第2节 传感器的应用
一、选择题
1．街道旁的路灯、江海里的航标灯都要求夜晚亮、白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的( )
A．压敏性 B．光敏性
C．热敏性 D．三特性都利用了
解析：选B 分析题意可知，要求航标灯夜晚亮、白天熄．通过光来控制电路电流的变化，所以电路中必须存在光传感器，通过光传感器来实现自动控制，利用半导体的光敏性，B选项正确．
2．(多选)关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是( )
A．应变片是由导体材料制成
B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小
C．传感器输出的是应变片上的电压
D．外力越大，输出的电压差值也越大
解析：选BD 应变片多用半导体材料制成，A错误；传感器输出的是上、下两应变片上的电压差，并且随着外力的增大，输出的电压差值也就越大，C错误；B、D正确．
3．有一种在光照增强或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，下列说法正确的是( )
A．两个传感器都是光电传感器
B．两个传感器分别是光电传感器和温度传感器
C．两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器
D．只有光照和温度都适合时排气扇才能工作
解析：选B 题中提到光照增强或温度升高时排气扇都能启动，由此可见两个传感器一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇自动工作只需光照和温度其中一个满足条件即可，A、C、D错误，B正确．
4．一台电风扇，只有白天有人接近时，电风扇才转动，实现这一功能所需要的传感器为( )
A．声传感器和温度传感器
B．光照传感器和红外线传感器
C．温度传感器和触发传感器
D．声传感器和触发传感器
解析：选B 传感器的作用是将温度、力、光、声音等非电学量转换为电学量．分析题干信息可知，白天电风扇才转动，说明和光传感器有关；有人接近时，电风扇才转动，说明与人体向外辐射的红外线有关，即红外线传感器，B选项正确．
5.惯性制导系统已广泛应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．加速度计构造原理的示意图如图所示，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均为k的弹簧相连；两弹簧的另一端与固定壁相连．滑块原来静止，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( )
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
解析：选D 当指针向左偏离O点的距离为s时，与滑块相连的左边弹簧被压缩s，右边弹簧被拉伸s，因而弹簧对滑块的弹力的大小均为ks，且方向均水平向右，即滑块受到的合力大小为2ks，方向水平向右．由牛顿第二定律可知D正确．
6．(多选)如图所示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，应使调温旋钮下移一些
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 常温时，电熨斗上下触点是接触的；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，反之，则应使调温旋钮上移一些，A、B、D正确，C错误．
7.(多选)如图所示为握力器原理示意图，握力器把手上的连杆与弹簧一起上下移动，握力的大小可通过一定的换算关系由电流表的示数获得．当人紧握握力器时，如果握力越大，下列判断正确的有( )
A．电路中电阻越大 B．电路中电阻越小
C．电路中电流越小 D．电路中电流越大
解析：选BD 分析电路图可知，握力越大，滑动变阻器接入电路的电阻越小，外电路总电阻越小，根据闭合电路欧姆定律可知，电路中电流越大，B、D选项正确．
8．关于电磁灶的加热原理，下列说法正确的是( )
①电磁灶加热与微波炉加热原理是一样的
②电磁灶是利用电磁感应原理制成的
③电磁灶是热量从灶口传递给锅中的食物达到加热的目的
④电磁灶工作时，灶不会生热
A．②④ B．①③
C．①② D．②③
解析：选A 电磁灶里面的线圈中变化的电流，产生变化的磁场，从而形成涡流，根据电流的热效应进行加热，电磁灶工作时，灶不会生热，故③错误，④正确；微波炉是接通电路后，220 V交流电经变压器变压，在次级产生3.4 V低压交流电对磁控管加热，同时在另一次级产生2 000 V高压电，经镇流系统加到磁控管的阴、阳两极之间，使磁控管产生微波，微波输送至金属制成的加热器(炉腔)，被来回反射，微波的电磁作用使食物内的分子高频运动，从而使食物受热，故①错误，②正确．所以A正确，B、C、D错误．
9.(多选)一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度t变化的关系如图中实线①所示，由于环境温度以及熨烫的衣物厚度、干湿不同，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BaTiO3被称为“PTC”的特殊材料作发热元件的电熨斗．PTC材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示．根据图线分析可知( )
A．原处于冷态的PTC电熨斗比普通电熨斗升温快
B．PTC电熨斗能自动控制温度，温度稳定在T0～T6之间
C．PTC电熨斗能自动控制温度，温度稳定在T6～T7之间
D．PTC电熨斗不能自动控制温度
