6.1 传感器及其工作原理 同步练习 （word版含答案）

传感器及其工作原理练习
一、单选题
下列有关传感器的说法中错误的是(????)
A. 宾馆房间的火灾报警器应用了温度传感器
B. 电子秤称量物体质量应用了力传感器
C. 霍尔元件是将磁感应强度转换为电压的一种磁传感器
D. 新冠疫情防控中使用的枪式测温仪应用了红外传感器
如下图所示，以下器具均应用了传感器，下列说法正确的是(????)
A. 话筒应用了热传感器，其作用是将电信号转换为声信号
B. 电子秤所使用的测力装置是光敏电阻传感器
C. 烟雾散射火灾报警器应用了声传感器
D. 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
有一种测量人体重的电子秤，其原理如图中的虚线所示，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?0.02F(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1500?N
B. 该秤能测量的最大体重是1300?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
下列说法中正确的是(????)
A. 电饭锅中的敏感元件是光敏电阻
B. 测温仪中测温元件可以是热敏电阻
C. 机械式鼠标中的传感器接收到连续的红外线，输出不连续的电脉冲
D. 火灾报警器中的光传感器在没有烟雾时呈现低电阻状态，有烟雾时呈现出高电阻状态
某学校创建绿色校园，如图(甲)为新装的一批节能路灯，该路灯通过光控开关实现自动控制.如图(乙)为其内部控制电路简化原理图，a，b端接路灯电源的开关，要求Uab大于某一值时，接通路灯电路，该控制电路中电源电动势为E，内阻为r，Rt为光敏电阻(光照强度增加时，其电阻值减小).现增加光照强度，则下列判断正确的是(????)
A. 电源路端电压不变 B. R0两端电压变大
C. 指示灯变暗，Uab变大 D. 电源总功率不变
某一热敏电阻其阻值随温度的升高而减小。在一次实验中，将该热敏电阻与一小灯泡串联，通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图所示，M为两元件的伏安特性曲线的交点。关于热敏电阻和小灯泡，下列说法中正确的是(????)
A. 图中图线a是小灯泡的伏安特性曲线，图线b是热敏电阻的伏安特性曲线
B. 图中图线b是小灯泡的伏安特性曲线，图线a是热敏电阻的伏安特性曲线
C. 图线中的M点，表示该状态小灯泡的电阻大于热敏电阻的阻值
D. 图线中的M点，表示该状态小灯泡的电阻小于热敏电阻的阻值
如图所示，理想变压器的原线圈接有频率为f、电压为U的交流电，副线圈接有光敏电阻R1(光照增强时，光敏电阻阻值减小)、用电器R2。下列说法正确的是：
A. P位置不动，当光照增强时，变压器的输入功率减小；
B. 光照强度不变，当滑动触头P向上滑动时，用电器消耗的功率增大；
C. 当f减小时，变压器的输入功率减小；
D. P位置不动，光照强度不变，当U增大时，用电器消耗的功率增大。
如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为4:1，RT为阻值随温度升高而减小的热敏电阻，R1为定值电阻，电压表和电流表均为理想交流电表。原线圈所接电压u随时间t按正弦规律变化，如图乙所示。下列说法正确的是??? (??? )
A. 变压器的输入功率与输出功率之比为4:1
B. 变压器原、副线圈中的电流之比为4:1
C. u随t变化的规律为u=51sin?50πt?V(式中各物理量均为国际单位制)
D. 若热敏电阻RT的温度升高，则电压表的示数不变，电流表的示数变大
如图所示为某传感装置内部部分电路图，RT为正温度系数热敏电阻，其特性为随着温度的升高阻值增大；R1为光敏电阻，其特性为随着光照强度的增强阻值减小；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，若发现电压表示数增大，可能的原因是(? ? ? ?)
①热敏电阻温度降低，其他条件不变
②热敏电阻温度升高，其他条件不变
③光照减弱，其他条件不变? ? ? ? ? ?
