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章末综合提升
第五章 传感器
提升层·题型探究
主题1 常见敏感元件
1．常见敏感元件及特性
(1)光敏电阻：光敏电阻的阻值与所受光照的强度有关，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大。
(2)金属热电阻：金属热电阻的电阻率随温度的升高而增大。
(3)热敏电阻：热敏电阻有正温度系数和负温度系数两种。正温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。
(4)电容器：平行板电容器的电容与极板正对面积、极板间距及电介质材料有关，电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息，并将其转化为电容变化。例如，当极板受力时会改变极板间距离，从而引起电容变化。
2．敏感元件的关键词转化
【典例1】 家用电热灭蚊器正常工作时，其发热电阻产生的热量和向环境辐射的热量相等，可以维持其温度在165 ℃左右，其发热电阻随温度的变化图像如图所示。下列说法正确的是( )
A．t1＝165 ℃
B．t1<165 ℃C．通过该发热电阻的电流与电压成正比
D．通过该发热电阻的电流与温度成正比
√
一语通关 发热电阻是纯电阻，欧姆定律适用，家用电器电压恒定不变，电阻的变化导致电流和功率的变化。
主题2 传感器的应用
1．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应信息，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。
2．处理与传感器有关的电路设计问题时，可将整个电路分解为：
(1)传感器所在的信息采集部分；
(2)转换传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关)；
(3)执行电路。
3．几种传感器及与其相联系的物理知识的比较
传感器种类 敏感元件 相联系的物理知识
光电传感器 光敏电阻 直流电路动态分析
温度传感器 热敏电阻 热学、直流电路动态分析
力传感器 压敏电阻 力学、直流电路动态分析
电容传感器 电容器 力学、运动学与力、运动与含电容电路
【典例2】 (多选)如今，人们对手机的依赖程度越来越高，手机已成为现代人必不可少的随身物品，然而长时间的使用手机会对眼睛造成一定的伤害，因此现在的智能手机都有一项可以调节亮度的功能，该功能既可以自动调节，也可以手动调节。某同学为了模拟该功能，设计了如图所示的电路，R1为光敏电阻，光照增强，阻值变小，R2为滑动变阻器，闭合开关后，下列说法正确的是( )
A．仅光照变强，小灯泡变亮
B．仅光照变弱，小灯泡变亮
C．仅将滑片向a端滑动，小灯泡变亮
D．仅将滑片向b端滑动，小灯泡变亮
√
√
AD [光照变强，光敏电阻变小，所以电路中的电流变大，即通过灯泡的电流变大，灯泡变亮；反之，若光照变弱，则灯泡变暗，故A正确，B错误；仅将滑片向a端移动，变阻器接入电路的电阻变大，电路中总电阻变大，总电流变小，即通过灯泡的电流变小，灯泡变暗，故C错误；仅将滑片向b端移动，变阻器接入电路的电阻变小，总电阻变小，总电流变大，所以通过灯泡的电流变大，灯泡变亮，故D正确。]
章末综合测评(五) 传感器
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一、单项选择题
1．下列有关传感器的说法错误的是( )
A．日本福岛大地震时用的生命探测仪利用了生物传感器
B．“嫦娥三号”卫星搭载的CCD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利用了力传感器
D．火灾报警器能够在发生火灾时报警利用了温度传感器
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D [生命探测仪利用了生物传感器，立体相机利用了光传感器，电子秤利用了压力传感器，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，利用了光传感器而不是温度传感器，故A、B、C正确，D错误。]
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2．传感器的功能与人的视觉、听觉、触觉、嗅觉等功能相似。不只在科研领域，在人们的日常生活中，也会用到传感器以实现某种功能。关于图中应用传感器的实际情境，下列说法错误的是( )
A．甲图传感器用来测量位移的微小变化，是位移传感器
B．乙图光电计数器用到了光敏电阻这个传感元件，是光传感器
C．丙图利用霍尔元件可以测量微小位移，
是位移传感器
D．传感器感受力、温度、光、声等信号，
把电学信号转换成非电学信号
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D [题图甲中，当被测物体在左、右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动。如果测出了电容的变化，就能知道物体位置的变化，所以题图甲传感器是位移传感器，故A正确；题图乙中，A是发光仪器，B是接收光信号的仪器，B中的主要元件是由光敏电阻组成的光电传感器。当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值较小，供给信号处理系统的电压较低；当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，
