高中物理传感器传感器的应用课时作业选修讲义.doc

传感器的应用

1．下列器件应用力传感器的是(　　)
A．鼠标器　　　　　　　　 B．火灾报警器
C．测温仪 D．电子秤
【解析】　鼠标器中的敏感元件是红外线接收管，属于光传感器；火灾报警器中的敏感元件是光电三极管，属于光传感器；测温仪用的是温度传感器；电子秤的敏感元件是应变片，是力传感器，D正确．
【答案】　D
2．(2014·山东潍坊一中期末)办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开或关，利用的传感器是(　　)
A．生物传感器 B．红外传感器
C．温度传感器 D．压力传感器
【解析】　自动门的自动控制要求灵敏、可靠，若用温度控制，人的体温与夏季气温接近，在夏季自动门可能做出错误动作．自动门实际使用的是红外传感器，红外线属于不可见光，人在白天或黑夜均发出红外线，传感器接收到人体发出的红外线后传给自动控制装置的电动机，实现自动开门．
【答案】　B
3．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】　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传感器把压力信号转换成电信号，电饭煲中控制加热和保温的温控器是传感器把温度信号转换成电信号．
【答案】　A
4．(多选)电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图6­2­12所示．Q是绝缘支架，薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电流充电．当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流．当膜片向右运动的过程中，有(　　)

图6­2­12
A．电容变大
B．电容变小
C．导线AB中有向左的电流
D．导线AB中有向右的电流
【解析】　由平行板电容器的电容公式C＝可知，当膜片向右运动时，相当于电容器两极板间的距离变小，电容变大，电源对电容器充电，电流的方向由电源的正极流向负极，故导线AB中有向左的电流．
【答案】　AC
5．(多选)为了保证行车安全和乘客身体健康，动车上装有烟雾报警装置，其原理如图6­2­13所示．M为烟雾传感器，其阻值RM随着烟雾浓度的改变而变化，电阻R为可变电阻．车厢内有人抽烟时，烟雾浓度增大，导致S两端的电压增大，装置发出警报．下列说法正确的是(　　)

图6­2­13
A．RM随烟雾浓度的增大而增大
B．RM随烟雾浓度的增大而减小
C．若要提高报警灵敏度可增大R
D．若要提高报警灵敏度可减小R
【解析】　S两端电压U增大，故传感器两端电压一定减小．当有烟雾，使传感器电阻变化，即RM变小，则有RM随着烟雾浓度的增大而减小，故A错误，B正确．R越大，M与R并联的电阻R并越接近RM，U增大越明显，导致S上电压变化最明显，故C正确，D错误．
【答案】　BC
6．如图6­2­14甲所示是一火警报警装置的一部分电路，其中R2是半导体热敏电阻(传感器)，它的电阻R随温度T变化的关系如图6­2­14乙所示，该电路的输出端a、b接报警器，当传感器所在处出现火情时，通过电流表的电流I和a、b两端电压U与出现火情前相比(　　)

图6­2­14
A．I变大，U变大　　　　　 B．I变小，U变小
C．I变小，U变大 D．I变大，U变小
【解析】　当传感器所在处出现火情时，温度升高，则电阻R2的阻值减小，故外电阻减小，干路电流增大，内电压、R4两端的电压均增大，故a、b两端电压减小；并联电路的电压减小，通过R3的电流减小，而总电流增大，所以R2上通过的电流增大，故选项D正确．
【答案】　D

