5.3 大显身手的传感器 同步练习（含答案解析） (2)

5.3
大显身手的传感器
同步练习
1.下列器件不是应用温度传感器的是（
）
A.电熨斗
B.话筒
C.电饭煲
D.测温仪
答案：B
2.计算机键盘是由两片金属切片组成的小电容器，该电容器的电容可用公式C=计算，式中ε=9×10-12，S为金属片的正对面积，d表示两金属片间距，当键被按下时，此电容发生变化，与之相连的电子线路就能检测出哪个键被按下了，从而给出相应的信号.设每个金属片正对面积为50
mm2，键未按下时金属片间距为0.6
mm，如果电容变化0.25
pF，电子线路能检测出必要的信号，则键至少要被按下（
）
A.0.15
mm
B.0.25
mm
C.0.35
mm
D.0.45
mm
解析：由题给公式得C2-C1=，又d2-d1=Δd，整理得：Δd=，经计算知选项A正确.答案：A
3.随着人们生活水平的提高，自动干手机已经进入家庭，将湿手靠近自动干手机，机内的传感器便驱动加热器加热，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.改变了磁场面
D.改变了电容
答案：D
4.如图5-3-9所示是一火警器的部分电路示意图，其中R2为用半导体热敏材料做成的传感器，负温度系数热敏电阻.电表为值班室的显示器，a、b之间接报警器.当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是（
）
图5-3-9
A.I变大，U变大
B.I变大，U变小
C.I变小，U变大
D.I变小，U变小
解析：敏感元件是半导体负温度系数热敏电阻，当该电阻所在处出现火警时，温度急剧升高，电阻R2变小，使得电路总电阻减小，干路总电流增大，路端电压减小，即U变小；因干路电流的增大而带来R1上的电压增大，所以并联部分的两端电压是减小的，使得电流表的示数减小.选项D正确.
答案：D
5.惯性制导系统已广泛用于弹道式导弹工程中，这个系统的重要元件之一是加速度计，加速度计的构造原理示意图如图5-3-10所示，沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一质量为m的滑块，滑块两侧分别与劲度系数为k的弹簧相连，两弹簧处于自然长度，滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导，设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离O点的距离为s，则这段时间内导弹的加速度（
）
图5-3-10
A.方向向左，大小为
B.方向向右，大小为
C.方向向左，大小为
D.方向向右，大小为
答案：D
6.电容式话筒的高保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图5-3-11所示，Z是绝缘支架，薄金属膜M和固定电极N构成电容器，被直流电源充电，当声波使膜片（音膜）振动，电容发生变化，电路中形成变化的电流，当音膜向右振动的过程中（
）
图5-3-11
A.电容变小
B.电容变大
C.导线ab中有向左的电流
D.导线ab中有向右的电流
解析：当音膜向右振动时，电容器极板间距离减小，电容变大，电容器将继续被充电，因此ab中的电流方向为b到a.选项B、C正确.
答案：BC
7.家用电热灭蚊器中电热部分的主要元件是PTC，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的用电器，其电阻率与温度的关系如图5-3-12所示，由于这种特性，因此，PTC元件具有发热、控温双重功能.对此，下列判断中正确的组合是（
）
图5-3-12
A.通电后，其电功率先增大后减小
B.通电后，其电功率先减小后增大
C.当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在T1或T2不变
D.当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在T1—T2的某一值不变
解析：从图象看出，通电后，随着温度的升高，电阻率先减小后增大，PTC元件的电阻先减小后增大，由功率公式P=U2/R可?知，功率是先增大后减小，在图象中反映在T1—?T2段；温度T1以后，随着温度的升高，电阻将增大，若发热功率大于散失的热功率，温度将继续升高，直到发热与散热平衡，若发热量小于散热量，电阻将减小，发热功率因此而增大，直到发热与散热平衡，所以温度将保持在T1、T2之间某一温度上.
答案：AD
8.电饭锅工作时有两种状态：一种是锅内水烧干前的加热状态，另一种是锅内水烧干后的保温状态.如图5-3-13所示是电饭锅电路的示意图，S是用感温材料制造的开关，R1是电阻，R2是供加热用的电阻丝.
