第六章 传感器 单元测试 Word版含解析

阶段性测试题三
第六章　传感器
(时间：90分钟　满分：100分)
第Ⅰ卷(选择题，共44分)
一、选择题(本大题共11小题，每小题4分，共44分)
1．传感器是指这样一类元件：它能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量或转化为电路的通断．下列器件不能作为传感器的是(　　)
A．发光二极管　　　　　　　 B．话筒
C．霍尔元件 D．光敏电阻
解析：传感器具有把非电学量转换为电学量的特性，发光二极管具有单向导电性，不能作为传感器，A选项正确；话筒把声音信号转换为电信号，属于传感器，B选项错误；霍尔元件把磁信号转换为电信号，属于传感器，C选项错误；光敏电阻把光信号转换为电信号，属于传感器，D选项错误．
答案：A
2．(多选)(2017·成都期中)如图所示是一种延迟开关，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通，当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放，则下列说法正确的是(　　)
A．由于A线圈的电磁感应作用，才产生延迟释放D的作用
B．由于B线圈的电磁感应作用，才产生延迟释放D的作用
C．如果断开B线圈的开关S2，无延迟作用
D．如果断开B线圈的开关S2，延迟将变长
解析：当S1断开时，穿过线圈B的磁通量变小，根据楞次定律可知，线圈B中产生感应电流，电磁铁F中仍有磁性，出现延迟一段时间才被释放．即由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用，A选项错误，B选项正确；若断开B线圈的开关S2，当S1断开时，F中磁性马上消失，没有延时功能，C选项正确，D选项错误．
答案：BC
3．(多选)振弦型频率传感器的结构如图所示，它由钢弦和永磁铁两部分组成，钢弦上端用固定夹块夹紧，下端的夹块与一膜片相连接，当弦上的张力越大时，弦的固有频率越大．这种装置可以从线圈输出电压的频率确定膜片处压力的变化．下列说法正确的是(　　)
A．当软铁块与磁铁靠近时，a端电势高
B．当软铁块与磁铁靠近时，b端电势高
C．膜上的压力较小时，线圈中感应电动势的频率高
D．膜上的压力较大时，线圈中感应电动势的频率高
解析：当软铁块靠近磁铁时，软铁会磁化，线圈中的磁通量增加，根据楞次定律可得，b端电势比a端电势高，A选项错误，B选项正确；膜上压力越小时，钢弦上的张力越大，振动频率越高，线圈中感应电动势的频率越高，C选项正确，D选项错误．
答案：BC
4．如图所示是一种水位自动报警器的原理示意图，当杯中的水的水位到达金属块B时，出现的情况是(　　)
A．L1灯亮 B．L2灯亮
C．L1、L2两灯同时亮 D．L1、L2 两灯都不亮
解析：由电路结构可以看出，当杯中的水位到达B时，左端电路被接通，这样螺线管就产生磁场，相当于一个磁铁，对与弹簧相连的金属片产生吸引作用，使之向下移动，这样L2电路被接通．
答案：B
5．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ρ的变化而变化，已知其电阻的倒数与一氧化碳浓度成正比．将传感器接在如图所示的电路中，已知R1、R2为定值电阻，观察电表示数的变化，就能判断一氧化碳浓度的变化情况，下列判断正确的是(　　)
A．电压表读数增大时，电流表读数增大，浓度ρ增大
B．电压表读数减小时，电流表读数减小，浓度ρ增大
C．电压表读数增大时，电流表读数减小，浓度ρ减小
D．电压表读数减小时，电流表读数增大，浓度ρ減小
解析：氧化锡传感器阻值的倒数与一氧化碳浓度成正比，一氧化碳浓度减小时，传感器电阻变大，电路总电阻变大，干路电流变小，即电流表读数减小，路端电压变大，定值电阻R1两端电压变小，传感器两端电压变大，即电压表读数增大，C选项正确，D选项错误；同理一氧化碳浓度增大时，电流表读数增大，电压表读数减小，A、B选项错误．
答案：C
6．(多选)唱卡拉OK用的动圈式话筒，它的工作原理是在弹性膜片后面黏接一个轻小的闭合金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号．下列说法正确的是(　　)
A．该话筒是根据电流的磁效应工作的
B．该话筒是根据电磁感应原理工作的
C．膜片振动时，穿过线圈的磁通量不变
D．膜片振动时，金属线圈中产生感应电流
解析：动圈式话筒的工作原理是电磁感应现象，声波是膜片振动时，线圈随之振动，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流，即将声音信号转变为电信号，B、D选项正确．
答案：BD
7．(2017·湖南师范大学月考)如图所示为小型电磁继电器的构造示意图，其中L为含铁芯的线圈，P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱，断电器与传感器配合，可完成自动控制的要求，对其工作方式有下列判断：
①A、B间接控制电路，C、D间接被控电路
②A、B间接被控电路，C、D间接控制电路
③流过L的电流减小时，C、D间电路断开
④流过L的电流增大时，C、D间电路断开
以下组合的两项都正确的是(　　)
A．①③ B．②④
C．①④ D．②③
解析：分析题意可知，A、B间接控制电路，电流流过电磁铁，产生磁性，把衔铁吸下，触头S接通，C、D间被控电路，①正确，②错误；流过电磁铁L的电流减小时，磁性较弱，衔铁不能吸下，触头S断开，C、D间电路断开，③正确，④错误．A选项正确．
答案：A
