【物理】2018届二轮传感器及其应用专题卷 13页

传感器及其应用 课前预习 ● 自我检测 ‎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 ‎【答案】　D ‎【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．‎ ‎2．为了节约能源，合理适时地使用路灯，要求夜晚亮、白天熄，利用半导体的某种特性制成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．三种特性都利用了 ‎【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 ‎【答案】　A ‎【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．‎ ‎4．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的 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电压 D．外力越大，输出的电压差值越小 ‎【答案】　B ‎5．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 ‎【答案】　B ‎【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．‎ 课堂讲练 ● 典例分析 考点一　热敏电阻的特性及应用 ‎【典例1】 热电传感器利用了热敏电阻对温度变化响应很敏感的特性．某学习小组的同学拟探究某种类型的热敏电阻的阻值如何随温度变化．从室温升到80 ℃时，所提供的热敏电阻Rt的阻值变化范围可能是由5 Ω变到1 Ω或由5 Ω变到45 Ω.除热敏电阻外，可供选用的器材如下：‎ 温度计，测温范围－10～100 ℃；‎ 电流表A1，量程3 A，内阻rA＝0.1 Ω；‎ 电流表A2，量程0.6 A，内阻约为0.2 Ω；‎ 电压表V1，量程6 V，内阻rV＝1.5 kΩ；‎ 电压表V2，量程3 V，内阻约为1 kΩ；‎ 标准电阻，阻值R1＝100 Ω；‎ 滑动变阻器R2，阻值范围0～5 Ω；‎ 电源E，电动势3 V，内阻不计；‎ 开关及导线若干．‎ ‎(1)甲同学利用如图所示的电路测量室温下热敏电阻的阻值．要使测量效果最好，应选下列________组器材．‎ A．A1和V1　 　B．A2和V2　 　C．A1和V2‎ ‎(2)在测量过程中，随着倒入烧杯中的开水增多，热敏电阻的温度升高到80 ℃时，甲同学发现电流表、电压表的示数几乎都不随滑动变阻器R2的阻值的变化而改变(电路保持安全完好)，这说明热敏电阻的阻值随温度升高而________．(选填“增大”或“减小”)‎ ‎(3)学习小组的同学根据甲同学的实验，建议他在测量较高温度热敏电阻的阻值时重新设计电路，更换器材．请你在如图所示的虚线框内完成测量温度80 ℃时热敏电阻阻值的实验电路图．‎ ‎【答案】　(1)B　(2)增大　(3)见【解析】图 ‎(3)因80 ℃时热敏电阻阻值较大，而滑动变阻器阻值较小，故滑动变阻器采用分压接法．‎ 又因电阻阻值较大，故电流表不能准确测量电流，故采用电压表V1与定值电阻R1并联后充当电流表来测量电流，故电路图如图所示 ‎【跟踪短训】‎ ‎1. 如图，一热敏电阻RT放在控温容器M内；为毫安表，量程6 mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3 V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9 Ω；S为开关。已知RT在95 ℃时的阻值为150 Ω，在20 ℃时的阻值约为550 Ω。现要求在降温过程中测量在95～20 ℃之间的多个温度下RT的阻值。‎ ‎(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图。‎ ‎(2)完成下列实验步骤中的填空。‎ ‎①依照实验原理电路图连线。‎ ‎②调节控温容器M内的温度，使得RT温度为95 ℃。‎ ‎③将电阻箱调到适当的阻值，以保证仪器安全。‎ ‎④闭合开关。调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录________。‎ ‎⑤将RT的温度降为T1(20 ℃＜T1＜95 ℃)；调节电阻箱，使得电流表的读数________，记录________。‎ ‎⑥温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1＝________。‎ ‎⑦逐步降低T1的数值，直至20 ℃为止；在每一温度下重复步骤⑤⑥。‎ ‎【答案】：　(1)见【解析】　‎ ‎(2) ④电阻箱的读数R0　⑤仍为I0　电阻箱的读数为R1　⑥R0－R1＋150 Ω ‎【解析】：　(1)根据所给器材，要测量在不同温度下RT的阻值，只能将电阻箱、热敏电阻、毫安表与电源串联形成测量电路，如图所示。‎ 考点二　光敏电阻的特性及应用 ‎【典例2】 为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：‎ 照度(lx)‎ ‎0.2‎ ‎0.4‎ ‎0.6‎ ‎0.8‎ ‎1.0‎ ‎1.2‎ 电阻(kΩ)‎ ‎75‎ ‎40‎ ‎28‎ ‎23‎ ‎20‎ ‎18‎ ‎(1)根据表中数据，请在下图坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点．‎ ‎(2)如图所示当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统．