知电容器电容增大，因电容器两端的电压不变，根据Q＝CU可知，两极板间的电荷量增大，会有电流由b流向a，C错误；当传感器以恒定加速度向前运动，达到稳定后弹簧弹力不变，电介质插入极板深度不变，则电容器电容不变，极板电荷量也不变，故电流表中没有电流通过，指针不偏转，D正确．
11、【答案】C　【解析】工作电路正常工作时，金属触头C将工作电路连通，此时弹簧K处于拉伸状态，此时由于线圈A的电流不变，穿过线圈A的磁通量不变，则线圈B中的磁通量不变，B线圈中没有感应电流，A、B错误；开关S断开瞬间，线圈A中电流减小，则穿过线圈B的磁通量减小，从而在线圈B中产生感应电流，使铁芯的磁性逐渐减弱，从而铁芯能继续吸住铁杆D一小段时间，起到延时的作用，C正确；减少线圈B的匝数，则当开关S断开的瞬时，B中产生的感应电流会减小，铁芯的磁性减弱，则对电路的延时效果有影响，D错误．
12、【答案】BD　【解析】常温时，通电电热丝能发热，所以上、下触点是接触的，A错误；双金属片上下金属片的膨胀系数不同，温度升高时，上层形变大，双金属片向下发生弯曲，使电路断开，B正确；原来温度上升到80 ℃时断开电源，现在要求60 ℃时断开电源，弹性铜片与触点接触面积要减小，即使调温旋钮上调一些，C错误；由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，温度要高一点，由C的分析可知，使调温旋钮下移一些，D正确．
13、【答案】(1)小　(2)右　(3)见解析图
【解析】(1)因为负温度系数热敏电阻温度升高时，电阻减小，温度降低时，电阻增大．故电路中电流会变小．
(2)由(1)的分析知，温度越高，电阻越小，则电流越大，25 ℃的刻度应对应较大电流，故在20 ℃对应刻度的右侧．
(3)如图所示．
14、解：(1)当系统绕OO′轴转动时，A在光滑杆上发生滑动，使弹簧发生形变，触头P也随之移动．
由牛顿第二定律有F＝mω2R，R＝L0＋x，
即kx＝mω2(L0＋x)，x＝.
(2)电压表的示数U＝E＝.