大显身手的传感器
夯基达标
1.“嫦娥一号”卫星上装有8种24件探测仪器，其中可能有( )
A.味觉传感器 B.气体传感器
C.听觉传感器 D.视觉传感器
2.如下图所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变化，发生这一现象的主要原因是( )
A.小灯泡变亮，小灯泡的电阻发生了变化
B.小灯泡变亮，小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化
C.小灯泡变暗，电阻丝的电阻率随温度发生了变化
D.小灯泡变暗，电源的电压随温度发生了变化
3.为机器人提供触觉的传感器不可能是下列( )
A.温度传感器 B.气体传感器
C.压力传感器 D.位移传感器
4.下列情况不可能是由水位控制装置损坏引起的是( )
A.洗衣机不加水 B.洗衣机加水不能自动停止
C.洗衣机不排水 D.洗衣机不洗衣
5.如下图所示是家用电冰箱的压缩启动装置的电路.其中的运行绕组是电冰箱在工作时电动机定子，由于家用交流电是单相的，启动时必须依靠启动绕组的帮助才能产生旋转磁场.在启动绕组的支路中串联有一个PTC元件，这是一种以钛酸钡为主要材料的热敏电阻器.电流流过PTC元件，元件发热，它的电阻率随温度升高而发生显著变化，当电动机转起来正常以后，PTC元件温度较高，电阻很大，启动绕组电流很小，以下判断正确的是( )
①电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少 ②电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少 ③电冰箱启动后，启动绕组功率不变，运行绕组功率是变化的 ④电冰箱启动后，启动绕组功率是变化的，运行绕组功率不变
A.①③ B.②④ C.①④ D.②③
6.在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上装有下列哪种传感器( )
A.光传感器 B.温度传感器 C.声传感器 D.压力传感器
能力提升
7.电子打火机的点火原理是压电效应，压电片在受压时会在两侧形成电压且电压大小与压力近似成正比，现有一利用压电效应制造的电梯加速度传感器，如下图所示.压电片安装在电梯地板下，电压表与压电片构成闭合回路用来测量压电片两侧形成的电压，若发现电压表示数增大，下列说法正确的是( )
A.电梯一定加速上升 B.电梯一定减速下降
C.电梯加速度一定向上 D.电梯加速度一定向下
8.一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度t变化的关系如下图中实线①所示.由于环境温度以及熨烫的衣物厚度、干湿等情况不同，熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大范围内波动，易损坏衣物.有一种用主要成分为钛酸钡被称为“PTC”的特殊材料作发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点.PTC材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示.
根据图线分析：
(1)为什么原处于冷态的PTC熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快?
(2)通电一段时间后电熨斗温度t自动地稳定在(填下标数字)T________＜t＜T_______范围之内.
9.下图甲为在温度为10 ℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1＝20 kΩ，R2＝10 kΩ，R3＝40 kΩ，RT为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示.当a、b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，使箱内温度提高；当Uab＞0时，电压鉴别器使S断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在__________℃.
10.如下图所示是一种自动控制水温的装置，加热电路的两端P、Q应接在触头a、b之间还是c、d之间?热敏电阻两端M、N应接在哪两个触头之间?
拓展探究
11.如下图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图，A为光源，B为光电接收器，A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，D为与C同轴相连的齿轮.车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示.若实验显示单位时间内的脉冲数为n，累计脉冲数为N，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理数据是__________________；小车速度的表达式为：v＝___________；行程的表达式为：s＝____________.
参考答案
1解析：“嫦娥一号”月球卫星是为探测月球而发射的在轨卫星，而月球上无气体，所以不需要气体传感器和听觉传感器，当然也用不到味觉传感器，真正需要的是为月球“画像”的视觉传感器——立体相机.
答案：D
2解析：用酒精灯加热电阻丝时，电阻丝的电阻率随温度升高而增大，电流减小，灯泡变暗.
答案：C
3答案：B
4解析：洗衣机水位控制装置正常，才能正常加水，且加到合适的水位，若损坏可能导致一直不加水或一直不停地加水，所以A、B两项可能，而这两种情况都会导致洗衣机洗衣程序不工作，所以D项可能.故选C项.
答案：C
5解析：启动时，由于PTC元件温度低、电阻小，故耗电多，②正确；启动后，随PTC元件温度升高，PTC元件电阻增大，通过启动绕组的电流减小，故启动绕组功率是变化的，而运行绕组电压不变，故功率不变，则④正确.
答案：B
6答案：D
7解析：由题意知，电压表示数增大说明电梯地板对压电片压力增大，故电梯处于超重状态，加速度一定向上，C项对，D项错.但电梯可能加速上升也可能减速下降，A项错，B项错.
