第5章　传感器及其应用 复习提升（含答案解析)

本章复习提升
易混易错练
易错点　不同敏感元件的特性混淆
1.(多选题)传感器在日常生活中有着广泛的应用,它的种类多种多样,其性能也各不相同。以下有关传感器的说法正确的是 (　　)
图1　图2
图3　图4
A.图1中办公大楼的大门能“看到”人的到来(离开)而自动开(关),应用的是红外线传感器
B.图2中非触摸式自动水龙头(自动感应水龙头)应用的传感器是生物传感器
C.图3中空调机在室内温度达到设定的温度后,会自动停止工作,空调机内实现这一功能的传感器是温度传感器
D.图4中电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器,能控制电路的通断
2.传感器的功能与人的视觉、听觉、触觉、嗅觉等功能相似。关于图中应用传感器的实际情景,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敏感元件,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
3.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,微光电二极管阵列和微电极阵列。前者直接将入射光转化成电信号激励神经细胞,但电流较小,需要配备放大电路。后者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从而对神经细胞造成损伤,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
思想方法练
程序法
1.某学习小组利用传感器制作简单的自动控制装置的实验中选择了智能扶手电梯课题,设计了如下原理图,其中R是压敏电阻,电梯上无乘客时,电动机转动变慢,使电梯运动变慢;电梯上有乘客时,电动机转动变快,使电梯运动变快,下列说法正确的是 (　　)
A.电磁继电器与发电机工作原理相同
B.电磁铁上端是N极
C.电梯上无乘客时,衔铁与触点1接触
D.电梯上有乘客时,压敏电阻R的阻值增大
2.某型号酒精测试仪的工作原理图如图所示,传感器R的阻值随气体中酒精浓度的增大而减小。当一位酒驾的驾驶员对着测试仪吹气时 (　　)
A.传感器的电阻增大
B.电流表的示数变小
C.电压表的示数变大
D.电源的总功率增大
3.某同学根据查阅到的某种热敏电阻的Rt-t特性曲线(如图1),设计了图2所示的恒温箱温度控制电路。图2中,Rt为热敏电阻,R1为滑动变阻器,控制系统可视为R=200 Ω的电阻,电源的电动势E=9.0 V,内阻不计。当通过控制系统的电流小于2 mA时,加热系统开启,为恒温箱加热;当通过控制系统的电流等于2 mA时,加热系统关闭。下列说法正确的是 (　　)
A.若要使恒温箱内温度保持20 ℃,应将R1接入电路的阻值调为500 Ω
B.若要使恒温箱内温度升高,应使R1接入电路的阻值增大
C.若恒温箱内温度降低,通过控制系统的电流将增大
D.保持R1接入电路的阻值不变,通过控制系统的电流大小随恒温箱内的温度均匀变化
答案与分层梯度式解析
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易混易错练
1.ACD　办公大楼的大门能“看到”人的到来(离开)而自动开(关),是由于人体会发出红外线,当红外线传感器探测到人体发出的红外线后,门会自动打开,故A正确;非接触式自动水龙头,利用红外线传感器来工作的,故B错误;空调机在室内温度达到设定的温度后,会自动停止工作,这是因为空调机内有温度传感器,故C正确;电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器,这种传感器的作用是控制电路的通断,原理是不同的金属热膨胀系数不同,故D正确。
2.D　甲图中,当被测物体左、右移动时,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,所以甲图传感器是位移传感器,故A正确。乙图中,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,当传送带上的物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值会发生变化,供给信号处理系统的电压发生变化,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。丙图中,在两块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有关,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。
3.D　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,但电流较小,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A错误;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,原理不是电流的磁效应,故B、C错误;工作时如果使用直流电,都可能造成电荷累积从而对神经细胞造成损伤,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D正确。
易错分析　产生错误的原因是对各种不同的敏感元件的特性不熟悉。对于生活中常见的传感器应了解其工作原理,结合所学知识做进一步分析。
思想方法练
1.C　电磁继电器的主要结构是电磁铁,电磁铁的工作原理是电流的磁效应,而发电机的工作原理是电磁感应现象,故A错误;根据题图可知,电流从电磁铁的上端流入、下端流出,根据安培定则可知,电磁铁的下端是N极、上端是S极,故B错误;当电梯上无乘客时,电动机转速较慢,电动机两端的电压较小,电阻R1和电动机都接入电路,此时衔铁与触点1接触,故C正确;电梯上有乘客时,衔铁与触点2接触,可知电磁铁的磁性增强,即线圈中电流增大,可知此时压敏电阻R的阻值减小了,选项D错误。故选C。
方法点津　程序法,就是按照程序推进分析的方法,该方法在很多物理问题的分析中都非常有效。根据因果关系,非电学量发生变化,经过传感器转换为电阻的变化,进一步引起电压、电流等电学量的变化,应用程序法有利于理清具体过程,分析具体问题。
2.D　酒驾的驾驶员对着测试仪吹气时,气体中的酒精浓度增大,传感器R的阻值减小,则电路中的电流增大,即电流表的示数变大,根据U=E-I(R0+r)可知,电压表示数变小,故A、B、C错误;电源的总功率P=EI,电路中的电流增大,故电源的总功率增大,故D正确。故选D。
方法点津　传感器问题中搞清传感器的工作原理及过程是求解问题的关键。
(1)确定传感器所感受的物理量——传感器所感受的物理量有力、温度、光、声等。
(2)确定转换电路输出的电学信号——输出的电学信号有电流、电压、电阻等。
(3)结合部分电路欧姆定律或闭合电路欧姆定律进行综合分析。
3.B　通过控制系统的电流等于2 mA时,电路中的总电阻R总= Ω=4 500 Ω,温度为20 ℃时热敏电阻的阻值为Rt=4 000 Ω,若要使恒温箱内温度保持20 ℃,应将R1接入电路的阻值调为4 500 Ω-4 000 Ω-200 Ω=300 Ω,A错误;由于加热系统关闭时通过控制系统的电流一定,即加热系统关闭时电路中的总电阻为4 500 Ω,可知若要使恒温箱内保持的温度值升高,即加热系统关闭时热敏电阻的阻值减小,则应使R1接入电路的阻值增大,B正确;若恒温箱内温度降低,则热敏电阻的阻值增大,通过控制系统的电流减小,C错误;根据图1可知,恒温箱内的温度与热敏电阻的阻值成线性关系,通过控制系统的电流I=,可知,通过控制系统的电流大小与热敏电阻的阻值不是线性关系,即保持R1不变,通过控制系统的电流大小随恒温箱内的温度不是均匀变化的,D错误。故选B。
方法点津　含有热敏电阻的电路的动态分析顺序
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