供给信号处理系统的电压变高。这种高低交替变化的信号经过处理，
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就会转化为相应的数字，实现自动计数的功能，故B正确；题图丙中，在两块磁感应强度相同、同极相对放置的磁体缝隙中放入霍尔元件，当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度B为0，霍尔电压为0，可将该点作为位移的零点。当霍尔元件沿着z轴正、负方向移动时，则有霍尔电压输出，且电压大小与位移大小成正比，从而能够实现微小位移的测量，故C正确；传感器感受力、温度、光、声等信号，把非电学信号转换成电学信号，故D错误。本题选错误的，故选D。]
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3．如图所示是一种家用门窗防盗报警装置。安装时，在门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与M相对的位置嵌入干簧管SA，并将干簧管接入报警电路(蜂鸣报警器)，此装置具有自动提示报警的功能，睡觉前连接好电路，启动防盗报警装置，当门紧闭时，蜂鸣报警器不响，当门被打开时，蜂鸣报警器发出声音警
报，下列有关说法正确的是( )
A．当门关闭时，干簧管两簧片接通
B．干簧管可以由铜或银等导电性能更好的材料制成
C．如将门上镶嵌的磁体N、S极对调，该报警器不能正常工作
D．本装置是利用电磁感应原理控制电路
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A [干簧管为磁控开关，当门关闭时有磁体，干簧管两簧片接通，故D错误，A正确；铜或银不是磁性材料，则干簧管不可以由铜或银等导电性能更好的材料制成，故B错误；如将门上镶嵌的磁体N、S极对调，不影响磁体磁化干簧管两簧片，该报警器能正常工作，故C错误。故选A。]
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4．如图所示为用电源、电磁继电器、滑动变阻器、绿灯泡、小电铃、负温度系数半导体热敏电阻、开关、导线等组成的一个高温报警器电路图，要求正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警，则图中的甲、乙、丙分别是( )
A．小电铃、半导体热敏电阻、绿灯泡
B．半导体热敏电阻、小电铃、绿灯泡
C．绿灯泡、小电铃、半导体热敏电阻
D．半导体热敏电阻、绿灯泡、小电铃
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B [甲的回路应为控制电路，甲应是半导体热敏电阻；温度高时，热敏电阻阻值小，电路中电流大，继电器工作，触头被吸下，乙被接通，应报警，即乙是小电铃；平常时，温度低，热敏电阻阻值大，电路中电流小，丙导通，丙应是绿灯泡，即B正确。]
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5．如图所示为学校教学楼的楼梯上过道灯的控制电路。在傍晚天黑时，用力拍掌，过道灯就亮了，而白天无论怎么用力拍掌，过道灯都不亮。由此可知，在白天用力拍掌时( )
A．光控开关自动闭合，声控开关自动闭合
B．光控开关自动断开，声控开关自动闭合
C．光控开关自动闭合，声控开关自动断开
D．光控开关自动断开，声控开关自动断开
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B [由题意可知，白天有光照时，光控开关自动断开，此时，不论怎么用力拍掌，过道灯都不亮，夜晚无光照时，光控开关应自动闭合，用力拍掌时，过道灯亮了，说明有声音时，声控开关自动闭合。故选B。]
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6．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，在升降机中将重物放在压敏电阻上，压敏电阻接在如图甲所示的电路中，电流表示数变化如图乙所示，某同学根据电流表的示数变化情况推断升降机的运动状态。下列说法正确的是( )
A．0～t1时间内，升降机一定匀速运动
B．0～t1时间内，升降机可能匀减速上升
C．t1～t2时间内，升降机可能匀速上升
D．t1～t2时间内，升降机可能匀加速上升
甲 乙
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B [在0～t1时间内，电流恒定，表明压敏电阻的阻值恒定，则重物对压敏电阻压力恒定，则升降机可能处于静止、匀速运动或匀变速直线运动状态，故A选项错误，B选项正确；t1～t2时间内，电流在增加，表明压敏电阻的阻值在减小，则重物对压敏电阻的压力在增大，故不可能做匀速运动或匀加速运动，C、D选项错误。]
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7．如图为一种高温自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是( )
A．温度升高至74 ℃时，L1灯亮，报警
B．温度升高至74 ℃时，L2灯亮，报警
