第五章第3节大显身手的传感器

第3节 大显身手的传感器
课时训练
1．下列说法正确的是
A．金属导体的电阻率随温度增加而减小
B．半导体的电阻率随温度增加而增大
C．用半导体制成的热敏电阻，可以作为测温元件
D．用半导体制成的光敏电阻，可以起到开关的作用
2．下列说法不正确的是
A．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号
B．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断
Ｃ．电子秤所使用的测力装置是力传感器
Ｄ．热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量
3．如图5.3-4所示，R 1为定值电阻，R 2为负温度系数的热敏电阻（负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻），L为小灯泡，当温度降低时
A．R 1两端的电压增大 B．电流表的示数增大
C．小灯泡的亮度变强 D．小灯泡的亮度变弱
4．如图5.3-5所示，将万用表的选择开关置于“欧姆档”，再将电表的两支表笔与NTC（负温度系数）热敏电阻Rt的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间。若往Rt上擦一些酒精，表针将向＿＿＿＿（填“左”或“右”移动）；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向＿＿＿＿（填“左”或“右”移动）。
5．如图5.3-6所示为半导体材料做成的热敏电阻随温度变化的曲线，用热敏电阻和继电器做成温控电路。
（1）简要分析温控电路的工作过程:_____________________________ __
_____________________________________________________________________________。
(2)设继电器的线圈电阻为50Ω，继电器线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合，左侧电源的电动势为6V，内阻可以不计，试问温度满足什么条件时，右侧的小灯泡会发光？
6．如图5.3-7甲为在10℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理图，箱内的电阻R1=2kΩ，R2=1.5kΩ，R3=4kΩ，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；当时，电压鉴别器使S断开，停止加热。则恒温箱内的温度约恒定在 ℃。
7．用如图5.3-8所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度。该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器．用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出。现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后。汽车静止时，传感器a、b在的示数均为 10 N（取g=10 m／s2）。
（1）若传感器a的示数为 14 N、b的示数为6.0 N，求此时汽车的加速度大小和方向。
（2）当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零。
8．如图5.3-9所示，一条形磁铁置于水平转台上随转台一起作匀变速转动，一磁传感器位于转台边缘。从而可以获得传感器所在位置的磁感应强度随时间的变化曲线如图。图中横坐标为时间轴，读数为3秒/每格，纵坐标为磁感应强度。求：（1）请类比平均速度的定义方法，定义平均角速度，并求出转台在测量期间的平均角速度；（2）请类比加速度的定义方法，定义角加速度，并求出转台的角加速度。
参考答案：
1. 答案：CD
2. 答案：CD
3. 答案：C（R 2与灯L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，当热敏电阻温度降低时，电阻R 2增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，灯 L电压增大，灯泡亮度变强，R1两端电压减小，故 C正确，其余各项均错）
4. 解析：若往Rt上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻Rt温度降低，电阻值增大，所以电流减少，指针应该向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻Rt温度升高，电阻值减少，电流增大，指针向右偏。
答案：左　右
5. 答案：（1）温度升高，热敏电阻的阻值变小，继电器线圈中的电流增加。温度升高到一临界值t0时，继电器线圈中的电流将达到或超过继电器的动作电流时，继电器将吸合，右侧电路接通，小灯泡发光，当温度低于t0时，继电器线圈中的电流小于动作电流，右侧电路断开，小灯泡不亮。（2）当t≥t0=50℃时，右侧小灯泡发光。
6. 解析：通过审题可知是一个电压的临界点，对应着开关S的动作，而开关的动作对应着温度的上升或下降。由电路分析可知，在R1、R2、R3给定的条件下，热敏电阻Rt的阻值决定了的正负。设电源负极的电势为零，则，，其中U为电源的路端电压，令即，则可得，代入数据得=3 kΩ，查表得对应的温度为25℃。
7. 分析：传感器上所显示出的力的大小，即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知，此即为弹簧上的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小。
解：（1）如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力 F1=14N，右侧弹簧对滑块的向左的推力 F2=6.0 N．
滑块所受合力产生加速度a1，根据牛顿第二定律有
得4 m/s2
a1与F1同方向，即向前（向右）．
（2）a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为N。滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得，a2=10m/s2，方向向左．
8. 解析：（1）由图象可知，在测量期间，取磁铁转动的最大周期数为7个周期，用时51s，故平均角速度为ω=14π/t=14π/51=0.86rad/s。
（2）类比加速度的定义,角加速度为角速度的增量与所用时间的比值。测量期内，第一个周期开始到第七个周期开始的时间间隔为t=42s。第一个周期的时间为6s，角速度为ω1=2π/6=1.05rad/s。第七个周期约为8s，ω2=2π/8=0.79rad/s，角加速度为a=(ω2-ω1)/t=(0.79-1.05)/42=-0.0062rad/s2.
图5.3-4
触点
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
200
300
400
500
R/Ω
t/℃
衔铁
热敏电阻
E=6V
r=0
电磁铁
图5.3-6
(a)
(b)
图5.3-7
图5.3-8
图5.3-9
Ω
Rt
欧姆表
图5.3-5