物理选修33 传感器的应用（二）复习练习题

6.2传感器的应用

1．关于传感器的作用，下列说法正确的有(  )

A．通常的传感器可以直接用来进行自动控制

B．传感器可以用来采集信息

C．传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量

D．传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量

解析：选BC.传感器是将感受的非电学量转化为电学量的仪器，不同的传感器感受不同的信号，B、C对．

2．关于电子秤中应变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.应变片是由半导体材料制成的．电阻R＝ρ，应变片拉伸，l变大，R值变大；应变片压缩，l变小，R值变小．传感器输出的是上下应变片的电压差．

3．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，有烟雾时呈现高电阻状态

解析：选B.电饭锅中的敏感元件是感温铁氧体，A错误；机械式鼠标中的传感器接收断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号，C错误；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，D错误．

4．有一种在光照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.题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动控制，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一个满足条件即可，A、C、D错，B对．

5．(2011年威海高二检测)温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的．如图6－2－10甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势E＝9.0 V，内电阻不计；G为灵敏电流表，其内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示，闭合开关S，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，热敏电阻的温度是(  )

图6－2－10

A．60 ℃        B．80 ℃

C．100 ℃   D．120 ℃

解析：选D.由图乙可知，当R的温度等于20 ℃时，热敏电阻的阻值R1＝4 kΩ，则由I1＝可得Rg＝0.5 kΩ，当电流I2＝3.6 mA时，由I2＝，可得R2＝2 kΩ，结合图乙此时温度为120 ℃，故选D.

一、选择题

1．下列装置中利用了温度传感器的是(  )

A．电熨斗   B．电饭锅

C．电子秤   D．火灾报警器

解析：选AB.电熨斗、电饭锅都是通过温度传感器来控制温度，A、B正确；电子秤是利用力传感器来测力的，C错误；火灾报警器是利用烟雾对光的散射，使光照射到光电三极管上，光电三极管的电阻减小引起电流变化而发出警报，因此火灾报警器是光电传感器，故D错．

2．用遥控器调换电视频道的过程，实际上就是传感器把光信号转换成电信号的过程，下列属于这类传感器的是(  )

A．红外报警装置

B．走廊照明灯的声控装置

C．自动洗衣机中的压力传感装置

D．电饭煲中控制加热和保温的温控器

解析：选A.红外报警装置是传感器把光信号(红外线)转换成电信号；走廊照明灯的声控装置是传感器把声音信号转换成电信号；自动洗衣机中的压力传感装置是把位移信号转换成电信号，电饭煲中控制加热和保温的温控器把温度信号转换成电信号．

3．人类发射的绕地球运转的所有航天器，在轨道上工作时都需要电能，所需要的电能都是由太阳能电池把太阳能转化为电能得到的，要求太阳能电池板总是对准太阳，为达到这一要求应利用下列哪种传感器来感知太阳方位(  )

A．力传感器  B．光传感器

C．温度传感器  D．生物传感器

解析：选B.太阳帆的有效采光面积不同，所产生的电流不同，当电流最大时正对太阳，所以应用的是光传感器，B对，A、C、D错．

4．如图6－2－11是自动调温式电熨斗，下列说法正确的是(  )

图6－2－11

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，应使调温旋钮下调一些

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.常温工作时，上下触点是接通的，当温度升高时，上层金属片形变大，向下弯曲，切断电源，由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态时，温度要升高，则应使调温旋钮下移一些，A、B、D对，C错．

5．唱卡拉OK用的话筒，内有传感器．其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，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．该传感器是根据电流的磁效应工作的

B．该传感器是根据电磁感应原理工作的

C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变

D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势

解析：选B.当声波使膜片前后振动时，膜片后的金属线圈就跟着振动，从而使处于永磁体的磁场中的线圈切割磁感线，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流，从而将声音信号转化为电信号，这是利用电磁感应原理．

6．关于电饭锅的说法正确的是(  )

A．电饭锅中的温度传感器是氧化铁

B．铁氧体在常温下具有磁性，温度升至居里点时失去铁磁性

C．当温度越过103 ℃时，感温体磁性较强

D．用电饭锅煮饭时，温控开关自动断电后，它不能自动复位

解析：选BD.电饭锅中的温度传感器其主要元件是铁氧体，故A错，B选项正确．当温度超过103 ℃时，感温体磁性消失，则选项C错，温控开关只能手动闭合，故D正确．

7．如图6－2－12所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图：罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．发生火灾时，下列说法正确的是(  )

