第六章 传感器 单元测试题 Word版含答案

第六章传感器检测(B)
(时间:90分钟　满分:100分)
一、选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分。在每小题给出的四个选项中,1 6题只有一个选项符合题目要求,7 10题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错或不选的得0分)
1.基于巨磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的技术,被认为是纳米技术的第一次真正应用。在下列有关其他电阻应用的说法错误的是(　　)
A.热敏电阻可应用于温度测控装置中
B.光敏电阻是一种光电传感器
C.电阻丝可应用于电热设备中
D.电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用
解析温度测控装置是应用热敏电阻的阻值随温度的改变而改变的特性,光电传感器是利用光敏电阻的阻值随光照强度的改变而改变的特性。电热设备是利用电阻丝通电时发热的特性,所以A、B、C说法都是正确的。而电阻在电路中既通过直流也能通过交流,所以D项的说法是错误的。
答案D
2.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P、Q间距增大过程中,由C,选项A错误;由于电容器两端电压始终等于电源电动势,由Q=CU可以判断电容器两极板所带的电荷量变小,电容器放电,放电电流由M流向N,则M点电势高于N点电势,选项B、C错误,D正确。
答案D
3.
如图所示,一种自动跳闸的闸刀开关,O是转动轴,A是绝缘手柄,C是闸刀卡口,M、N接电源线,闸刀处于垂直纸面向里、磁感应强度B=1 T的匀强磁场中,C、O间距离为10 cm。当磁场力为0.2 N时,闸刀开关会自动跳开。则要使闸刀开关能跳开,CO中通过的电流的大小和方向为(　　)
A.电流方向C→O　　　　B.电流方向O →C
C.电流大小为1 A D.电流大小为0.5 A
解析根据左手定则,电流方向O →C,则B正确,A错误。由F=BIl得I=2 A,则C、D均错误。
答案B
4.图甲为在温度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 Ω,R2=10 Ω,R3=40 Ω,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接触,恒温箱内的电热丝发热,使箱内温度升高;当a、b端电压Uab>0时,电压鉴别器会令开关S断开,停止加热,则恒温箱内的温度可保持在(　　)
甲
乙
　　　　　　　　　　　　　　　　
A.10 ℃ B.20 ℃
C.35 ℃ D.45 ℃
解析由题意可知Uab=0(即U1=U3或U2=UT)时,恒温箱内电阻丝停止加热,由对称性可RT=20 Ω,由题图乙可知对应的温度为35 ℃,应选C。
答案C
5.
如图所示,大型电子地磅电路图,电源电动势为E,内阻不计,不称物体时,滑片P在A端,滑动变阻器接入电路的有效电阻最大,电流最小;称物体时,在压力作用下滑片P下滑,滑动变阻器的有效电阻变小,电流变大。这样把电流对应的重力值刻在刻度盘上,就可以读出被称物体的重力值。若滑动变阻器上A、B间距离为L,最大阻值等于定值电阻的阻值R0,已知两弹簧的总弹力与形变量成正比,比例系数为 ,则所称重物的重力G与电流大小I的关系为(　　)
A.G
C.G
解析物体放在磅上时,弹簧压缩量为Δx,则 Δx=mg,滑动变阻器电阻变化Rx,RxIE=G=mgA正确。
答案A
6.
在如图所示的电路中,电池的电动势为E,内阻为r,R1为金属电阻、R2为光敏电阻、R3为负温度系数的热敏电阻。设电流表A的读数为I,电压表V1的读数为U1,电压表V2的读数为U2,三个电阻中仅有一个电阻的阻值发生变化,则下列分析正确的是(　　)
A.给R1升温,I变小,U1变小
B.用光照R2,I变小,U2变大
C.给R3降温,I变大,U1变大
D.给R1降温,I变小,U1变小
解析金属电阻R1随温度升高其电阻值增大,光敏电阻R2随光照强度加大其电阻值减小,热敏电阻R3随温度升高其电阻值减小。当给R1升温时,电阻增大,外电路电阻增大,路端电压增大,通过R2和R3的电流增大,则U1和U2均增大,因干路电流减小,而R2支路电流反而增大,故通过R1的电流I必定减小,A错;当用光照R2时,电阻减小,外电路电阻减小,路端电压减小,通过R1的电流I减小,因干路电流增大,故通过R2和R3的电流增大,则U2增大,而路端电压U=U1+U2减小,故U1减小,B对;当给R3降温时,电阻增大,外电路电阻增大,路端电压增大,通过R1的电流I增大,因干路电流减小,故通过R2和R3的电流减小,则U1减小,而路端电压U=U1+U2增大,故U2增大,C错;当给R1降温时,外电路电阻减小,路端电压减小,通过R2和R3的电流减小,则U1和U2均减小,因干路电流增大,故通过R1的电流I必定增大,D错。
答案B
7.