8．(多选)如图所示，用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是(　　)
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
解析：严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，A对，B错；LDR由半导体材料制成，受光照影响电阻会发生变化，C错；白天和晚上自然光强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，D对．
答案：AD
9．如图所示，宽度为d、厚度为h的导体放在垂直于它的磁感应强度为B 的匀强磁场中，当电流通过该导体时，在导体的上、下表面之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应．实验表明：当磁场不太强时，电势差U、电流I和磁感应强度B的关系为U＝k，式中的比例系数k称为霍尔系数．设载流子的电量为q，下列说法正确的是(　　)
A．载流子所受静电力的大小F＝q
B．导体上表面的电势一定大于下表面的电势
C．霍尔系数为k＝，其中n为导体单位长度上的电荷数
D．载流子所受洛伦兹力的大小F洛＝，其中n为导体单位体积内的电荷数
解析：电流通过该导体时，在导体的上、下表面之间会产生电势差，载流子所受静电力的大小为F＝q，A选项错误；载流子的电性未知，不能判断导体上、下表面的电势高低，B选项错误；载流子处于平衡状态，qvB＝q，根据电流的微观表达式I＝nqSv，解得U＝，其中S＝hd，得U＝＝k，故k＝，其中n为导体单位体积上的电荷数，C选项错误；载流子所受洛伦兹力的大小F洛＝qvB＝，D选项正确．
答案：D
10．(2016·浙江高考)如图所示为一种常见的身高体重测量仪．测量仪顶部向下发射波速为v的超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发射和接收的时间间隔．质量为M0的测重台置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比．当测重台没有站人时，测量仪记录的时间间隔为t0，输出电压为U0，某同学站上测重台，测量仪记录的时间间隔为t，输出电压为U，则该同学的身高和质量分别为(　　)
A．v(t0－t)，·U
B.v(t0－t)，·U
C．v(t0－t)，·(U－U0)
D.v(t0－t)，·(U－U0)
解析：根据运动学公式可知，测重台没有站人时，测量仪顶部到底部的高度h1＝v×t0，测重台站人时，测量仪顶部到同学头顶的高度h2＝v×t，该同学的身高h＝h1－h2＝v(t0－t)．
输出电压与作用在其上的压力成正比，U0＝kM0g，U＝k(M0＋M)g，联立解得该同学的质量M＝·(U－U0)，D选项正确．
答案：D
11．如图1所示是某同学设计的电容式速度传感器原理图，其中上板为固定极板，下板为待测物体．在两极板间电压恒定的条件下，极板上所带电量Q将随待测物体的上下运动而变化．若Q随时间t的变化关系为Q＝(a、b为大于零的常数)，其图象如图2所示，那么图3、图4中反映极板间场强大小E和物体速率v随t变化的图线可能是(　　)
A．①和③　 B．①和④　　
C．②和③　 D．②和④
解析：由Q＝和Q＝CU可知C∝，又平行板电容器电容C与两极板之间的距离d成反比，所以d∝t＋a，因此物体速率v随时间t变化的图象可能是③.因为两极板间电压恒定，由E＝知，E∝，所以图3中反映极板间电场强度大小E的图象可能是②；综合上述分析可知正确选项是C.
答案：C
第Ⅱ卷(非选择题，共56分)
二、实验题(本题包括2小题，共12分)
12．(6分)(2017·延边州期中)按如图所示连接好电路，合上S，发现小灯泡不亮，原因是_____________；用电吹风对NTC热敏电阻吹一会，会发现小灯泡______________，原因是_________________；停止吹风，会发现________________；把热敏电阻放入冷水中会发现_____________________．
解析：分析电路可知，合上S，电路被接通，电磁铁产生磁性，吸引衔铁，使触点接触，小灯泡发光，如果发现小灯泡不亮，原因是热敏电阻太大，导致电路中的电流太小，电磁铁的磁性较弱，无法吸住衔铁．
用电吹风对NTC热敏电阻吹一会，热敏电阻的温度升高，电阻减小，流过电磁铁的电流增大，电磁铁的磁性增加，从而吸住衔铁，小灯泡发光．
当停止吹风时，温度渐渐下降，热敏电阻阻值渐渐增大，流过电磁铁的电流慢慢减小，灯泡慢慢熄灭．
若热敏电阻放入冷水中，温度突然下降，热敏电阻阻值突然增大，小灯泡立刻熄灭．
答案：由于热敏电阻阻值较大，左侧电路电流较小，电磁铁磁性较弱吸不住衔铁　变亮　电吹风对热敏电阻加热使其阻值变小，电路中电流增大，电磁铁吸住衔铁　小灯泡不会立即熄灭　小灯泡立刻熄灭
13．(6分)如图所示是饮水器的自动控制电路．左边是一个在水温较低时对水加热的容器，内有密封绝缘的电热丝发热器和接触开关S1.只要有水浸没S1，电路就会导通；水面低于S1时，不会加热．
(1)Rx是一个热敏电阻，低温时呈现高电阻，右边P是一个________(选填“与”、“或”、“非”)逻辑门，接在0～5 V电源之间，图中J是一个继电器，可以控制发热器工作与否．Ry是一个可变电阻，低温时Rx应________Ry(选填“远大于”或“远小于”)．
(2)请阐述饮水机的自动加热原理：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________.