C．温度升高至78 ℃时，L1灯亮，报警
D．温度升高至78 ℃时，L2灯亮，报警
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D [当温度低于78 ℃时，继电器线圈中没有电流，此时灯L1亮，不报警；当温度升高到78 ℃时，继电器线圈有电流，磁铁吸下衔铁，灯L2被接通，所以灯L2亮且报警，温度升高至74 ℃时，只是灯L1亮，不会报警，故A、B、C选项错误，D选项正确。]
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8．氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测，它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化。在如图甲所示的电路中，不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻。这样，理想电压表的指针位置就与一氧化碳浓度有了对应关系，观察电压表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标。有一种氧化锡传感器，其技术资料中给出的是电导(即电阻的倒数)—CO浓度曲线，如图乙所示。在下列表示一氧化碳浓度c与电压表示数U0之间关系的图像中正确的是( )
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A B C D
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二、多项选择题
9．电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图所示，Q是绝缘支架，薄金属膜片M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电，当声波使膜片M振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流。当膜片M向右运动的过程中有( )
A．电容变大
B．电容变小
C．导线AB中有向左的电流
D．导线AB中有向右的电流
√
AC [当声波使膜片M向右运动时，电容器极板间距减小，电容变大，电荷量Q＝UC变大，电源要继续给电容器充电，所以导线AB中有向左的电流，故选项A、C正确。]
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10．如图所示是用光敏电阻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．该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响
√
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AD [严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，A正确，B错误；LDR由半导体材料制成，受光照影响，电阻会发生变化，C错误；白天和晚上自然光的强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，D正确。]
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11．如图所示是苹果自动分拣装置的示意图。该装置把大小不同的苹果按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。R1为压力传感器。R2为可调电阻，R2两端电压越大，电磁铁对分拣开关的衔铁吸引越强，下列说法正确的是( )
A．压力越大R1越大
B．压力越大R1越小
C．调节R2的大小可以起到保护电路的作用
D．调节R2的大小可以改变苹果筛选的标准
√
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BD [压力越大，若R1越小，则总电阻越小，总电流越大，故R2两端电压越大，则电磁铁对分拣开关的衔铁吸引越强，所以大苹果从下面的轨道通过，小苹果从上面轨道通过，可以起到自动分拣大小苹果的效果，反之则不能，故A错误，B正确；通过调节R2的大小，可以改变R2的两端的电压，则可以改变电磁铁对分拣开关的衔铁吸引力的强弱，从而改变苹果筛选的标准，故C错误，D正确。故选BD。]
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12．如图所示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，ΔI＝|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，ΔI越大 D．风速越大，ΔI越小
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BC [若风向向左，单位时间打到左收集板极上的正离子数较多，则I1＞I2，选项B正确，A错误；风速越大，则单位时间打到两收集板极的正离子数之差的绝对值越大，故两电流表的示数之差的绝对值越大，即ΔI越大，选项C正确，D错误。]
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三、非选择题