图5-3-13
（1）试判断开关S接通时和断开时，电饭锅分别处于哪种工作状态，说明你的理由.
（2）如果要使R2在保温状态时的功率是加热状态时的一半，R1/R2应是多大
解析：（1）开关S断开时，电路中电阻R1、R2串联，总电阻大，在电压为定值的情况下，功率小，应为保温状态，接通后把R1短路，加热电阻R2在电路上，功率大，为加热状态.
（2）由题意列方程：，解得：=0.414.
答案：(1)电键S闭合时，电饭锅处于加热状态.电键S断开时，电饭锅处于保温状态
(2)0.414
9.如图5-3-14所示，直流电动机的轴与圆盘中心相连，电键S断开时，电压表的示数为12.6
V.电键S闭合时，电流表的示数为2
A，电压表的示数为12
V.圆盘半径为5
cm，测速计测得转速为50
r/s，两弹簧秤示数各为7.27
N和6.10
N.问：
图5-3-14
（1）电动机的输入功率、输出功率、效率各为多少
（2）拉紧皮带可使电动机停转，此时电压表、电流表的示数又各为多少 电动机的输入功率又为多大
解析：(1)电动机的输入功率为UI=12×2
W=24
W.电动机的输出功率与皮带对圆盘做功功率相等，为(F1-F2)v，其中F1=7.27
N，F2=6.10
N，v为圆盘转动的线速度，v=ωr=15.7
m/s代入计算即可.效率为输出与输入的比值.
(2)拉紧皮带使电动机停转，此时电路为纯电阻电路，由题分析可知电源电动势为12.6
V.电源内阻为0.3
Ω，电动机直流电阻可根据第一问中电动机的输入功率减电动机的输出功率求出电动机的热功率，进而求出电动机的直流电阻.
答案：(1)24
W
18.4
W
76%
(2)10.5
V
7
A
73.5
W
10.利用超声波遇到物体发生反射，可测定物体运动的有关参量，图5-3-15（a）中仪器A和B通过电缆线连接，B为超声波发射与接收一体化装置，仪器A和B提供超声波信号源而且能将B接收到的超声波信号进行处理并在屏幕上显示其波形.
图5-3-15
现固定装置B，并将它对准匀速行驶的小车C，使其每隔固定时间T0发射一短促的超声波脉冲，如图5-3-15（b）中?幅度较大的波形，反射波滞后的时间已在图中标出，其中T和ΔT为已知量，另外还知道该测定条件下超声波在空气中的速度为v0，根据所给信息求小车的运动方向和速度大小.
解析：从B发出第一个超声波开始计时，经被C车接收.故C车第一次接收超声波时与B距离s1=v0.
第二个超声波从发出至接收，经T+ΔT时间，C车第二次接收超声波时距B为s2=，C车从接收第一个超声波到接收第二个超声波内前进s2-s1，接收第一个超声波时刻t1=，接收第二个超声波时刻为t2=T0+.
所以接收第一和第二个超声波的时间间距为Δt=t2-t1=T0+.
故车速vC=，车向右运动.
答案：车向右运动，速度为
11.某学生为了测量一物体的质量，找到了一个力电子转换器，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5-3-16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、干电池各一个，电键及导线若干，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.
图5-3-16
（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，在方框中画出完整的电路图.
（2）简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m.
（3）请设想实验中可能出现的一个问题.
解析：物体的重力G与质量的关系是G=mg，重力在数值上等于静止物体对水平支持物的压力F.又题目所给的力电转换器的输出电压正比于受压面的压力即U=kF.因此利用电压表测出的电压值可间接的测量物体的质量.
（1）由于测量时要求输入电压的可调范围尽可能大，所以测量电路的输入端应连成滑动变阻器的分压电路，输出端要接电压表，用以测量输出电压，测量电路如图所示.
（2）测量步骤为：
①调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零.
②将砝码m0放在转换器上，记下输出电压U0，则U0=km0g，得k=U0/m0g.
③将待测物体放在转换器上，记下输出电压U，测得U=kmg
代入k值得m=m0.
（3）力电转换器作为一种测量装置就有量程和零误差问题，所以实验中可能会出现的问题有：
①待测物体质量超出转换器量程；②因电源电压不够而输出电压调不到零.