电吉他之所以能以其独特的魅力吸引较多的音乐爱好者,是因为它的每一根琴弦下面都安装了一种叫作“拾音器”的装置,能将琴弦的振动转化为电信号,电信号经扩音器放大,再经过扬声器就能播出优美的音乐。如图是“拾音器”的结构示意图,多匝绕制的线圈置于永久磁铁与钢质的琴弦之间,当琴弦沿着线圈振动时,线圈中就会产生感应电流。关于感应电流,下列说法正确的是 (　　)
A.琴弦振动时,线圈中产生的感应电流是变化的
B.琴弦振动时,线圈中产生的感应电流大小变化,方向不变
C.琴弦振动时,线圈中产生的感应电流大小和方向都会发生变化
D.琴弦振动时,线圈中产生的感应电流大小不变,方向变化
解析由题意及题图可知,电吉他是利用振动的钢质琴弦使线圈切割磁感线而产生感应电流,再将该电流放大并与扩音器相连从而发出声音,属于法拉第电磁感应现象。因琴弦在振动时速度的大小和方向均变化,故感应电流不是恒定的,故A、C正确。
答案AC
8.
如图所示,RT为正温度系数热敏电阻,R1为光敏电阻,R2和R3均为定值电阻,电源电动势为E,内阻为r,V为理想电压表,现发现电压表示数增大,可能的原因是(　　)
A.热敏电阻温度升高,其他条件不变
B.热敏电阻温度降低,其他条件不变
C.光照增强,其他条件不变
D.光照减弱,其他条件不变
解析电压表示数增大,而R3为定值电阻,说明流经R3的电流增大,由电路结构可知,这可能是由于RT减小或R1增大,由热敏电阻和光敏电阻特性知,可能是由于温度降低或光照减弱,故B、D正确,A、C错误。
答案BD
9.
为了测量储罐中不导电液体的高度,将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容器C置于储罐中,电容器可通过开关S与线圈L或电源相连,如图所示。当开关从a拨到b时,由L与C构成的回路中产生周期T=2
A.电容器的电容减小
B.电容器的电容增大
C.LC回路的振荡频率减小
D.LC回路的振荡频率增大
解析平行板电容器的电容C,极板间不导电液体的相对介电常数比原来的空气的相对介电常数要大,电容C增大,A错误,B正确;f,C正确,D错误。
答案BC
10.某同学设计的家庭电路保护装置如图所示,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S,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(　　)
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S将被电磁铁吸起
D.地面上的人接触火线发生触电时,开关S将被电磁铁吸起
解析由于线圈L1用零线和火线双线绕制而成,正常情况下零线和火线中的电流等大反向,线圈L1内产生的磁场相互抵消,线圈L2中磁通量为零,选项A正确;当家用电器增多时,通过零线和火线的电流同时增大,合磁场仍为零,即线圈L2中磁通量不变,仍为零,选项B正确;家庭电路发生短路时造成通过零线和火线的电流同时增大,线圈L2中磁通量不变,不会产生感应电流,开关S也不会被电磁铁吸起,选项C错误;地面上的人接触火线时,火线和大地构成闭合回路,零线中电流小于火线,此时线圈L1产生变化的磁场,引起线圈L2中磁通量变化产生感应电流,电磁铁线圈有电流通过,产生磁性,将开关S吸起,选项D正确。
答案ABD
二、填空题(本题共2小题,每小题8分,共16分)
11.
电动机的自动控制电路如图所示,其中RT为热敏电阻,RL为光敏电阻。当温度升高时,RT的阻值远小于R1;当光照射RL时,其阻值远小于R2。为使电动机在温度升高或受到光照时能自动启动,电路中虚线框内应选　　　　门逻辑电路;若要提高光照时电动机启动的灵敏度,可以　　　　(选填“增大”或“减小”)R2的阻值。?
解析增大R2时,R2两端的电压增大,即电动机两端的电压增大,电动机更容易启动。
答案或　增大
12.某同学利用定值电阻R0、电阻箱R1等实验器材测量电池a的电动势和内阻,实验装置如图甲所示,实验时多次改变电阻箱的阻值,记录外电路的总电阻阻值R,用电压传感器测得端电压U,并在计算机上显示出如图乙所示
(1)由图线a可知电池a的电动势Ea=　　　 V,内阻ra=　　　　 Ω。?
(2)若用同一个电阻R先后与电池a及电池b连接,则两电池的输出功率Pa　　　　Pb,两电池的效率ηa　　　　ηb。(均选填“大于”“等于”或“小于”)?
解析(1)由闭合电路欧姆定律得,E=U·r,整理得
将题图乙中的数据代入上式可得
Ea=2 V,ra=0.5 Ω。
(2)由题图乙中的两图线可知,当R相同
即Ua电池的效率η
由题图乙可知,raηb。
答案(1)2　0.5　(2)小于　大于
三、论述、计算题(本题共4小题,共44分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤,有数值计算的题,答案中必须明确写出数值和单位)
13.
(10分)某同学设计了一路灯控制装置如图所示,RG为光敏电阻,光照射RG时,RG变小。白天时,继电器J两端电压是较大还是较小?要使路灯比平时早一些时间亮起来,应如何调节R1?