13．用如图所示的传感器可以测物体的位移，请说明它们的工作原理有什么不同。
[解析] 甲是将位移信号转化成电容信号，乙是将位移信号转化成电感信号。
[答案] 见解析
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14．现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干，如图所示。试设计一个温控电路，要求温度低于某一值时，电炉丝自动通电供热，高于另一值时，又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程。
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[解析] 电路图如图所示。闭合开关S1，当温度低于设定值时，热敏电阻阻值较大，通过电磁继电器的电流不能使它工作，S2接通，电炉丝加热。当温度达到设定值时，热敏电阻阻值减小到某值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，S2断开，电炉丝断电，停止加热。当温度低于设定值时，又重复上述过程。
[答案] 见解析
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15．电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度，将光敏电阻Rx和定值电阻R0接在9 V 的电源上，光敏电阻阻值随光强的变化关系如表所示。
[“光强”是表示光强弱程度的物理量，符号为I，单位为坎德拉(cd)]
(1)当光照强度为4坎德拉(cd)时光敏电阻Rx的大小为________ Ω。
光强I/cd 1 2 3 4 5
电阻值/Ω 18 9 6 3.6
4.5
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(2)其原理是光照增强，光敏电阻Rx阻值变小，施加于玻璃两端的电压降低，玻璃透明度下降，反之则玻璃透明度上升。若电源电压不变，不计电源内阻，R0是定值电阻，则下列电路图中符合要求的是________(填序号)。
(3)现已知定值电阻R0为12 Ω，用电压表测得光敏电阻两端的电压为3 V，则此时光照强度为________。
A B
C D
C
3 cd
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16．现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干。在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA 时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω。
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(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
(2)电路中应选用滑动变阻器____(选填“R1”或“R2”)。
见解析图
R2
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②将开关向________(选填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至________________。
(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。
c
报警器开始报警
(3)按照下列步骤调节此报警系统：
①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为________ Ω；滑动变阻器的滑片应置于________(选填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是_____________________
_____________________________________。
650.0
b
接通电源后，流过报警
器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏
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17．某同学设计了一种“自动限重器”，如图甲所示。该装置由控制电路和工作电路组成，其主要元件有电磁继电器、货物装载机(实质是电动机)、压敏电阻R1和滑动变阻器R2等。压敏电阻R1的阻值随压力F变化的关系如图乙所示。当货架承受的压力达到限定值时，电磁继电器会自动控制货物装载机停止向货架上摆放物品。已知控制电路的电源电动势E＝6 V，r＝2 Ω，电磁继电器线圈的阻值忽略不计。请你解答下列问题：
题号
9
2
4
5
3
8
6
7
10
11
12
13
1
14
15
16
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(1)用笔画线代替导线将图甲的电路连接完整。
(2)当电磁继电器线圈中的电流大小为15 mA时，衔铁被吸下。若货架能承受的最大压力为800 N，则所选滑动变阻器R2的最大阻值至少为________ Ω。
题号