请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑控制开关对所设计电路的影响)‎ 提供的器材如下：光敏电阻RP(符号)；直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干．‎ ‎【答案】　见【解析】‎ ‎ ‎ ‎【跟踪短训】‎ ‎2. (多选) 如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，图中虚线表示激光，圆柱体表示随传送带运动的货物，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的基本工作原理是(　　)‎ A．当光照射R1时，信号处理系统获得高电压 B．当光照射R1时，信号处理系统获得低电压 C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次 D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次 ‎【答案】：　BD 考点三 实验拓展创新 ‎【典例3】现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警．提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干．‎ 在室温下对系统进行调节．已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω.‎ ‎(1)在图中完成待调节的报警系统原理电路图的连线．‎ ‎(2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)．‎ ‎(3)按照下列步骤调节此报警系统：‎ ‎①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为________Ω；滑动变阻器的滑片位置于______(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是________．‎ ‎②将开关向______(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至________．‎ ‎(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用．‎ ‎【答案】　(1)见【解析】图　(2)R2‎ ‎(3)①650.0　b　接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏　②c　报警器开始报警 ‎【解析】　(1)先用电阻箱替代热敏电阻，连接成闭合回路进行调试．电路图连接如图所示．‎ ‎ 课后巩固 ● 课时作业 ‎1．(多选)如图是温度报警器电路示意图，下列关于此电路的分析正确的是(　　) ‎ A．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声 B．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声 C．当增大R1时，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声 D．当增大R1时，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声 ‎【答案】　BC ‎【解析】　由于温度升高时，RT变小，A端电势升高而Y端电势降低，蜂鸣器发声报警，故B项正确，A项错误；又由于RT与R1是串联关系，当R1增大时，A端电势升高而Y端电势降低，蜂鸣器会发声报警，故C项正确，D项错误．‎ ‎2．传感器是各种测量和控制系统的“感觉器官”，电梯超载时会自动报警．这种报警系统通常采用的传感器是(　　)‎ A．生物传感器 B．声控传感器 C．红外传感器 D．压力传感器 ‎【答案】　D ‎【解析】　电梯超载时人或物体对升降机底板压力超过不超载时的压力，所以这种报警系统通常采用的传感器是压力传感器，D正确．‎ ‎3．(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6214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(　　) ‎ 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 ‎【答案】　BC ‎4．(多选)有一种测量物体重量的电子秤，其电路原理图如图中的虚线部分所示，主要由三部分构成：踏板、压力传感器(实际上是一个阻值可随压力变化的电阻器)、显示重量的仪表G(实质上是电流表)．不计踏板的质量，已知电流表的量程为2 A，内阻为1 Ω，电源电动势为12 V，内阻为1 Ω，压力传感器的电阻R随压力F变化的函数关系式为R＝30－0.01F(F和R的单位分别为N和Ω)．下列说法正确的是(　　)‎ A．该电子秤能测量的最大重量是2 600 N B．该电子秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘的0.375 A处 C．电流表G的量程越大，则能测量的最大重量越小 D．该电子秤可以通过电路规律转换成F＝3 200＋(F、I的单位分别为N、A)关系进行刻度转换 ‎【答案】　AB ‎5．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(　　) ‎ A．