解析白天时,RG受光照射,阻值小,则A处为高电平,Y处为低电平,J两端电压很小,不工作;晚上,光照弱,RG大,A处电平降低,Y处输出高电平,J工作,要使灯早亮,应使A处的低电平早出现,所以应减小R1。
答案较小　减小R1
14.(12分)为了节能和环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为lx)。某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表:
照度/lx
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻/ Ω
75
40
28
23
20
18
(1)根据表中数据,请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线,并说明阻值随照度变化的特点;
(2)
如图所示,当1、2两端所加电压上升至2 V时,控制开关自动启动照明系统。请利用下列器材设计一个简单电路,给1、2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统,在虚线框内完成电路原理图。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)
提供的器材如下:
光敏电阻RP(符号,阻值见上表);
直流电源E(电动势3 V,内阻不计);
定值电阻:R1=10 Ω,R2=20 Ω,R3=40 Ω(限选其中之一并在图中标出);
开关S及导线若干。
解析(1)描绘图象应注意:各点均匀分布在图线两侧,且图线应用平滑曲线,而不能成为各点的连线。图线为曲线且为非线性变化。
(2)电源电动势为3 V,当光敏电阻为20 Ω时,分得电压2 V。u·E,R1=10 Ω。
答案(1)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图所示。
特点:光敏电阻的阻值随光照度的增大非线性减小。
(2)电路原理图如图所示。
15.(10分)
右图是检测某传感器的电路图。传感器上标有“3 V　0.9 W”的字样(传感器可看作一个纯电阻),滑动变阻器R0上标有“10 Ω　1 A”的字样,电流表的量程为0.6 A,电压表的量程为3 V。
(1)求传感器的电阻和额定电流;
(2)为了确保电路各部分的安全,在a、b之间所加的电源电压最大值是多少?
(3)如果传感器的电阻变化超过标准值1 Ω,则该传感器就失去作用。实际检测时,将一个恒压电源加在图中a、b之间。闭合开关S,通过调节R0来改变电路中的电流和R0两端的电压。检测记录如下:
电压表示数U/V
电流表示数I/A
第一次
1.48
0.16
第二次
0.91
0.22
若不计检测电路对传感器电阻的影响,通过计算分析,你认为这个传感器是否仍可使用?此时a、b所加的电压是多少?
解析(1)传感器的电阻RΩ=10 Ω
传感器的额定电流IA=0.3 A。
(2)最大电流I=I传=0.3 A
电源电压最大值Um=U传+U0,
U传为传感器的额定电压,
U0为R0m=10 Ω时R0两端的电压,即
U0=I传R0m=0.3×10 V=3 V,
Um=U传+U0=3 V+3 V=6 V。
(3)设实验检测时加在a、b间的电压为U,传感器的实际电阻为R传',根据第一次实验记录数据有
U=I1R传'+U1
根据第二次实验记录数据有U=I2R传'+U2
代入数据解得R传'=9.5 Ω,U=3 V
传感器的电阻变化为
ΔR=R传-R传'=10 Ω-9.5 Ω=0.5 Ω<1 Ω,
所以此传感器仍可使用。
答案(1)10 Ω　0.3 A　(2)6 V　(3)见解析
16.(12分)利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器,广泛应用于测量和自动控制等领域。
如图甲所示,将一金属或半导体薄片垂直置于磁场B中,在薄片的两个侧面a、b间通以电流I时,另外两侧c、f间产生电势差,这一现象称为霍尔效应。其原因是薄片中移动的电荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累,于是c、f间建立起电场EH,同时产生霍尔电势差UH。当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时,EH和UH达到稳定值,UH的大小与I和B以及霍尔元件厚度d之间满足关系式UH=R
(1)设半导体薄片的宽度(c、f间距)为l,请写出UH和EH的关系式;若半导体材料是电子导电的,请判断图甲中c、f哪端的电势高;
(2)已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为n,电子的电荷量为e,请导出霍尔系数RH的表达式(通过横截面积S的电流I=nevS,其中v是导电电子定向移动的平均速率);
(3)图乙是霍尔测速仪的示意图,将非磁性圆盘固定在转轴上,圆盘的周边等距离地嵌装着m个永磁体,相邻永磁体的极性相反。霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近。当圆盘匀速转动时,霍尔元件输出的电压脉冲信号图象如图丙所示。
a.若在时间t内,霍尔元件输出的脉冲数目为P,请导出圆盘转速N的表达式。
b.利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程。除此之外,请你展开“智慧的翅膀”,提出另一个实例或设想。
解析(1)UH=EHl;c端电势高。
(2)由UH=R
得RH=U
当电场力与洛伦兹力相等时,eEH=evB
得EH=vB ③
又I=nevS ④
将③④代入②,得
RH=vB
(3)a.由于在时间t内,霍尔元件输出的脉冲数目为P,
则P=mNt
圆盘转速为N
b.提出的实例或设想合理即可。
答案(1)UH=EHl;c端电势高　(2)RH