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[解析] (1)连接电路如图所示。
见解析图
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题号
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18．在开展研究性学习的过程中，某同学设计了一个利用线圈测量转轮转速的装置(如图所示)。在轮子的边缘贴上一小磁体，将小线圈靠近轮边放置，接上数据采集器和电脑(DIS实验器材)。如果小线圈的面积为S，匝数为N，回路的总电阻为R，小磁体附近的磁感应强度最大值为B。实验发现，轮子转过θ弧度时，小线圈处的磁感应强度由最大值变为零。他说：“只要测得此过程感应电流的平均值I，就可以求得转轮转速的大小。”请你运用所学
的知识推证该同学的判断是否正确，如果正确，
请推导出转轮转速的表达式；如果不正确，请
说明理由。
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[答案] 见解析主题1 常见敏感元件
1．常见敏感元件及特性
(1)光敏电阻：光敏电阻的阻值与所受光照的强度有关，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大。
(2)金属热电阻：金属热电阻的电阻率随温度的升高而增大。
(3)热敏电阻：热敏电阻有正温度系数和负温度系数两种。正温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。
(4)电容器：平行板电容器的电容与极板正对面积、极板间距及电介质材料有关，电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息，并将其转化为电容变化。例如，当极板受力时会改变极板间距离，从而引起电容变化。
2．敏感元件的关键词转化
【典例1】 家用电热灭蚊器正常工作时，其发热电阻产生的热量和向环境辐射的热量相等，可以维持其温度在165 ℃左右，其发热电阻随温度的变化图像如图所示。下列说法正确的是( )
A．t1＝165 ℃
B．t1<165 ℃C．通过该发热电阻的电流与电压成正比
D．通过该发热电阻的电流与温度成正比
B [由题图可知，在0～t1区间里电阻R随温度升高而减小；在t1～t2区间里电阻R随温度的升高而增大；在大于t2区间里电阻R随温度的升高而减小。在家庭电路中电压不变，根据电功率P＝可知电阻的发热功率与电阻成反比。在温度升到t1前，电阻R随温度的升高而减小，功率增大，温度升高变快；温度一旦超过t1，电阻R随温度的升高而增大，功率减小，放出热量减小，温度升高变慢，当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1至t2间的某一值不变，保持稳定，故t1<165 ℃ 发热电阻是纯电阻，欧姆定律适用，家用电器电压恒定不变，电阻的变化导致电流和功率的变化。
主题2 传感器的应用
1．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应信息，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。
2．处理与传感器有关的电路设计问题时，可将整个电路分解为：
(1)传感器所在的信息采集部分；
(2)转换传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关)；
(3)执行电路。
3．几种传感器及与其相联系的物理知识的比较
传感器种类 敏感元件 相联系的物理知识
光电传感器 光敏电阻 直流电路动态分析
温度传感器 热敏电阻 热学、直流电路动态分析
力传感器 压敏电阻 力学、直流电路动态分析
电容传感器 电容器 力学、运动学与力、运动与含电容电路
【典例2】 (多选)如今，人们对手机的依赖程度越来越高，手机已成为现代人必不可少的随身物品，然而长时间的使用手机会对眼睛造成一定的伤害，因此现在的智能手机都有一项可以调节亮度的功能，该功能既可以自动调节，也可以手动调节。某同学为了模拟该功能，设计了如图所示的电路，R1为光敏电阻，光照增强，阻值变小，R2为滑动变阻器，闭合开关后，下列说法正确的是( )
A．仅光照变强，小灯泡变亮
B．仅光照变弱，小灯泡变亮
C．仅将滑片向a端滑动，小灯泡变亮
D．仅将滑片向b端滑动，小灯泡变亮
AD [光照变强，光敏电阻变小，所以电路中的电流变大，即通过灯泡的电流变大，灯泡变亮；反之，若光照变弱，则灯泡变暗，故A正确，B错误；仅将滑片向a端移动，变阻器接入电路的电阻变大，电路中总电阻变大，总电流变小，即通过灯泡的电流变小，灯泡变暗，故C错误；仅将滑片向b端移动，变阻器接入电路的电阻变小，总电阻变小，总电流变大，所以通过灯泡的电流变大，灯泡变亮，故D正确。]
章末综合测评(五) 传感器
一、单项选择题
1．下列有关传感器的说法错误的是( )
A．日本福岛大地震时用的生命探测仪利用了生物传感器
B．“嫦娥三号”卫星搭载的CCD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利用了力传感器
D．火灾报警器能够在发生火灾时报警利用了温度传感器
D [生命探测仪利用了生物传感器，立体相机利用了光传感器，电子秤利用了压力传感器，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，利用了光传感器而不是温度传感器，故A、B、C正确，D错误。]
