2018届高考物理二轮复习 卷汇编 传感器 卷 11页

全*品*高*考*网， 用后离不了！本章优化总结 传感器 传感器的工作原理及常用敏感元件 ‎1．传感器感受的通常是非电学量，如力、热、磁、光、声等，而它输出的通常是电学量，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作，传感器原理如下所示：‎ →→→→ ‎2．常见敏感元件及特性 ‎(1)光敏电阻：光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大．‎ ‎(2)热敏电阻和金属热电阻：金属热电阻的电阻率随温度升高而增大，热敏电阻有正温度系数电阻、负温度系数电阻两种．正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小．‎ ‎(3)霍尔元件：能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量的元件，UH＝k.‎ 如图甲所示为在温度为10 ℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1＝20 kΩ、R2＝10 kΩ、R3＝40 kΩ，RT为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示，a、b端电压Uab≤0时，电压鉴别器会令开关S接触，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当a、b端电压Uab>0时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在(　　)‎ A．10 ℃　 B．20 ℃‎ C．30 ℃ D．45 ℃‎ ‎[解析]　由题可知Uab＝0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．由电路图可知，在R1、R2、R3给定的条件下，热敏电阻RT的阻值决定了Uab的正负．设电源负极的电势为零，则φa＝U，φb＝U，其中U为电源的路端电压，令φa＝φb，即Uab＝0，则可得＝，代入数据得RT＝20 kΩ，由题图乙得对应的温度为30 ℃，C正确．‎ ‎[答案]　C ‎[方法总结]　本题利用热敏电阻为传感器，将温度变化的信号转化为电信号，结合电子线路来控制加热电路．正确的电路分析、计算及看懂热敏电阻的电阻值随温度变化的曲线，是解决本类习题的关键．‎ ‎1．利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示．若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2 m，则下列说法正确的是(　　)‎ A．传送带运动的速度是0.1 m/s B．传送带运动的速度是0.2 m/s C．该传送带每小时输送3 600个工件 D．该传送带每小时输送7 200个工件 解析：选BC.从乙图可以知道：每间隔1秒的时间光传感器就输出一个电信号，而在这一段时间内传送带运动了两个工件之间的距离，所以传送带运动的速度是v＝ m/s＝0.2 m/s，故A错误、B正确；传送带每小时传送的距离为s＝vt＝0.2×3 600 m，工件个数为n＝＝3 600个，C正确、D错误．‎ 自动控制电路的分析方法 传感器问题具有涉及知识点多、综合性强、能力要求高等特点，而传感器的形式又多种多样，原理较难理解，搞清传感器的工作原理是求解问题的关键．‎ ‎1．确定传感器所感受到的物理量 传感器所感受到的物理量有力、热、磁、光、声等．‎ ‎2．转换电路把输出转换成电学量信号 通过元件把敏感元件的输出转换成电学量信号，最后借助于转换电路把电学量信号转换为便于处理、显示、记录或控制的量．‎ 如图所示，A是浮子，B是金属触头，C为住宅楼房顶上的蓄水池，M是带水泵的电动机，D是弹簧，E是衔铁，F是电磁铁，S1、S2分别为触头开关，S为开关，J为电池．请利用上述材料，设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置．‎ ‎(1)连接电路图；‎ ‎(2)简述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)．