第3章 传感器 单元测试 Word版含答案

章末综合测评(三)　
(时间：90分钟　分值：100分)
一、选择题(本题共10小题，每小题6分，共60分．在每小题给出的四个选项中，第1～6题只有一项符合题目要求，第7～10题有多项符合题目要求．全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．)
1．下面说法中不正确的是(　　)
A．传感器一般不能直接带动执行机构实现控制动作
B．力传感器的敏感元件是应变片
C．应变片能把物体形变转变为电压
D．双金属片两层金属的膨胀系数完全相同
D　[传感器输出信号比较微弱，一般不能直接带动执行机构实现控制动作，A正确；力传感器中的应变片在力的作用下发生形变，输出相应的电压信号，B、C正确；双金属片两层金属膨胀系数不同，在温度升高时才会发生弯曲，D错误．]
2．金属铂的电阻值对温度高低非常敏感，下列选项中可能表示金属铂电阻的U-I图线是(　　)
B　[金属铂导体的电阻对温度的变化很敏感，电阻随温度的升高而增大，在一定温度下其U-I图线是非线性的，且图线的斜率越来越大，故B正确．]
3．如图1所示，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(　　)
图1
A．力传感器　　　　　 B．光传感器
C．温度传感器 D．声音传感器
B　[遇到障碍物会绕开，说明它是光传感器，故选项B正确，选项A、C、D错误．]
4．如图2(a)所示的电路中，光敏电阻R2加上图2(b)所示的光照时，R2两端的电压变化规律是(　　)
图2
B　[光敏电阻随光照的增强电阻减小，电路中电流增大，电阻R1两端电压增大，R2两端电压减小，但不能减小到零．故选项B正确．]
5.如图3所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、开关S与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中．两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电荷量为＋q的小球．S断开时传感器上有示数，S闭合时传感器上恰好无示数．则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是(　　)
图3
A．正在增加，＝　　 B．正在减弱，＝
C．正在减弱，＝ D．正在增加，＝
D　[S闭合时传感器上恰好无示数，说明小球受竖直向上的电场力，且电场力的大小等于重力．由楞次定律可判断磁场B正在增强，根据法拉第电磁感应定律E＝n＝U，又q＝mg，得＝，故D正确．]
6．传感器是把非电学物理量(如位移、速度、压力、角度等)转换成电学物理量(如电压、电流、电荷量等)的一种元件．如图4所示的甲、乙、丙、丁是四种常见的电容式传感器，下列说法正确的是(　　)
图4
A．甲图中两极板带电荷量不变，若电压变小，可判断出h变小
B．乙图中两极板带电荷量不变，若电压变大，可判断出θ变小
C．丙图中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，则x变小
D．丁图中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，则F变大
D　[甲图中若Q不变，由C＝知U变小，C变大，可知h变大，A错；乙图中若Q不变，由C＝知U变大，C变小，可知θ变大，B错；丙图中若U不变，电流流向负极表示正在放电，Q减小，可知C减小，x变大，C错；丁图中若U不变，电流流向正极表示在充电，Q增加，可知C增大，d减小，F增大，D对．]
7．如图5所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器的基本工作原理是(　　)
图5
A．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压
B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压
C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D．以上说法都不对
AC　[当光照射光敏电阻R1时，光敏电阻R1的阻值减小，回路中电流增大，R2两端的电压升高，信号处理系统得到高电压，计数器每由高电压转到低电压，就计一次数，从而能达到计数的目的．]
8．如图6所示是用电流传感器(相当于电流表，其电阻可以忽略不计)研究自感现象的实验电路，图中两个电阻阻值均为R，L是一个自感系数足够大的电感线圈，其直流电阻值也为R，图7中是某同学画出的在t0时刻开关S切换前后，通过传感器的电流随时间变化的图像．关于这些图像，下列说法正确的是(　　)
图6
图7
A．甲图是开关S由断开变为闭合，通过传感器1的电流随时间变化的情况
B．乙图是开关S由断开变为闭合，通过传感器1的电流随时间变化的情况
C．丙图是开关S由闭合变为断开，通过传感器2的电流随时间变化的情况
D．丁图是开关S由闭合变为断开，通过传感器2的电流随时间变化的情况
BC　[当开关S闭合时，由于线圈的自感作用，线圈中电流逐渐增大，因而通过传感器1的电流逐渐增大，A错误，B正确；当开关S断开时，线圈L与传感器2组成闭合回路，由于线圈L的自感作用，通过传感器2的电流将反向且从线圈中原有电流值开始逐渐减小，C正确，D错误．]
9．某同学设计的家庭电路保护装置如图8所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成．当右侧线圈L2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路．仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有(　　)