2．传感器的功能与人的视觉、听觉、触觉、嗅觉等功能相似。不只在科研领域，在人们的日常生活中，也会用到传感器以实现某种功能。关于图中应用传感器的实际情境，下列说法错误的是( )
A．甲图传感器用来测量位移的微小变化，是位移传感器
B．乙图光电计数器用到了光敏电阻这个传感元件，是光传感器
C．丙图利用霍尔元件可以测量微小位移，是位移传感器
D．传感器感受力、温度、光、声等信号，把电学信号转换成非电学信号
D [题图甲中，当被测物体在左、右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动。如果测出了电容的变化，就能知道物体位置的变化，所以题图甲传感器是位移传感器，故A正确；题图乙中，A是发光仪器，B是接收光信号的仪器，B中的主要元件是由光敏电阻组成的光电传感器。当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值较小，供给信号处理系统的电压较低；当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，供给信号处理系统的电压变高。这种高低交替变化的信号经过处理，就会转化为相应的数字，实现自动计数的功能，故B正确；题图丙中，在两块磁感应强度相同、同极相对放置的磁体缝隙中放入霍尔元件，当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度B为0，霍尔电压为0，可将该点作为位移的零点。当霍尔元件沿着z轴正、负方向移动时，则有霍尔电压输出，且电压大小与位移大小成正比，从而能够实现微小位移的测量，故C正确；传感器感受力、温度、光、声等信号，把非电学信号转换成电学信号，故D错误。本题选错误的，故选D。]
3．如图所示是一种家用门窗防盗报警装置。安装时，在门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与M相对的位置嵌入干簧管SA，并将干簧管接入报警电路(蜂鸣报警器)，此装置具有自动提示报警的功能，睡觉前连接好电路，启动防盗报警装置，当门紧闭时，蜂鸣报警器不响，当门被打开时，蜂鸣报警器发出声音警报，下列有关说法正确的是( )
A．当门关闭时，干簧管两簧片接通
B．干簧管可以由铜或银等导电性能更好的材料制成
C．如将门上镶嵌的磁体N、S极对调，该报警器不能正常工作
D．本装置是利用电磁感应原理控制电路
A [干簧管为磁控开关，当门关闭时有磁体，干簧管两簧片接通，故D错误，A正确；铜或银不是磁性材料，则干簧管不可以由铜或银等导电性能更好的材料制成，故B错误；如将门上镶嵌的磁体N、S极对调，不影响磁体磁化干簧管两簧片，该报警器能正常工作，故C错误。故选A。]
4．如图所示为用电源、电磁继电器、滑动变阻器、绿灯泡、小电铃、负温度系数半导体热敏电阻、开关、导线等组成的一个高温报警器电路图，要求正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警，则图中的甲、乙、丙分别是( )
A．小电铃、半导体热敏电阻、绿灯泡
B．半导体热敏电阻、小电铃、绿灯泡
C．绿灯泡、小电铃、半导体热敏电阻
D．半导体热敏电阻、绿灯泡、小电铃
B [甲的回路应为控制电路，甲应是半导体热敏电阻；温度高时，热敏电阻阻值小，电路中电流大，继电器工作，触头被吸下，乙被接通，应报警，即乙是小电铃；平常时，温度低，热敏电阻阻值大，电路中电流小，丙导通，丙应是绿灯泡，即B正确。]
5．如图所示为学校教学楼的楼梯上过道灯的控制电路。在傍晚天黑时，用力拍掌，过道灯就亮了，而白天无论怎么用力拍掌，过道灯都不亮。由此可知，在白天用力拍掌时( )
A．光控开关自动闭合，声控开关自动闭合
B．光控开关自动断开，声控开关自动闭合
C．光控开关自动闭合，声控开关自动断开
D．光控开关自动断开，声控开关自动断开
B [由题意可知，白天有光照时，光控开关自动断开，此时，不论怎么用力拍掌，过道灯都不亮，夜晚无光照时，光控开关应自动闭合，用力拍掌时，过道灯亮了，说明有声音时，声控开关自动闭合。故选B。]
6．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，在升降机中将重物放在压敏电阻上，压敏电阻接在如图甲所示的电路中，电流表示数变化如图乙所示，某同学根据电流表的示数变化情况推断升降机的运动状态。下列说法正确的是( )
甲 乙
A．0～t1时间内，升降机一定匀速运动
B．0～t1时间内，升降机可能匀减速上升
C．t1～t2时间内，升降机可能匀速上升
D．t1～t2时间内，升降机可能匀加速上升
B [在0～t1时间内，电流恒定，表明压敏电阻的阻值恒定，则重物对压敏电阻压力恒定，则升降机可能处于静止、匀速运动或匀变速直线运动状态，故A选项错误，B选项正确；t1～t2时间内，电流在增加，表明压敏电阻的阻值在减小，则重物对压敏电阻的压力在增大，故不可能做匀速运动或匀加速运动，C、D选项错误。]
7．如图为一种高温自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是( )
A．温度升高至74 ℃时，L1灯亮，报警
B．温度升高至74 ℃时，L2灯亮，报警
C．温度升高至78 ℃时，L1灯亮，报警
D．温度升高至78 ℃时，L2灯亮，报警