解析：选AC 分析图象可知，处于冷态的PTC电熨斗电阻很小，根据功率公式可知，P＝，电功率较大，故原处于冷态的PTC熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快，A选项正确；在T6温度以下范围时，电阻较小，发热功率较大，升温快，在T7温度以上时，电阻较大，发热功率较小，降温快，故PTC电熨斗能够自动控制温度，温度稳定在T6～T7范围之间，C选项正确，B、D选项错误．
10．(多选)有一种测量人体重的电子秤，其原理如图中虚线内所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)．设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3 A，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，电阻R随压力变化的函数式为R＝30－0.01F(F和R的单位分别是N和Ω)．下列说法正确的是( )
A．该秤能测量的最大体重是1 400 N
B．该秤能测量的最大体重是2 800 N
C．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处
D．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.400 A处
解析：选BC 分析题意可知，理想电流表的量程为3 A，故电路中电流为3 A时，电子秤测量的体重最大，根据闭合电路欧姆定律可知，I＝，解得R＝2 Ω，其中R＝30－0.01F，联立解得F＝2 800 N，A选项错误，B选项正确；踏板空载时F＝0，代入R＝30－0.01F，解得R＝30 Ω，根据欧姆定律得，I＝0.375 A，该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处，C选项正确，D选项错误．
二、非选择题
11.如图是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置．其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端．当油箱中油量减少时，电压表的示数将如何变化？
解析：由题图可知，当油箱内液面高度变化时，R的金属滑片将会移动，从而引起R′两端电压的变化．当油量减少时，R的数值会增大，电路中的电流会减小，c、d间的电压会减小．
答案：减小
12．同学们在研究传感器特点时，做了如下两个实验：
(1)利用传感器和计算机可以研究快速变化力的大小，实验时，把图甲中的小球举高到绳子的悬点O处，然后让小球自由下落．用这种方法获得的弹性绳的弹力随时间变化图线如图乙所示．根据图线所提供的信息，以下判断正确的是__________．
A．t1、t2时刻小球速度最大
B．t2、t5时刻小球的动能最小
C．t3、t4时刻小球的速度相同
D．小球在运动过程中机械能守恒
(2)温度传感器是对温度敏感的元件，它将感受到的温度信号转变成测量的量(一般是电学量)，从而直接反映出其变化．某种材料的R-t图线如图丙所示．
①它________(填“能”或“不能”)作为温度传感器的感应元件．
②把这种材料制成的电阻和一个电热器串联，如图丁，可达到何种自动控制效果？
解析：(1)分析小球的运动可知，小球先做自由落体运动，当绳子出现弹力后，小球做加速度减小的加速运动，当重力等于弹力时，速度最大，弹力大于重力时，小球做加速度增大的减速运动，在最低点时，速度为零，小球做往复运动，最终处于静止状态，重力等于弹力．
对应图乙可知，t1、t3、t4、t6时刻，弹性绳处于原长，弹力为零，t2、t5时刻，弹力最大，处于最低点，速度为零，故A选项错误，B选项正确；小球运动过程中受到重力、弹力和阻力作用，t3、t4时刻小球的速度不等，小球运动过程中机械能不守恒，C、D选项错误．
(2)①分析图丙可知，该传感器电阻随温度的变化明显，可以作为温度传感器的感应元件．
②根据温度传感器的特性可知，电阻随温度的升高而增大，根据闭合电路欧姆定律可知，温度升高后，电流减小，功率减小．温度降低时，电流增大，功率增大，可以起到保持一定温度的效果．
答案：(1)B (2)①能 ②可达到使电热器保持一定温度的效果．
13．如图所示是电饭煲的电路图，S1是一个温控开关，手动闭合后，当温度达到居里点(103 ℃)时，此开关会自动断开，S2也是一个自动温控开关，当温度低于70 ℃时，会自动闭合，温度高于80 ℃时，会自动断开，红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯．分流电阻R1＝R2＝500 Ω，加热电阻丝R3＝50 Ω，两灯电阻不计．
(1)分析电饭煲的工作原理；
(2)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比．
解析：(1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态，加热到80 ℃时，S2自动断开，S1仍闭合．水烧开后，温度升到居里点103 ℃时，开关S1自动断开，这时饭
已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态．由于散热，待温度降到70 ℃时，S2自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到80 ℃时，S2又自动断开，再次处于保温状态．
(2)加热时电饭煲消耗的电功率P1＝，保温时电饭煲消耗的电功率P2＝，两式中R并＝＝ Ω＝ Ω.
从而有＝＝＝.
答案：(1)见解析 (2)12∶1
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