④光照增强，其他条件不变
A. ①③ B. ①④ C. ②③ D. ②④
如图是某温度检测和光电控制加热装置的原理图，RT为热敏电阻(温度升高，阻值减小)，用来探测加热电阻丝R的温度；RG为光敏电阻(光照强度增大，阻值减小)，接收小灯泡L的光照。其他电阻均为定值电阻。当R处温度升高后，下列说法正确的是(???? )
A. 灯泡L将变暗
B. RG的电压将增大
C. R的功率将增大
D. R的电压变化量与R2的电流变化量的比值不变
二、多选题
霍尔电流传感器可以测量从直流电流到几十千赫兹的交流电流，其工作原理图如图所示。导线L1穿过圆形磁环，匝数为n的线圈L2缠绕在圆形磁环上，L1中被测电流I1产生的磁场B1集中在圆形磁环内，圆形磁环气隙中的霍尔元件可产生和B1成正比的霍尔电压UMN，控制器把从M、N输入的霍尔电压转变成电流I2，该电流流过线圈L2，产生磁场B2，B2与B1方向相反，当B2与B1达到平衡时，满足关系式：I1=nI2。下列说法正确的是(????)
A. 顺着电流I1的方向观察，磁场B1的方向沿逆时针方向
B. 电流I2从a点流入线圈L2
C. 若霍尔元件的载流子是电子，则其左侧电势低于右侧电势
D. 若电流I2变为原来的2倍，当B2与B1重新达到平衡时，则表明被测电流I1变为原来的2倍
如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，其电阻随着光的强度的增大而减小．当照射光强度增大时，(????)
A. 电压表的示数增大
B. 流过R2的电流增大
C. 小灯泡变亮
D. 小灯泡变暗
磁流体发电是一项新兴技术。如图所示，平行金属板之间有一个很强的磁场，将一束含有大量正、负带电粒子的等离子体，沿图中所示方向喷入磁场。图中虚线框部分相当于发电机。把两个极板与用电器相连，则
A. 用电器中的电流方向从B到A
B. 用电器中的电流方向从A到B
C. 若只减小磁场，发电机的电动势增大
D. 若只增大喷入粒子的速度，发电机的电动势增大
图为某种电子秤工作原理的示意图，被称物体的质量可按照一定的换算关系通过电流表的示数获得．秤盘中放入物体后，连杆P将从a点向下滑动，最终停在a、b间的某一位置．关于该电子秤，下列说法正确的是(????)
A. 物体质量越小，电流表的示数越大
B. 物体质量越大，电流表的示数越大
C. 物体质量越大，电路中的总电阻越大
D. 物体质量越小，电路中的总电阻越大
如图所示，直流电路中，R1、R2是定值电阻，R3是光敏电阻，其阻值随光照增强而减小．当开关S闭合，电容器两板间的M点的带电液滴恰好能保持静止．现用强光照射电阻R3时(????)
A. 电源的总功率减小
B. 液滴向上运动
C. A板的电势降低
D. 电容器所带电荷量增加
三、填空题
如图所示，双金属片上层金属的热膨胀系数______下层金属(填“大于”，“等于”或“小于”)，常温下，弹性铜片和双金属片触点是接触的，通电后，电热丝发热，当温度升高到某一值时，双金属片上层的金属受热膨胀，形变量大于下层金属，双金属片向下弯曲，使触点分离，切断电路；随着温度的降低，当降到某一温度时，双金属片收缩恢复原状，两触点又接触，接通电路.调温旋钮下压弹性铜片，可使触点分离的温度___________(填“升高”或“降低”)；上提弹性铜片，可___________(填“升高”或“降低”)触点的分离温度，从而实现了调温控制．
广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中的温度传感器，是利用热敏电阻随温度变化而变化的特性工作的．在图甲中，电源的电动势E?=?9.0?V，内电阻不可忽略；G为内阻不计的灵敏电流表；R0为保护电阻；R为热敏电阻，其电阻值与温度变化关系如图乙的R??t图象所示．则热敏电阻R与摄氏温度t的关系为R=__________Ω；闭合电键S，当R的温度等于40℃时，电流表示数I1=2.25?mA，则当电流表的示数I2=3.6?mA时，热敏电阻R的温度是_______℃．