D [当温度低于78 ℃时，继电器线圈中没有电流，此时灯L1亮，不报警；当温度升高到78 ℃时，继电器线圈有电流，磁铁吸下衔铁，灯L2被接通，所以灯L2亮且报警，温度升高至74 ℃时，只是灯L1亮，不会报警，故A、B、C选项错误，D选项正确。]
8．氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测，它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化。在如图甲所示的电路中，不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻。这样，理想电压表的指针位置就与一氧化碳浓度有了对应关系，观察电压表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标。有一种氧化锡传感器，其技术资料中给出的是电导(即电阻的倒数)—CO浓度曲线，如图乙所示。在下列表示一氧化碳浓度c与电压表示数U0之间关系的图像中正确的是( )
A B C D
A [U0＝IR0＝，一氧化碳浓度c增大，电导增大，电阻R传减小，U0增大，但不是正比关系，选项A正确，B、C、D错误。]
二、多项选择题
9．电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图所示，Q是绝缘支架，薄金属膜片M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电，当声波使膜片M振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流。当膜片M向右运动的过程中有( )
A．电容变大
B．电容变小
C．导线AB中有向左的电流
D．导线AB中有向右的电流
AC [当声波使膜片M向右运动时，电容器极板间距减小，电容变大，电荷量Q＝UC变大，电源要继续给电容器充电，所以导线AB中有向左的电流，故选项A、C正确。]
10．如图所示是用光敏电阻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．该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响
AD [严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，A正确，B错误；LDR由半导体材料制成，受光照影响，电阻会发生变化，C错误；白天和晚上自然光的强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，D正确。]
11．如图所示是苹果自动分拣装置的示意图。该装置把大小不同的苹果按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。R1为压力传感器。R2为可调电阻，R2两端电压越大，电磁铁对分拣开关的衔铁吸引越强，下列说法正确的是( )
A．压力越大R1越大
B．压力越大R1越小
C．调节R2的大小可以起到保护电路的作用
D．调节R2的大小可以改变苹果筛选的标准
BD [压力越大，若R1越小，则总电阻越小，总电流越大，故R2两端电压越大，则电磁铁对分拣开关的衔铁吸引越强，所以大苹果从下面的轨道通过，小苹果从上面轨道通过，可以起到自动分拣大小苹果的效果，反之则不能，故A错误，B正确；通过调节R2的大小，可以改变R2的两端的电压，则可以改变电磁铁对分拣开关的衔铁吸引力的强弱，从而改变苹果筛选的标准，故C错误，D正确。故选BD。]
12．如图所示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，ΔI＝|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，ΔI越大
D．风速越大，ΔI越小
BC [若风向向左，单位时间打到左收集板极上的正离子数较多，则I1＞I2，选项B正确，A错误；风速越大，则单位时间打到两收集板极的正离子数之差的绝对值越大，故两电流表的示数之差的绝对值越大，即ΔI越大，选项C正确，D错误。]
三、非选择题
13．用如图所示的传感器可以测物体的位移，请说明它们的工作原理有什么不同。
[解析] 甲是将位移信号转化成电容信号，乙是将位移信号转化成电感信号。
[答案] 见解析
14．现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干，如图所示。试设计一个温控电路，要求温度低于某一值时，电炉丝自动通电供热，高于另一值时，又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程。
[解析] 电路图如图所示。闭合开关S1，当温度低于设定值时，热敏电阻阻值较大，通过电磁继电器的电流不能使它工作，S2接通，电炉丝加热。当温度达到设定值时，热敏电阻阻值减小到某值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，S2断开，电炉丝断电，停止加热。当温度低于设定值时，又重复上述过程。
[答案] 见解析
15．电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度，将光敏电阻Rx和定值电阻R0接在 9 V 的电源上，光敏电阻阻值随光强的变化关系如表所示。
光强I/cd 1 2 3 4 5
电阻值/Ω 18 9 6 3.6
[“光强”是表示光强弱程度的物理量，符号为I，单位为坎德拉(cd)]