答案：C
8解析：如图中实线②可知温度较低时，PTC电阻很小，并随温度升高而降低，功率很大；当温度达到T6以后PTC材料的电阻随温度增加而急剧增加，功率突然变得很小，温度上升缓慢，散热功率等于发热功率时，温度不再上升.
答案：(1)冷态时PTC电阻很小，电功率很大，所以升温很快.
(2)6 7
9解析：设电路路端电压为U，当Uab＝0时，有，解得：RT＝20 kΩ.由图乙可知，当RT＝20 kΩ时，t＝35 ℃.
答案：35
10解答：P、Q应该分别接到触头a、b之间，同时，M、N应该分别接e、f，其工作原理是当水温升高时，热敏电阻阻值减小，电磁铁中电流增大，吸引力增大，使衔铁被吸下，a、b断开，使加热装置停止加热，当水温降低时，热敏电阻阻值增大，衔铁弹回接通PQ，使加热装置重新开始加热.
11解析：小车的速度等于车轮的周长与单位时间内车轮转动圈数的乘积.设车轮的半径为R，单位时间内车轮转动圈数为k，则有v＝2πRk.
若齿轮的齿数为P，则齿轮转一圈电子电路显示的脉冲数即为P，已知单位时间内的脉冲数为n，所以单位时间内齿轮转动圈数为.由于齿轮与车轮同轴相连，它们在单位时间内转动圈数相等，即k＝n／P.由以上两式可得，.
同理，设车轮转动的累计圈数为k，则有s＝2πRk，且k＝N／P，所以s.可见，要测出小车的速度v和行程s，除单位时间内的脉冲数n和累计脉冲数N外，还必须测出车轮半径R和齿轮的齿数P.
答案：车轮半径R和齿轮的齿数P
课件53张PPT。
一、选择题
1．下列器件不是应用温度传感器的是( )
A．电熨斗 B．话筒
C．电饭锅 D．测温仪
解析：选B．话筒应用的是声传感器，电熨斗、电饭锅、测温仪应用的都是温度传感器，故选B．
2．在防治“非典”期间，在机场、车站等交通出入口，使用了红外线热像仪，红外线热像仪通过红外线遥感，可检测出经过它时的发热病人，从而可以有效控制疫情的传播．关于红外线热像仪，下列说法正确的是( )
A．选择红外线进行检测，主要是因为红外线光子能量小，可以节约能量
B．红外线热像仪通过发射红外线照射人体来检测
C．红外线热像仪同时还具有杀菌作用
D．一切物体都能发射红外线，而且物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同
解析：选D．红外线热像仪是根据物体发射的红外线的频率和强度不同而工作的，故选项D正确．
3．类人型机器人装有作为眼睛的“传感器”，犹如大脑的“控制器”，以及可以行走的“执行器”，在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯．下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是( )
A．是力传感器 B．是光传感器
C．是温度传感器 D．是声音传感器
解析：选 B．遇到障碍物会绕开，说明它是光传感器，B正确，A、C、D错误．
4．随着生活质量的提高，自动干手机已进入家庭．洗手后，将湿手靠近自动干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，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．改变了湿度 B．改变了电容
C．改变了温度 D．改变了磁场
解析：选 B．根据自动干手机工作的特征，即手靠近自动干手机，电热器开始工作，手撤离自动干手机电热器停止工作，由此可以判断传感器的种类是电容传感器．人是导体，可以和其他导体构成电容器，手放入时，通过改变电容而使干手机工作，故选 B．
5．当客人走近一些大饭店或宾馆的门口时，门就会自动打开，是因为门上安装了某种传感器．这种传感器可能是( )
A．声音传感器 B．位移传感器
C．红外线传感器 D．温度传感器
解析：选C.这种自动门的特点是人靠近就能打开，不需要发出声音，不是声音传感器，A错误，把一个木箱推向自动门，门不会自动打开，不是位移传感器，B错误，不管冬天夏天只要有人靠近就能打开，不是温度传感器，D错误，该自动门很可能是红外线传感器，C正确．
6．传感器广泛应用在我们的生产生活中，常用的计算机键盘就是一种传感器．如图所示，键盘上每一个键的下面都连一小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一小的固定金属片，这两金属片组成一个小电容器．当键被按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能够检测出哪个键被按下，从而给出相应的信号．这种计算机键盘使用的是( )
A．温度传感器 B．压力传感器
C．磁传感器 D．光传感器