解析：(1)电路元件P存在两个输入端，同时满足水温较低和水浸没S1两个条件，发热器才会工作，P应该为与门，低温时输入端A应该输入高电位，此时Rx应远大于Ry.
(2)饮水机的自动加热原理是：当水温较低时，Rx阻值较大，A为高电势，且有水浸没S1，B也为高电势，则QC之间才有高电压输出，电磁继电器有电流通过，将吸动S2闭合，发热器工作．
答案：(1)与　远大于　(2)当水温较低时，Rx阻值较大，A为高电势，且有水浸没S1，B也为高电势，则QC之间才有高电压输出，电磁继电器有电流通过，将吸动S2闭合，发热器工作
三、计算题(本大题共4小题，共44分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的题要注明单位)
14．(10分)(1)用如图所示的传感器可以测物体的位移，说明它的工作原理是什么？
(2)电子电路中常用到一种称为“干簧管”的元件，
它的结构是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片，如图所示，它是传感器吗？
解析：(1)它可以将位移变化转化为电容信号，当物体向左运动时，电容增大；向右运动时，电容减小．
(2)它是传感器，可以感知磁场．
玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片，当存在磁场时，如条形磁体靠近，两个簧片被磁化而相互吸引接触，灯泡就发光，因此能感知磁场的存在．
答案：见解析
15．(12分)温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家电产品中，它是利用热敏电阻的阻值随温度而变化的特性工作的．在图甲中，电源的电动势E＝9.0 V，内电阻可忽略不计；G为灵敏电流表，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙的R-t图线所示，闭合开关，当R的温度等于20 ℃时，电流表示数I1＝2 mA；当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻R的温度是多少？
解析：温度为20 ℃时R值为4 kΩ，由I＝得Rg＝500 Ω，若I＝3.6 mA，又可得R＋Rg＝2.5 kΩ，则R＝2 kΩ，根据图乙得，此时温度为120 ℃.
答案：120 ℃
16．(10分)某种电饭锅的工作原理图如图所示，煮饭时开关S是闭合的，红色指示灯亮；饭熟后(当时的温度大约为103 ℃)保护开关S自动断开，黄灯亮．
(1)电阻R1的作用是保护红色指示灯不致因电流过大而烧毁，与电饭锅发热板的等效电阻相比，二者大小应有什么关系？为什么？
(2)通常情况下用这种电饭锅烧水时，它的自动断电功能是否起作用？为什么？
解析：(1)R1应该远大于发热板的等效电阻．因为R1和红灯只起指示作用，消耗的电功率应远小于发热板的功率，两者又是并联接入电路的，电压相同，所以流过R1和红灯的电流应远小于流过发热板的电流，因此R1应该远大于发热板的等效电阻．
(2)水沸腾时的温度为100 ℃，烧开时水温不会达到103 ℃，所以自动断电功能不起作用．
答案：见解析
17．(12分)如图所示为某同学自制的电子秤原理图：粗细均匀的电阻棒尺(每厘米长的电阻为1 Ω)竖直放置，其总长度L＝10 cm，电源电动势E＝6 V，内阻r＝1 Ω，保护电阻R0＝4 Ω，托盘连接在竖直放置、下端固定的轻弹簧上端，其质量m0＝0.1 kg，水平金属轻杆一端连接弹簧上端、一端通过滑片与电阻棒接触．当托盘内不放物体静止时，弹簧的形变量x＝1 cm，轻杆的滑片刚好与电阻棒上端接触．若电路各处接触良好、导线及轻杆电阻不计、弹簧的形变始终未超过限度、轻杆只能上下平移，g取10 m/s2.求：
(1)弹簧的劲度系数k；
(2)该电子秤能称出的最大物体质量m及对应的理想电压表 V的示数U.
解析：(1)托盘质量m0＝0.1 kg，当托盘内不放物体静止时，弹簧的形变量x＝1 cm，根据平衡条件得mg＝kx，解得k＝＝100 N/m.
(2)当电子秤称量物体质量最大时，滑片位于最下端，弹簧压缩10 cm，根据受力平衡可知，最大物体质量m＝＝1 kg，电压表测量滑动变阻器R两端电压，U＝·E＝4 V.
答案：(1)100 N/m　(2)m＝1 kg　 U＝4 V