(1)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。图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影响更______(选填“敏感”或“不敏感”)。
(2)如图，一无限长通电直导线固定在光滑水平面上，金属环质量为0.02kg，在该平面上以v0=2m/s、与导线成60°角的初速度运动，环中最多能产生______J的电能。
在上海的高架道路上，一般限速80km/?，为监控车辆是否超速，设置了一些“电子警察”系统，其工作原理如图所示：路面下相隔L埋设两个传感器线圈A和B，当有车辆经过线圈正上方时，传感器能向数据采集器发出一个电信号；若有一辆汽车(在本题中可看作质点)匀速经过该路段，两传感器先后向数据采集器发送信号，时间间隔为△t，经微型计算机处理后得出该车的速度，若超速，则计算机将指令架设在路面上方的照相机C对汽车拍照，留下违章证据．根据以上信息，回答下列问题：
(1)试写出微型计算机计算汽车速度的表达式v=______。
(2)若L=5m，△t=0.3s，则照相机将______工作。(填“会”或“不会”)
答案
1.【答案】A
【解答】
A.宾馆房间天花板上安装的烟雾报警器是利用了光传感器，故A错误；
B.电子秤所使用的测力装置是力传感器，利用通过应力片的电流一定，压力越大，电阻越大，应力片两端的电压差越大，将力信号变成电信号，故B正确；
C.霍尔元件是能够将磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量的一种传感器，故C正确；
D.枪式测温仪是利用了红外线传感器，故D正确；
2.【答案】D
【解答】
A.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号，故A错误；
B.电子秤所使用的测力装置是压力传感器，故B错误；
C.烟雾散射火灾报警器是应用烟雾对光的散射来工作的，所以该报警器利用的传感器是光传感器，故C错误；
D.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，故D正确；
3.【答案】C
【解析】解：A、B：当电路中电流I=3A时，电子秤测量的体重最大．由欧姆定律I=ER+r
?得，R=EI?r=123?2=2(Ω)，代入R=30?0.02F得到F=1400N.故A，B错误．
C、D踏板空载时F=0，代入R=30?0.02F得，电阻R=30Ω，由欧姆定律得?I=ER+r=1230+2=0.375(A)，所以该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375A处．故C正确，D错误．
4.【答案】B
【解答】
A.电饭锅中的敏感元件将热学量转换为电学量，是热敏电阻，故A错误；
B.测温仪中测温元件将热学量转换为电学量，是热敏电阻，故B正确；
C.机械式鼠标中的传感器接收到的是不连续的电脉冲，输出不连续的电脉冲，故C错误；
D.火灾报警器中的光传感器在没有烟雾时呈现高电阻状态，有烟雾时呈现低电阻状态，故D错误。
5.【答案】B
【解答】
由题意，增加光照强度，Rt减小，外电路总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律得知，干路电流I增大，电源的内电压增大，路端电压U减小；
通过R0电流I0=I?IR，I增大，而IR减小，则I0增大，R0两端电压U0增大，而R0、指示灯的电压之和等于路端电压，路端电压减小，则知，指示灯的电压减小，指示灯变暗；电源的总功率P=EI，I增大，则P增大。故B正确，ACD错误。
6.【答案】B
【解答】
AB.随着电压的增加，元件的热功率增加，温度升高；从图象可以看出，a图线对应电阻减小，b图象对应电阻增加；热敏电阻其阻值随温度的升高而减小，而小灯泡的电阻随温度的升高而增加；故a是热敏电阻，b是小灯泡；故B正确，A错误；
CD.图线中的M点，电流和电压都相等，根据欧姆定律，电阻相等，故CD错误。
7.【答案】D
【解答】
A.当光照增强时，光敏电阻的电阻值减小，故变压器的输出功率增加，故输入功率也增加，故A错误；