解析：选B．小金属片被按下时，对该键有一个压力，小金属片向下移动，两个极板之间的距离改变，电容改变，将压力这个力学量转化为电容这个电学量，所以计算机键盘使用的是压力传感器，B正确，A、C、D错误．
7．小强用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控制．经检查，恒温箱的控制器没有故障．参照右图，下列对故障判断正确的是( )
A．只可能是热敏电阻出现故障
B．只可能是温度设定装置出现故障
C．热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障
D．可能是加热器出现故障
解析：选C.由恒温箱原理图可知，若热敏电阻出现故障或温度设定出现故障都会向控制器传递错误信息，导致控制器发出错误指令，故C正确，A、B错误．若加热器出现故障，只有一种可能，即不能加热，而题中加热器一直加热才会使温度持续升高，故D错误．
8．(多选)如图是自动调温式电熨斗，下列说法正确的是( )
A．常温时上下触点是接触的
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，应使调温旋钮下调一些
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
解析：选ABD．常温工作时，上下触点是接通的，当温度升高时，上层金属片形变大，向下弯曲，切断电源，切断温度要升高，则应使调温旋钮下移一些，A、B、D正确；C错误．
☆9.压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小，某位同学利用压敏电阻设计了判断电梯运动状态的装置，其装置示意图如图甲所示，将压敏电阻平放在电梯内，受压面朝上，在上面放一物体m，电梯静止时电流表示数为I0，电梯在运动过程中，电流表的示数如图乙所示，下列判断中正确的是( )
A．乙图表示电梯做匀速直线运动
B．乙图表示电梯做匀加速运动
C．乙图表示电梯做变加速运动
D．乙图表示电梯做匀减速运动
解析：选C.从题图乙可以看出电流增大，由欧姆定律知道压敏电阻阻值应该减小，结合压敏电阻特点可以判断，压力增大，而且电流逐渐变大，压力应该也是逐渐增大，说明电梯的加速度逐渐增大，所以电梯做变加速运动，A、B、D错误，C正确．
☆10.某电容式话筒的原理示意图如图所示，E为电源，R为电阻，薄片P和Q为两金属极板，对着话筒说话时，P振动而Q可视为不动．在P、Q间距增大过程中( )
A．P、Q构成的电容器的电容增大
B．P上电荷量保持不变
C．M点的电势比N点的低
D．M点的电势比N点的高
解析：选D．电容式话筒与电源串联，电压保持不变，在P、Q间距增大过程中，根据电容决定式C＝得电容减小，又根据电容定义式C＝得电容器所带电量减少，电容器的放电电流通过R的方向由M到N，所以M点的电势比N点的高，D正确．
二、非选择题
11．如图甲是汽车过桥时对不同类型桥面压力变化的实验．采用DIS方法对模型进行测量，其结果如图乙中电脑屏幕所示．
(1)图甲中的传感器为________传感器．
(2)图甲中①②③分别为三种不同类型的桥面，对于凸形桥①，其相对应的压力图线应是屏幕上的________．(填“a”、“b”或“c”)
(3)如增大小球在斜槽上的高度，在图乙中大致画出小球通过凸形桥①时的压力图线．
解析：(1)由于是将压力信号转化为电信号，所以是压力传感器．
(2)桥面如题图①所示时，小球在最高点时对桥的压力小于重力；
桥面如题图②所示时，小球对桥的压力不变，总等于重力；
桥面如题图③所示时，小球在最低点时对桥的压力大于重力；
由此可得：对应凸形桥①的压力图线是电脑屏幕上的c.
(3)若增大小球在斜槽上的高度，小球通过凸形桥①时的压力图线将向下凹，如图所示．
答案：(1)压力 (2)c (3)见解析图
12．现代汽车在制动时，有一种ABS系统，它能阻止制动时车轮抱死变为纯滑动．这种滑动不但制动效果不好，而且易使车辆失去控制．为此需要一种测定车轮是否还在转动的装置．如果检测出车轮不再转动，就会自动放松制动机构，让轮子仍保持缓慢转动状态．这种检测装置称为电磁脉冲传感器，如图甲，B是一根永久磁铁，外面绕有线圈，它的左端靠近一个铁质齿轮，齿轮与转动的车轮是同步的．图乙是车轮转动时输出电流随时间变化的图象．
(1)说明为什么有电流输出？
(2)若车轮转速减慢了，图象会变成怎样？
解析：(1)当齿轮上的齿靠近线圈时，由于磁化使空间的磁场增强，线圈中的磁通量变化产生感应电流，当齿轮离开时，空间的磁场减弱，产生反方向的感应电流．
(2)车轮转速减慢，电流变化频率变小，周期变大，电流值变小．如图所示．
答案：见解析