图8
A．家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零
B．家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁通量不变
C．家庭电路发生短路时，开关K将被电磁铁吸起
D．地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起
ABD　[由于零线、火线中电流方向相反，产生磁场方向相反，所以家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零，选项A正确；家庭电路短路和用电器增多时均不会引起L2的磁通量的变化，选项B正确，C错误；地面上的人接触火线发生触电时，线圈L1中磁场变化引起L2中磁通量的变化，产生感应电流，吸起K，切断家庭电路，选项D正确．]
10．如图9所示的光控电路用发光二极管LED模拟路灯，RG为光敏电阻．A为斯密特触发器输入端，在天黑时路灯(发光二极管)会点亮．下列说法正确的是(　　)
图9
A．天黑时，Y处于高电平
B．天黑时，Y处于低电平
C．当R1调大时，天更暗时，灯(发光二极管)点亮
D．当R1调大时，天较亮时，灯(发光二极管)就能点亮
BC　[天暗时，光敏电阻变大，才导致分压变大，则A端的电势高，输出端Y为低电势，故A错误，B正确；当R1调大时，光敏电阻的分压减小，A端的电压降低，输出端Y的电势升高，天更暗时，光敏电阻更大，灯才(发光二极管)点亮，故C正确，D错误．]
二、非选择题(本题共6小题，共40分．)
11．(6分)(1)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中．图10为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图．由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力________(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更______(选填“敏感”或“不敏感”)．
图10
(2)利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等．图11甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U-I关系图线．
甲　　　　　　　　　　　乙
丙
图11
①实验室提供的器材有：电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围0～10 Ω)、滑动变阻器B(阻值范围0～100 Ω)、电动势为6 V的电源(不计内阻)、小灯泡、电键、导线若干．该同学做实验时，滑动变阻器选用的是________(选填“A”或“B”)；请在图11乙的方框中画出该实验的电路图．
②将该小灯泡接入如图11丙所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3 A，电源电动势为3 V．则此时小灯泡的电功率为________ W，电源的内阻为______Ω.
【解析】　(1)由R-t图像可知，热敏电阻在温度上升时电阻减小，则导电能力增强．相对金属热电阻，热敏电阻在相同的温度变化情况下电阻变化大，则热敏电阻对温度变化的响应更敏感．
(2)由于小灯泡的电阻较小，电路应该设计成电流传感器外接．描绘小灯泡伏安特性曲线，设计成滑动变阻器分压接法，故选用滑动变阻器A.将该小灯泡接入丙图所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3 A，电源电动势为3 V，在小灯泡伏安特性曲线上找出对应电流为0.3 A的点，该点横纵坐标的乘积0.3 A×2.5 V＝0.75 W为此时小灯泡的电功率，电源的内阻为 Ω＝1.67 Ω.
【答案】　(1)增强　敏感　(2)①A　电路如图所示
②0.75　1.67
12．(8分)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．
图12
(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)电路图连接如图．
(2)报警器开始报警时，对整个回路有U＝Ic(R滑＋R热)
代入数据可得R滑＝1 150.0 Ω，因此滑动变阻器应选择R2.
(3)①在调节过程中，电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用，电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻的阻值，即为650.0 Ω.滑动变阻器在电路中为限流接法，滑片应置于b端附近，若置于另一端a时，闭合开关，则电路中的电流I＝A≈27.7 mA，超过报警器最大电流20 mA，报警器可能损坏．②开关应先向c端闭合，移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警为止．
【答案】　(1)连线如解析图所示．　(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
13．(6分)电热毯、电饭锅是人们常用的电热式家用电器，它们一般具有加热和保温功能，其工作原理大致相同．如图13为某种电热式电器的简化电路图，主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S.