(1)当光照强度为4坎德拉(cd)时光敏电阻Rx的大小为________ Ω。
(2)其原理是光照增强，光敏电阻Rx阻值变小，施加于玻璃两端的电压降低，玻璃透明度下降，反之则玻璃透明度上升。若电源电压不变，不计电源内阻，R0是定值电阻，则下列电路图中符合要求的是________(填序号)。
A B
C D
(3)现已知定值电阻R0为12 Ω，用电压表测得光敏电阻两端的电压为3 V，则此时光照强度为________。
[解析] (1)由表格数据可知，光敏电阻与光强的乘积均不变，则当I＝4 cd时，光敏电阻的阻值Rx＝ Ω＝4.5 Ω。
(2)由题意可知，光敏电阻Rx与定值电阻R0串联连接，光照增强时，光敏电阻Rx的阻值减小，电路中的总电阻减小，由欧姆定律可知，电路中的电流增大，由U＝IR可知，R0两端的电压增大，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以Rx两端的电压减小，反之光照减弱时，光敏电阻Rx的阻值增大，R0两端的电压减小，Rx两端的电压增大，则玻璃并联在R0两端时不符合，玻璃并联在Rx两端时符合，故A错误，C正确；若玻璃与电源并联，光照变化时，玻璃两端的电压不变，故B、D错误。
(3)当R0＝12 Ω时，光敏电阻Rx两端的电压Ux＝3 V，因串联电路中总电压等于各分电压之和，R0两端的电压U0＝U－Ux＝(9－3) V＝6 V，因串联电路中各处的电流相等，所以电路中的电流I＝，解得Rx＝6 Ω，此时光照强度I＝ cd＝3 cd。
[答案] (1)4.5 (2)C (3)3 cd
16．现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干。在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA 时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω。
(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
(2)电路中应选用滑动变阻器________(选填“R1”或“R2”)。
(3)按照下列步骤调节此报警系统：
①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为________ Ω；滑动变阻器的滑片应置于________(选填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
②将开关向________(选填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。
[解析] (1)电路连接如图所示。
(2)据R＝－RT＝1 800 Ω－650 Ω＝1 150 Ω，可知电路中应选用滑动变阻器R2。
(3)调试时将电阻箱调到热敏电阻在60 ℃时的阻值，即650.0 Ω，滑动变阻器的滑片应置于阻值最大处，即b端附近，若置于另一端，则流过报警器的电流超过20 mA，报警器可能损坏。开关向c端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警，调试完成。
[答案] (1)见解析图 (2)R2 (3)①650.0 b 接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏 ②c 报警器开始报警
17．某同学设计了一种“自动限重器”，如图甲所示。该装置由控制电路和工作电路组成，其主要元件有电磁继电器、货物装载机(实质是电动机)、压敏电阻R1和滑动变阻器R2等。压敏电阻R1的阻值随压力F变化的关系如图乙所示。当货架承受的压力达到限定值时，电磁继电器会自动控制货物装载机停止向货架上摆放物品。已知控制电路的电源电动势E＝6 V，r＝2 Ω，电磁继电器线圈的阻值忽略不计。请你解答下列问题：
(1)用笔画线代替导线将图甲的电路连接完整。
(2)当电磁继电器线圈中的电流大小为15 mA时，衔铁被吸下。若货架能承受的最大压力为800 N，则所选滑动变阻器R2的最大阻值至少为________ Ω。
[解析] (1)连接电路如图所示。
(2)R1与R2串联，I1＝I2＝Imax＝15 mA＝0.015 A，
根据闭合电路的欧姆定律得R1＋R2＋r＝图乙可知，F＝800 N时，R1＝80 Ω，
所以R2＝R1＝ Ω＝318 Ω。
即滑动变阻器R2的最大阻值至少为318 Ω。
[答案] (1)见解析图 (2)318
18．在开展研究性学习的过程中，某同学设计了一个利用线圈测量转轮转速的装置(如图所示)。在轮子的边缘贴上一小磁体，将小线圈靠近轮边放置，接上数据采集器和电脑(DIS实验器材)。如果小线圈的面积为S，匝数为N，回路的总电阻为R，小磁体附近的磁感应强度最大值为B。实验发现，轮子转过θ弧度时，小线圈处的磁感应强度由最大值变为零。他说：“只要测得此过程感应电流的平均值I，就可以求得转轮转速的大小。”请你运用所学的知识推证该同学的判断是否正确，如果正确，请推导出转轮转速的表达式；如果不正确，请说明理由。
[解析] 设转轮的角速度、转速分别为ω和n。轮子转过θ角度所需时间为Δt，穿过线圈的磁通量的变化量为ΔΦ，线圈中产生的感应电动势的平均值为E。根据法拉第电磁感应定律有E＝
由闭合电路欧姆定律得，
感应电流的平均值I＝
又Δt＝，
解得n＝
由解得的结果看，该同学的判断是正确的。
[答案] 见解析