B.当滑动触头P向上滑动时，原线圈匝数增加，根据U1U2=n1n2，变压器的输出电压减小；根据功率表达式P=U2R，输出功率减小，故输入功率也减小，故B错误；
C.当f减小时，输入电压和输出电压不变，输出功率不变，故变压器的输入功率不变，故C错误；
D.当U增大时，根据U1U2=n1n2，变压器的输出电压增加；根据功率表达式P=U2R，用电器消耗的功率增大，故D正确。
8.【答案】D
【解答】
A.原副线圈输入功率和输出功率相等，故A错误；
B.根据I1I2=n2n1得，原副线圈的电流之比为1：4，故B错误；
C.交变电压的峰值为51V，周期T=0.02s，则角速度ω=2πT=100πrad/s，则u随t的变化规律为u=51sin(100πt)V，故C错误；
D.若热敏电阻RT的温度升高，则热敏电阻的阻值减小，由于原线圈的电压不变，则副线圈的电压不变，副线圈中的电流变大，故D正确。
9.【答案】A
【解答】
①热敏电阻温度降低时，其阻值减小，外电路总电阻减小，总电流增大，路端电压随之减小，通过光敏电阻的电流减小，所以通过R3的电流增大，电压表的读数增大，符合题意，故①正确。
②相反，同理可得热敏电阻温度升高，其他条件不变，电压表的示数减小，不符合题意。故②错误。
③光照减弱，光敏电阻的阻值增大，外电路总电阻增大，路端电压增大，则流过R3的电流增大，电压表的示数增大，故③正确。
④光照增强，光敏电阻的阻值减小，外电路总电阻减小，路端电压减小，则流过R3的电流减小，电压表的示数减小，故④错误。
故A正确，BCD错误。
10.【答案】D
【解答】
A.当R处温度升高时，RT阻值变小，左边回路中电流增大，小灯泡L的功率增大，灯泡L将变亮，故A错误；
BC.L的光照强度增大，则RG阻值变小，右侧电路的总电阻变小，总电流变大，E2的内电压增大，则其路端电压变小，总电流增大，则R2两端电压增大，所以右侧电路并联部分电压减小，R的电压减小，则R的功率将减小。R的电流减小，而总电流增大，则通过R3的电流增大，R3的电压将增大，所以RG的电压将减小，故BC错误；
D.R的电压变化量与R2的电流变化量ΔU=ΔI(R2+r2)，?比值为ΔU：ΔI=R2+r2，保持不变，故D正确。
11.【答案】BCD
【解答】
A.由右手螺旋定则可知，顺着电流I1的方向观察，磁场B1的方向沿顺时针方向，故A错误；
B.电流I2的磁场B2与B1方向相反，由右手螺旋定则判断可知电流I2从a点流入线圈L2，故B正确；
C.若霍尔元件的载流子是电子，又因为霍尔元件所处的磁场B1向下，根据左手定则判断可知，电子受洛伦兹力向左，即电子偏到左侧，导致霍尔元件左侧电势低于右侧电势，故C正确；
D.若电流I2变为原来的2倍，因为B2与B1重新达到平衡时，满足关系式：I1=nI2，即两电流成正比，则表明被测电流I1变为原来的2倍，故D正确；
12.【答案】AC
【解答】
A、由图可知，L与R3串联后与R2并联，再由R1串联；当光照增大时，光敏电阻的阻值减小；则电路中总电阻减小，总电流增大，则R1两端的电压增大；电压表的示数增大，故A正确；
B、由U=E?Ir可知，路端电压减小；而电压表的示数增大，故R2两端电压减小，R2中电流减小，故B错误
CD、总电流增大，R2中电流减小，故流过灯泡的电流增大，小灯泡变亮，故C正确．D错误
13.【答案】BD
【解析】首本题的关键是动态分析过程，先根据左手定则判断出正离子(或负离子)受到的洛伦兹力方向，从而判断出金属板电势的高低，进一步分析离子除受洛伦兹力外还受到电场力，最终二者达到平衡，得出结论。
AB.先对等离子体进行动态分析：开始时由左手定则判断正离子所受洛伦兹力方向向上(负离子所受洛伦兹力方向向下)，则正离子向上板聚集，负离子则向下板聚集，两板间产生了电势差，即金属板变为一电源，且上板为正极下板为负极，所以通过用电器的电流方向从A到B，故B正确，A错误；
CD.此后的正离子除受到向上的洛伦兹力f外还受到向下的电场力F，最终两力达到平衡，即最终等离子体将匀速通过磁场区域，因f=qvB，F=q??，则qvB=q??，解得E=Bdv，所以电动势E与速度v及磁场B成正比，所以C错误D正确。
14.【答案】BD
【解答】