‎ ‎[解析]　(1)如图所示．‎ ‎(2)按图接好电路，合上开关S，水泵工作，水位升高，当浮子上升使B接触到S1时，左侧电路(控制电路)工作，电磁铁F有磁力，拉下衔铁E，使S2断开，电动机M 不工作，停止注水，当水位下降使B与S1脱离，电磁铁电路停止工作，F无磁性，弹簧的弹力使D拉动E，使S2接通，M工作．‎ ‎[答案]　见解析 ‎[方法总结]　自动控制电路的设计应注意以下几点：‎ ‎(1)要明确设计意图，弄清控制条件和相应的自动控制原理．‎ ‎(2)要明确应选用哪种传感器，该传感器怎样感知控制条件及怎样转化为电学量输出．‎ ‎(3)选用什么样的执行机构，该执行机构怎样执行自动控制．‎ ‎(4)采用什么样的电路来实现自动控制．‎ ‎2．如图所示为用电源、电磁继电器、滑动变阻器、绿灯泡、小电铃、负温度系数半导体热敏电阻、开关、导线等组成的一个高温报警器电路图，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警，则图中甲、乙、丙分别是(　　)‎ A．小电铃、半导体热敏电阻、绿灯泡 B．绿灯泡、半导体热敏电阻、小电铃 C．半导体热敏电阻、小电铃、绿灯泡 D．半导体热敏电阻、绿灯泡、小电铃 解析：选C.甲的回路应为控制电路，甲当然为半导体热敏电阻．热敏电阻特点是温度高，电阻小，电流大，继电器工作，触头被吸下，乙被接通应报警，即乙是小电铃，平常时，温度低、电阻大、电流小，丙导通，丙应是绿灯泡．‎ ‎(时间：60分钟，满分：100分)‎ 一、单项选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确．)‎ ‎1．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上是电视机中的传感器把光信号转化为电信号的过程．下列属于这类传感器的是(　　)‎ A．红外报警装置 B．走廊照明灯的声控开关 C．自动洗衣机中的压力传感装置 D．电饭锅中控制加热和保温的温控器 解析：选A.遥控器发出红外线，电视中的传感器感知红外线是红外线传感器，故选A.‎ ‎2．(2015·厦门一中高二检测)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：选B.自动门的自动控制要求灵敏、可靠，若以温度控制，人的体温与夏季气温接近，在夏季自动门可能误动作．自动门实际使用的是红外线传感器，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．故选B.‎ ‎3. 如图所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变暗，发生这一现象的主要原因是(　　)‎ A．小灯泡的电阻发生了变化 B．小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化 C．电阻丝的电阻率随温度发生了变化 D．电源的电压随温度发生了变化 解析：选C.电阻丝的电阻率随温度的升高而增大，电阻也增大，电路中电流减小，根据P＝I2R知，小灯泡的实际功率减小，所以变暗．‎ ‎4. 某仪器内部电路如图所示，其中M是一个质量较大的金属块，左右两端分别与金属丝制作的弹簧相连，并套在光滑水平细杆上，a、b、c三块金属片间隙很小(b固定在金属块上)，当金属块处于平衡状态时．两根弹簧均处于原长状态．若将该仪器固定在一辆汽车上，下列说法中正确的是(　　)‎ A．当汽车加速前进时，甲灯亮 B．当汽车加速前进时，乙灯亮 C．当汽车刹车时，乙灯亮 D．当汽车刹车时，甲、乙两灯均不亮 解析：选B.当汽车向右加速时，M向左移动，b与a接触，电路接通乙灯亮；当汽车刹车时，M向右移动，b与c接触，甲灯亮．‎ ‎5．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．‎ ‎6．如图所示，R1、R2、R3是固定电阻，R4是光敏电阻．当开关S闭合后，在没有光照射时，a、b两点等电势，当用光照射R4时(　　)‎ A．R4的阻值变小，a点电势高于b点电势 B．R4的阻值变小，a点电势低于b点电势 C．R4的阻值变大，a点电势高于b点电势 D．R4的阻值变大，a点电势低于b点电势 解析：选B.