60 ℃ B．80 ℃‎ C．100 ℃ D．120 ℃‎ ‎【答案】　D ‎【解析】　由题图乙可知，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，结合题图乙知此时热敏电阻的温度为120 ℃，故选D.‎ ‎6．如图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”．‎ ‎ (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________(填“大于”“小于”或“等于”)15 ℃.‎ ‎【答案】　(1)R0＋ kt (2)　(3)小于 ‎7．图甲是利用激光测转速的原理示意图，图中圆盘可绕固定轴转动，盘边缘侧面上有一小段涂有很薄的反光材料．当盘转到某一位置时，接收器可以接收到反光涂层反射的激光束，并将所收到的光信号转变成电信号，在示波器显示屏上显示出来(如图乙所示)．‎ 甲　　　　　　　　　　　　　乙 ‎ (1)若图乙中示波器显示屏横向的每大格(5小格)对应的时间为5.00×10－2 s，则圆盘的转速为________ r/s.(计算结果保留3位有效数字)‎ ‎(2)若测得圆盘直径为10.20 cm，则可求得圆盘侧面反光涂层的长度为________ cm.(计算结果保留3位有效数字)‎ ‎【答案】　(1)4.55　(2)1.46‎ ‎8．某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性．现有器材：直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等．‎ ‎(1)若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性，请你在如图所示的实物图上连线．‎ ‎ (2)实验的主要步骤：‎ ‎①正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源，调节并记录电源输出的电流值．‎ ‎②在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开关，________，________，断开开关．‎ ‎③重复第②步操作若干次，测得多组数据．‎ ‎(3)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得如图所示的Rt关系图线，请根据图线写出该热敏电阻的Rt关系式：R＝________＋________t(Ω)．(保留三位有效数字)‎ ‎【答案】　(1)实物连线图见【解析】　(2)记录温度计数值　记录电压表数值　(3)100　0.390‎ ‎【解析】　(1)实物连线如图．‎ ‎9．如图所示装置可以用来测量硬弹簧(即劲度系数较大的弹簧)的劲度系数k.电源的电动势为E，内阻可忽略不计；滑动变阻器全长为L，重力加速度为g.为理想电压表．当木板上没有放重物时，滑动变阻器的触头位于图中a点，此时电压表示数为零．在木板上放置质量为m的重物，滑动变阻器的触头随木板一起下移．由电压表的示数U及其他给定条件，可计算出弹簧的劲度系数k.‎ ‎ (1)写出m、U与k之间所满足的关系式．‎ ‎(2)已知E＝1.50 V，L＝12.0 cm，g取9.80 m/s2.测量结果如下表：‎ m/kg ‎1.00‎ ‎1.50‎ ‎3.00‎ ‎4.50‎ ‎6.00‎ ‎7.50‎ U/V ‎0.108‎ ‎0.154‎ ‎0.290‎ ‎0.446‎ ‎0.608‎ ‎0.740‎ ‎①在图中给出的坐标纸上利用表中数据描出m－U直线．‎ ‎②m－U直线的斜率为________kg/V(结果保留三位有效数字)．‎ ‎③弹簧的劲度系数k＝________N/m(结果保留三位有效数字)．‎ ‎【答案】　(1)m＝U　(2)①见【解析】图　②10.0　③1.23×103‎ ‎【解析】　(1)设放置质量为m的重物时弹簧的压缩量为x，则有mg＝kx又U＝E 解得m＝U.‎ ‎(2)①用描点法作图，作出的图象如图所示．‎ ‎③因m＝U，故＝，‎ k＝·＝10.0×N/m≈1.23×103 N/m. ‎ ‎10．某些固体材料受到外力后除了产生形变，其电阻率也要发生变化，这种由于外力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”．现用如图所示的电路研究某长薄板电阻Rx的压阻效应，已知Rx的阻值变化范围为几欧到几十欧，实验室中有下列器材：‎ A．电源E(3 V，内阻约为1 Ω)‎ B．电流表A1(0～0.6 A，内阻r1＝5 Ω)‎ C．电流表A2(0～0.6 A，内阻r2≈1 Ω)‎ D．开关S，定值电阻R0＝5 Ω ‎(1)为了比较准确地测量电阻Rx的阻值，请完成虚线框内电路图的设计．‎ ‎(2)在电阻Rx上加一个竖直向下的力F(设竖直向下为正方向)，闭合开关S，记下电表读数，A1的读数为I1，A2的读数为I2，得Rx＝________.(用字母表示)‎ ‎(3)改变力的大小，得到不同的Rx值，然后让力反向从下向上挤压电阻，并改变力的大小，得到不同的Rx值．最后绘成的图象如图所示，除观察到电阻Rx的阻值随压力F的增大而均匀减小外，还可以得到的结论是________________________．当F竖直向下时，可得Fx与所受压力F的数值关系是Rx＝________.‎ ‎【答案】　(1)见解析图　(2) (3)压力反向，阻值不变　17－2F ‎【解析】　(1)利用伏安法测量电阻阻值，但所给器材缺少电压表，可以用内阻已知的电流表A1代替，另一个电流表A2测量电流．如图所示．‎ ‎ ‎