图13
(1)开关S闭合和断开时，用电器分别处于什么状态？
(2)电源电压U＝220 V，加热时用电器功率为400 W，保温时用电器功率为40 W，求R1与R2的值．
【解析】　(1)当S闭合时，R2短路，此时电路总电阻最小，由P＝知功率最大，为加热状态；当S断开时，R1、R2串联，电路总电阻最大，功率最小，为保温状态．
(2)S闭合时，处于加热状态，有Pmax＝，S断开时，处于保温状态，有Pmin＝代入数据联立解得：R1＝121 Ω，R2＝1 089 Ω.
【答案】　(1)S闭合时为加热状态，S断开时为保温状态　(2)121 Ω　1 089 Ω
14．(6分)位移传感器的应用——加速度计．加速度计是测定物体加速度的仪器，它是导弹、飞机、潜艇或宇宙飞船等制导系统的信息源．如图14为应变式加速度计的示意图，当系统加速时，加速度计中的元件A也处于加速状态，元件A由两弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，元件A的下端可在滑动变阻器R上自由滑动，当系统加速运动时，元件A发生位移并转换为电信号输出．
图14
已知元件A的质量为m，两侧弹簧的劲度系数为k，电源电动势为E，内阻不计，滑动变阻器的总电阻为R，有效长度为l，静态时输出电压为U0，试推导加速度a与输出电压U的关系式.
【解析】　设静态时滑动变阻器的滑片距左端为x，传感器的输出电压为U0＝·x＝x ①
系统向左加速时滑片右移Δx，则元件A的动力学方程为2kΔx＝ma ②
传感器的输出电压为
U＝·(x＋Δx) ③
由①②③式得a＝
若U＞U0，系统的加速度水平向左；若U＜U0，系统的加速度水平向右．
【答案】　a＝　方向向左为正
15．(6分)某同学设计了一种测定风力的装置，其原理如图15所示，迎风板与一轻弹簧的一端N相接，穿在光滑的金属杆上．弹簧是绝缘材料制成的，其劲度系数k＝1 300 N/m，自然长度L0＝0.5 m，均匀金属杆用电阻率较大的合金制成，迎风板面积S＝0.5 m2，工作时总是正对着风吹来的方向．电路中左端导线与金属杆M端相连，右端导线接住N点并可随迎风板在金属杆上滑动，且与金属杆接触良好．限流电阻的阻值R＝1 Ω，电源的电动势E＝12 V，内阻r＝0.5 Ω.
合上开关，没有风时，弹簧长度为原长度，电压表的示数U1＝3.0 V；如果某时刻由于风吹使迎风板向左压缩弹簧，电压表示数为U2＝2.0 V，求：
图15
(1)金属杆单位长度的电阻；
(2)此时作用在迎风板上的风力．
【解析】　设无风时金属杆接入电路的电阻为R1，风吹时接入电路的电阻为R2，由题意得
(1)无风时U1＝R1
得R1＝＝ Ω＝0.5 Ω
设金属杆单位长度的电阻为R′，则R′＝＝ Ω/m＝1 Ω/m.
(2)有风时U2＝R2
得R2＝＝ Ω＝0.3 Ω
此时，弹簧长度L＝＝ m＝0.3 m
压缩量x＝L0－L＝0.5 m－0.3 m＝0.2 m
则此时风力F＝kx＝1 300×0.2 N＝260 N.
【答案】　(1)1 Ω/m　(2)260 N
16. (8分)某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电转换器，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，开关及导线若干，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．
(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.
【解析】　(1)设计电路如图所示．由于要求转换器的输入电压可调节范围尽可能大，所以左侧电路采用分压式电路．
(2)测量步骤与结果：
①调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零；
②将砝码放在转换器上，记下输出电压U0；
③将待测物放在转换器上，记下输出电压U.
由U0＝km0g得k＝
U＝kmg，所以m＝m0.
【答案】　见解析