光照射光敏电阻时，阻值变小，光敏电阻分压减小，a点电势降低，所以B对．‎ 二、多项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项正确，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分．)‎ ‎7．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.应变片多用半导体材料制成，故选项A错，B对；传感器输出的是上、下两应变片上的电压差，并且随着外力的增大，输出的电压差值也就越大，故C错，D对．‎ ‎8．许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启，而在白天，即使有声音它也没有反应．它的控制电路中可能接入的传感器是(　　)‎ A．温度传感器 B．光电传感器 C．声音传感器 D．热电传感器 解析：选BC.温度传感器是指将温度信号转换为电信号的一类传感器；光电传感器是指将光信号转换为电信号的一类传感器；声音传感器是指将声音信号转换为电信号的一类传感器；热电传感器是指将温度信号转换为电信号的一类传感器．根据题意，楼道照明灯由两种装置控制，一是与光有关，二是与声音有关，故选BC.‎ ‎9. 在一些学校教室为了保证照明条件，采用智能照明系统，在自然光不足时接通电源启动日光灯，而在自然光充足时，自动关闭日光灯，其原理图如图所示．R为一光敏电阻，L为一带铁芯的螺线管，在螺线管上方有一用细弹簧系着的轻质衔铁，一端用铰链固定在墙上可以自由转动，另一端用一绝缘棒连接两动触头．有关这套智能照明系统工作原理描述正确的是(　　)‎ A．光照越强，光敏电阻阻值越大，衔铁被吸引下来 B．在光线不足时，光敏电阻阻值变大，电流小，衔铁被弹簧拉上去，日光灯接通 C．上面两接线柱应该和日光灯电路连接 D．下面两接线柱应该和日光灯电路连接 解析：‎ 选BC.由光敏电阻特性可知，光照强度越强，电阻越小，电流越大，所以A项错，B项正确；上面两接线柱应接日光灯电路，所以C项正确，而D项错误．‎ ‎10．(2015·江西吉安高二检测)巨磁电阻(GMR)电流传感器可用来准确检测大容量远距离直流输电线路中的强电流，其原理利用了巨磁电阻效应．巨磁电阻效应是指某些磁性材料的电阻R在一定磁场作用下随磁感应强度B的增加而急剧减小的特性．如图所示为检测电路的原理图，设输电线路电流为I(不是GMR中的电流)，GMR为巨磁电阻，R1、R2为定值电阻．已知输电线路电流I在巨磁电阻GMR处产生的磁场的磁感应强度B的大小与I成正比，下列有关说法正确的是(　　)‎ A．如果I增大，电压表V1示数减小，电压表V2示数增大 B．如果I增大，电流表A示数减小，电压表V1示数增大 C．如果I减小，电压表V1示数增大，电压表V2示数增大 D．如果I减小，电流表A示数减小，电压表V2示数减小 解析：选AD.如果I增大，巨磁电阻(GMR)电流传感器处磁场的磁感应强度B增大，巨磁电阻的电阻减小，巨磁电阻中电流增大，电流表A示数增大，电压表V2示数增大，电压表V1示数减小，选项A正确B错误；如果I减小，巨磁电阻(GMR)电流传感器处磁场的磁感应强度B减小，巨磁电阻的电阻增大，巨磁电阻中电流减小，电流表A示数减小，电压表V2示数减小，电压表V1示数增大，选项C错误，D正确．‎ 三、非选择题(本题共3小题，共40分．按题目要求作答．解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．)‎ ‎11．(12分)霍尔效应是电磁基本现象之一，近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展．如图甲所示，在一矩形半导体薄片的P、Q间通入电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，在M、N间出现电压UH，这个现象称为霍尔效应，UH为霍尔电压，且满足UH＝k，式中d为薄片的厚度，k为霍尔系数．某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数．‎ ‎(1)若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电，电流与磁场方向如图甲所示，该同学用电压表测量UH时，应将电压表的“＋”接线柱与________(填“M”或“N”)端通过导线连接．