图6－2－12

A．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报

B．光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报

C．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报

D．以上说法均不正确

解析：选C.由火灾报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照在光电三极管上电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，C对．

8．(2010年高考福建卷)如图6－2－13甲所示，质量不计的弹簧竖直固定在水平面上，t＝0时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复．通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出这一过程弹簧弹力F随时间t变化的图象如图乙所示，则(  )

图6－2－13

A．t1时刻小球动能最大

B．t2时刻小球动能最大

C．t2～t3这段时间内，小球的动能先增加后减少

D．t2～t3这段时间内，小球增加的动能等于弹簧减少的弹性势能

解析：选C.0～t1时间内小球做自由落体运动，落到弹簧上并往下运动的过程中， 小球重力与弹簧对小球弹力的合力方向先向下后向上，故小球先加速后减速，t2时刻到达最低点，动能为0，A、B错；t2～t3时间内小球向上运动，合力方向先向上后向下，小球先加速后减速，动能先增加后减少，C对；t2～t3时间内由能量守恒知小球增加的动能等于弹簧减少的弹性势能减去小球增加的重力势能，D错．

二、非选择题

9．如图6－2－14甲所示为一根竖直悬挂的不可伸长的细绳，绳长为l，下端拴一质量为m的小物块A，上端固定在C点且与一能测量绳拉力的传感器相连，已知有一质量为m0的子弹B沿水平方向以速度v0射入A内(未穿透)，接着两者一起绕C点在竖直平面内做圆周运动，在各种阻力都忽略的条件下测力传感器测得绳的拉力F随时间t的变化关系如图乙所示，已知子弹射入的时间极短，且图中t＝0为A，B开始以相同速度运动的时刻，根据力学规律和题(包括图)中提供的信息，求物块在最高点和最低点的速度．

图6－2－14

解析：在最高点时，绳的拉力为0，则

(m＋m0)g＝

解得v1＝.

在最低点时，绳的拉力为Fm，则

Fm－(m＋m0)g＝

解得v2＝.

答案：

10．电流传感器可以像电流表一样测量电流，它的优点是反应非常快，可以捕捉到瞬间的电流变化，还可以与计算机相连，能在很短的时间内画出电流随时间的变化图象．

按图6－2－15甲连接电路，提供8 V直流电源，先使开关S与1相连，电源向电容器充电，这个过程可在瞬间完成，然后把开关S掷向2，电容器通过电阻R放电，传感器将电流信息传入计算机，屏上显示出电流随时间变化的I－t曲线，如图乙所示．

图6－2－15

(1)图乙中画出的竖直狭长矩形(图乙最左端)，其面积表示的物理意义是：________；

(2)估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量是________C；

(3)根据以上数据估算，电容器的电容是________F.

解析：(1)图象纵坐标为电流I，横坐标为时间t，由公式q＝It可知，矩形面积为放电电荷量．

(2)每个小方格的面积代表放电电荷量q0＝0.08×10－3C，共有75格，则放电电荷量Q＝75q0＝6.0×10－3C.

(3)由Q＝CU可知C＝＝7.5×10－4F.

答案：(1)0.1 s内的放电电荷量

(2)6.0×10－3

(3)7.5×10－4

11．有一种测量压力的电子秤，其原理图如图6－2－16所示．E是内阻不计、电动势为6 V的电源．R0是一个阻值为300 Ω的限流电阻．G是由理想电流表改装成的指针式测力显示器．R是一个压敏电阻，其阻值可随压力大小变化而改变，其关系如下表所示．C是一个用来保护显示器的电容器．秤台的重力忽略不计．试分析：

图6－2－16

(1)利用表中的数据写出电阻R随压力F变化的函数式．

(2)若电容器的耐压值为5 V，该电子秤的最大称量值为多少？

(3)如果把电流表中电流的刻度变换成压力刻度，则该测力显示器的刻度是否均匀？

解析：(1)由表中数据可知k＝＝＝0.4 Ω/N

所以电阻R随压力F变化的函数表达式为

R＝(300－0.4F)Ω.

(2)R上受到的压力越大，R的阻值越小，电容器两端电压越大，但不能超过5 V，所以＝，解得R＝60 Ω，

又∵R＝(300－0.4F)Ω，得出F＝600 N.

(3)电流表中的电流I＝＝，电流I与压力F不是线性关系，则该测力显示器的刻度不均匀．

答案：(1)R＝300－0.4F (2)600N (3)不均匀