图6­2­15
7．(2014·陕西交大附中期中)传感器广泛应用在我们的生产生活中，常用的计算机键盘就是一种传感器．如图6­2­15所示，键盘上每一个键的下面都连有一小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一小的固定金属片，这两个金属片组成一个小电容器．当键被按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能够检测出哪个键被按下，从而给出相应的信号．这种计算机键盘使用的是(　　)
A．温度传感器 B．压力传感器
C．磁传感器 D．光传感器
【解析】　小金属片被按下时，作用的压力不一样，小金属片下移的距离不同，两个极板之间的距离不同，电容就不同，即将压力这个力学量转换为电容这个电学量，所以计算机键盘使用的是压力传感器，B正确，A、C、D错误．
【答案】　B
8．通常情况下，电阻的阻值会随温度的变化而改变，利用电阻的这种特性可以制成电阻温度计，从而用来测量较高的温度．如图6­2­16所示，电流表量程为0～25 mA，电源电动势为3 V，内阻不计．R为滑动变阻器，电阻Rt作为温度计的测温传感器．当t≥0 ℃时，Rt的阻值随温度t的变化关系为Rt＝20＋0.5t(单位为Ω)，先把Rt放入0 ℃环境中，闭合电键S，调节滑动变阻器R，使电流表指针恰好满偏，然后把测温探头Rt放到某待测温度环境中，发现电流表的示数为15 mA，该环境的温度为________℃；当把测温探头Rt放到460 ℃温度环境中，电路消耗的电功率为________W

图6­2­16
【解析】　当温度t＝0 ℃时，Rt＝20 Ω，根据欧姆定律I＝＝25 mA，解得：R＝100 Ω，当电流为15 mA时，代入欧姆定律公式可得：温度t＝160 ℃；当把测温探头Rt放到460 ℃温度环境中，Rt＝250 Ω，电路消耗的电功率为：P＝＝0.026 W.
【答案】　160　0.026

图6­2­17
9．如图6­2­17所示，为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，在压力作用下使滑片P下滑，滑动变阻器的有效电阻变小，电流变大．这样把重力值转换成电信号，将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k，则所称重物的重力G与电流大小I的关系为(　　)
A．G＝kL　　　　 B．G＝kL
C．G＝kL D．G＝kIL
【解析】　设称重物时，在压力作用下使P下滑x，
G＝kx　①滑动变阻器有效电阻R＝R0－R0　②
全电路用欧姆定律I＝　③
由①②③得G＝kL.
【答案】　A
10．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6­2­18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6­2­18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6­2­18
A．60 ℃　　 B．80 ℃　　 C．100 ℃　　 D．120 ℃
【解析】　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，结合图乙知此时热敏电阻的温度为120 ℃，故选D.
【答案】　D

图6­2­19
11．一热敏电阻在温度80 ℃时阻值很大，当温度达到100 ℃时阻值就很小，今用一电阻丝给水加热，并配以热敏电阻以保持水温在80 ℃到100 ℃之间，可将电阻丝与热敏电阻并联，一并放入水中，如图所示，图6­2­19中R1为热敏电阻，R2为电阻丝．请简述其工作原理．
【答案】　开始水温较低，R1阻值较大，电阻丝R2对水进行加热，当水温达到100 ℃左右时，R1阻值变得很小，R2将停止加热，当温度降至80 ℃时，R1变得很大，R2又开始加热，这样可达到控制水温的效果．
12．如图6­2­20甲是某金属材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图象，图中R0表示该电阻在0 ℃时的电阻值，已知图线的斜率为k.若用该电阻与电池(电动势为E、内阻为r)、理想电流表A、滑动变阻器R′串联起来，连接成如图6­2­20乙所示的电路．用该电阻做测温探头，把
电流表A的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“金属电阻温度计”．

图6­2­20
(1)根据图甲，温度为t(t>0 ℃)时电阻R的大小为________．
(2)在标识“金属电阻温度计”的温度刻度时，需要弄清所测温度和电流的对应关系．请用E、R0、R′(滑动变阻器接入电路的阻值)、k等物理量表示待测温度t与电流I的关系式t＝____________________________．
(3)如果某次测量时，指针正好指在温度刻度的10 ℃到20 ℃的正中央，则测量值________15 ℃(填“大于”、“小于”或“等于”)．
【解析】　(1)图象的斜率为k，纵截距为R0，为一次函数，所以图象的表达式为R＝R0＋kt.
(2)根据闭合回路欧姆定律可得：E＝I(R＋R′＋r)，将R＝R0＋kt代入可得t＝.
【答案】　(1)R0＋ kt 　(2)t＝　(3)小于