解：A、物体质量越小，Pb间电阻越大，由闭合电路的欧姆定律，电路中的电流越小，电流表的示数越小，故A错误．
B、物体质量越大，Pb间电阻越小，由闭合电路的欧姆定律，电路中的电流越大，电流表的示数越大，故B正确．
C、物体质量越大，连接杆P下滑越大，Pb间电阻越小，电路中的总电阻越小，故C错误．
D、物体质量越小，连接杆P下滑越小，Pb间电阻越大，电路中的总电阻越大，故D正确．
15.【答案】BD
【解答】
A.电路稳定时电容器两板间的电压等于R1两端的电压，当用强光照射光敏电阻R3时，光敏电阻的阻值变小，电路中电流增大，故电源的总功率P=EI增大，故A错误；
B.电路稳定时电容器两板间的电压等于R1两端的电压，当用强光照射光敏电阻R3时，光敏电阻的阻值变小，电路中电流增大，R1两端间的电压增大，电容器的电压增大，板间场强增大，液滴所受的电场力增大，液滴向上运动，故B正确；
C.由于电路中的电流增大，R1两端的电势差增大，又因为R1下端接地，电势为零，所以R1上端电势增大，A板的电势也增大，故C错误；
D.电容器的电压增大，电容不变，由Q=CU知，电容器所带电荷量增加，故D正确。
16.【答案】大于；升高；降低
【解答】
双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属，常温下，弹性铜片和双金属片触点是接触的，通电后，电热丝发热，当温度升高到某一值时，双金属片上层的金属受热膨胀，形变量大于下层金属，双金属片向下弯曲，使触点分离，切断电路；随着温度的降低，当降到某一温度时，双金属片收缩恢复原状，两触点又接触，接通电路。调温旋钮下压弹性铜片，需到较高温度时双金属片才有足够的弯曲程度使使触点分离，即下压弹性铜片可使使触点分离温度升高；同理上提弹性铜片，可降低触点的分离温度，从而实现了调温控制。
故答案为：大于;升高；降低。
17.【答案】?18.75t+4250?；120
【解答】
(1)设热敏电阻的电阻值与温度关系表达式为：R=kt+R0
当t=40℃时，R=3.5kΩ，有
3.5=40k+R0????????? ①
当t=120℃时，R=2kΩ，有
2=120k+R0?????????? ②
由①②解得
k=?3160，R0=4.25
故热敏电阻R随摄氏温度t变化的关系式为R=4.25?3160t(kΩ)
故答案为：?18.75t+4250。
(2)R的温度等于40℃时，R=3.5kΩ，电流表示数I1=2.25mA，根据闭合电路欧姆定律，有
I1=Er+R+R0
代入数据，解得
r+R0=0.5kΩ
当电流表的示数I2=3.6mA时，根据闭合电路欧姆定律，有
I2=Er+R′+R0
解得R′=2.0kΩ，
代入热敏电阻R随摄氏温度t变化的关系式得到温度值为t=120℃
故答案为：120。
18.【答案】(1)增强? ；敏感? ；(2)?0.03。
【解答】
图中横轴表示温度，纵轴表示电阻，随着温度的增加，金属热电阻的阻值略微增大，而热敏电阻的阻值显著减小，对电流的阻碍作用减小，所以这种热敏电阻在温度上升时导电能力增强；
相对金属热电阻而言热敏电阻热敏电阻在相同的温度范围变化时，阻值的变化量较大，对温度变化的影响更敏感。
故答案为：增强；敏感。
【解答】
金属环周围有环形的磁场，金属环向右运动，磁通量减小，根据′来拒去留”可以知道，所受的安培力与运动方向相反，使金属环在垂直导线方向做减速运动，当垂直导线方向的速度减为零，只剩沿导线方向的速度，然后磁通量不变，无感应电流，水平方向合力为零，最后做匀速直线运动。
根据题意知：沿导线方向分速度
v1=v0?cos60?=2×12m/s=1m/s
根据功能关系可知：
12mv02?12mv12=Q
代入数值计算得出：Q=0.03J
故环中最多产生0.03J的电能。
19.【答案】(1)L△t；(2)不会
【解答】
(1)微型计算机计算汽车速度时是用短时间内的平均速度代替瞬时速度，所以汽车速度的表达式v=L△t；
(2)根据v=L△t代入数据解得：v=50.3m/s=16.7m/s=60.1km/?<80km/?，不超速，故照相机不会工作。
故答案为：(1)v=L△t；(2)不会。