‎ ‎(2)已知薄片厚度d＝0.40 mm，该同学保持磁感应强度B＝0.10 T不变，改变电流I的大小，测量相应的UH值，记录数据如下表所示.‎ I/(×10－3 A)‎ ‎3.0‎ ‎6.0‎ ‎9.0‎ ‎12.0‎ ‎15.0‎ ‎18.0‎ UH/(×10－3 V)‎ ‎1.1‎ ‎1.9‎ ‎3.4‎ ‎4.5‎ ‎6.2‎ ‎6.8‎ 根据表中数据画出UH－I图线，利用图线求出该材料的霍尔系数为________×10－3 V·m·A－1·T－1(保留2位有效数字)．‎ ‎(3)该同学查阅资料发现，使半导体薄片中的电流反向再次测量，取两个方向测量的平均值，可以减小霍尔系数的测量误差，为此该同学设计了如图乙所示的测量电路．S1、S2均为单刀双掷开关，虚线框内为半导体薄片(未画出)．为使电流自Q端流入，P端流出，应将S1掷向________(填“a”或“b”), S2掷向______(填“c”或“d”)．‎ 乙 为了保证测量安全，该同学改进了测量电路，将一合适的定值电阻串联在电路中．在保持其他连接不变的情况下，该定值电阻应串联在相邻器件________和________(填器件代号)之间．‎ 解析：(1)带正电粒子由P向Q运动，磁感应强度方向向下，据左手定则可知M端带正电，故电压表的“＋”接线柱应接“M”．‎ ‎(2)根据数据作出UH－I图线，如图所示．‎ 由UH＝k得斜率为＝0.38‎ 解得k＝0.38× V·m·A－1·T－1‎ ‎≈1.5×10－3 V·m·A－1·T－1.‎ ‎(3)只有当S1掷向b、S2掷向c时，才能保证回路电流自Q端流入P端流出．为保证串联电阻的作用，将电阻接在电源和单刀双掷开关之间即可，即将定值电阻串接到S1、E或S2、E之间．‎ 答案：(1)M　(2)如解析图所示　1.5(1.4或1.6)‎ ‎(3)b　c　S1　E(或S2　E)‎ ‎12．(12分)如图所示为某校科技活动小组制作的恒温箱的电路示意图，电热丝是恒温箱的加热元件．图中的水银温度计为导电温度计，上面的金属丝A的高度可以调整，下面的金属丝B与温度计的水银接触，该温度计的水银液泡被放置到恒温箱内．请根据此电路图说明恒温箱工作的原理．‎ 解析：通电后当恒温箱内的温度未达到导电温度计金属丝A所指示的温度时，电热丝被连接在电路中，使恒温箱温度升高．当导电温度计中的水银柱上升到金属丝A指示的温度时，继电器线圈被接通，衔铁被吸下，电热丝断电，停止加热．温度降低后线圈电路断开，衔铁被释放，电热丝再次被连入电路，如此反复，从而保持恒温箱内温度恒定．‎ 答案：见解析 ‎13．(16分)(2015·常州高二检测)有一种测量物体重量的电子秤，其电路主要由三部分构成：踏板、压力传感器R(实际上是一个阻值可随压力变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质上是电流表)，原理图如图中的虚线所示，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，电阻R随压力F变化的函数式为R＝30－0.01F(F和R的单位分别为N和Ω)．‎ ‎(1)求该秤能测量的最大体重；‎ ‎(2)通过计算，得出该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘的哪个刻度处？‎ ‎(3)写出该秤测量的重力与电流表中电流的函数关系．‎ 解析：(1)由电流表量程可知电路中最大电流为2 A 由闭合电路欧姆定律E＝I(R＋r＋rg)‎ 可解得压力传感器R的最小值为4 Ω 由电阻R随压力F的变化的函数式为R＝30－0.01F 可得压力最大值F＝2 600 N，‎ 即该秤能测量的最大体重为2 600 N.‎ ‎(2)踏板空载时，F＝0，R＝30 Ω 由闭合电路欧姆定律，E＝I(R＋r＋rg)‎ 可解得I＝0.375 A 即该秤零刻度线应标在电流表G刻度盘的0.375 A刻度处．‎ ‎(3)由E＝I(R＋r＋rg)和R＝30－0.01F可得 E＝I(30－0.01F＋r＋rg)‎ 将电动势E＝12 V、内阻r＝1 Ω、‎ 电流表内阻rg＝1 Ω 代入化简得F＝3 200－.‎ 答案：(1)2 600 N　(2)0.375 A　(3)F＝3 200－