选修3-2物理第六章传感器

第1页共7页第六章传感器一、选择题1．下列说法正确的是（）A．话筒是一种常用的声电传感器，其作用是将电信号转换为声音信号B．楼道里的灯只有天黑时出现声音才亮，说明它的控制电路中只有光电传感器C．电子秤使用了力传感器，将力的大小转换为电信号D．光敏电阻能够把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量2．关于传感器，下列说法正确的是（）A．所有传感器都是由半导体材料做成的B．金属材料也可以制成传感器C．干簧管是一种能够感知电场的传感器D．传感器一定是通过感知电压的变化来传递信号的3．霍尔元件能够实现的两个物理量之间的转换，下面的说法中正确的是（）A．把温度这个热学量转换成电阻这个电学量B．把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量C．把力这个力学量转换成电压这个电学量D．把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量4．自动控温的空调机、电冰箱和电熨斗都使用了（）A．温度传感器B．红外线传感器C．生物传感器D．压力传感器5．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1-a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1-b所示。若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2m，则下述说法正确的是（）A．传送带运动的速度是0.1m/sB．传送带运动的速度是0.2m/sC．该传送带每小时输送3600个工件D．该传送带每小时输送7200个工件图1-a图1-b第2页共7页6．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2所示，键盘上每一个键的下面都连一小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一小的固定金属片，这两金属片组成一个小电容器。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7．图3为位移传感器的原理图，物体m在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属杆P移动，通过理想电压表显示的数据来反映物体位移的大小x，则下列说法正确的是（）A.物体m向右移动时，电压表的示数变大B.物体m运动时，电路中的电流会发生变化C.电压表示数的改变量ΔU与物体位移x成正比D．电压表示数的改变量ΔU与物体位移x不成正比8．如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光敏电阻计数器的工作原理是（）A．当有光照R1时，信号处理系统获得高电压B．当有光照R1时，信号处理系统获得低电压C．信号处理系统获得一次低电压就计数一次D．信号处理系统获得一次高电压就计数一次9．医生做某些特殊手术时，利用电磁血流计来监测通过动脉的血流速度。电磁血流计由一对电极a和b以及一对磁极N和S构成，磁极间的磁场是均匀的。使用时，两电极a、b均与血管壁接触，两触点的连线、磁场方向和血流速度方向两两垂直，如图5所示。由于血流中的正负离子随血流一起在磁场中运动，电极a、b之间会有微小电势差。在达到平衡时，血管内部的电场可看作是匀强电场，血液中的离子所受的电场力和磁场力的合力为零。在某次监测中，两触点间的距离为3.0mm，血管壁的厚度可忽略，两触点间的电势差为160μV，磁感应强度的大小为0.040T。则血流速度的近似值和电级a、b的正负为（）图2图3图4图5第3页共7页A．1.3m/s，a正、b负B．2.7m/s，a正、b负C．1.3m/s，a负、b正D．2.7m/s，a负、b正10．传感器是把非电学量（如温度、速度、压力等）的变化转换为电学量变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用。图6是一种测量液面高度h的电容式传感器的示意图，从电容C大小的变化就能反映液面的升降情况，关于两者关系的说法中正确的是（）A．C增大表示h减小B．C减小表示h增大C．C减小表示h减小D．C的变化与h变化无直接关系二、填空题11．在电饭煲的电路中，应用了传感器。12．当光照射到光敏电阻上时，光敏电阻的阻值（填“变大”、“不变”或“变小”）。导体热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随变化而改变的特性制成的。13．如图7-a所示是某同学设计的电容式速度传感器原理图。其中上板为固定极板，下板为待测物体。在两极板间电压恒定的条件下，极板上所带电量Q将随待测物体的上下运动而变化。若Q随时间t变化关系为Q＝atb（a、b为大于零的常数），其图象如图7-b所示，那么图7-c、图7-d中反映极板间场强大小E随t变化的图线可能是______，物体速率v随t变化的图线可能是_______。14．声传感器话筒能将______信号转换为_______信号，电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图8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，被直流电源充电，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电容（选填“变大”或“变小”），导线AB中有（选填“向左”或“向右”）的电流。15．热传感器主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，热敏电阻随温度变化的图线如图6图7图8第4页共7页图9-a所示，图9-b为传感器制作的简单自动报警器线路图，其中R1是热敏电阻。则：（1）为了使温度过高时报警器铃响，开关应接在________（填“a”或“b”）（2）若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P点向_________移动（填“左”或“右”）。三、解答题16．为了节约电能，需要使街道上的照明灯在清晨自动熄灭，而在黄昏时自动点亮，这可以用光传感器进行自动控制.如图所示，是一个模拟的实验电路，其中主要的元件介绍如下。RG：光敏电阻.光照较强时，阻值可减小到1kΩ；黑暗中，阻值可增大到1MΩ.R：可调电阻，最大阻值约47kΩ.J：微型电磁继电器中的电磁铁线圈，a为受其控制的常开触点。当J两端的电压UJ≥4V时，就会吸合衔铁使触点a接通；当UJ≤2V时，则会释放衔铁使触点a断开。L：被控制的照明灯泡。IC：型号为74LS14的集成逻辑电路。其功能是：以B为参考点，当其输入端A的电压UA上升到1.6V时，输出端Y的电压UY会突然下降到0.2V；而当UA下降到0.8V时，UY则会突然上升到3.4V。（1）简要说明电路的工作原理.（可取E=5.0V、R=20kΩ进行估算，忽略集成电路输入端的分流作用）.（2）在保证交通安全的前提下，要想在天更暗时才点亮照明灯，应当将R的阻值调大些还是调小些？为什么？17．电饭锅是一种可以自动煮饭并自动保温，又不会把饭烧焦的家用电器。它的基本电路如图所示，由控制部分AB和工作部分BC组成。K1是限温开关，手动闭合。当温度达到图9图10第5页共7页103℃时自动断开，不能自动闭合。K2是自动开关，当温度超过80℃时自动断开，温度低于70℃时自动闭合。R2是限流电阻，阻值2140Ω，R1是工作电阻，阻值60Ω。锅中放好适量的米和水，插上电源（220V，50Hz），手动闭合K1后，电饭锅就能自动煮好米饭并保温。（1）简述插上电源、手动闭合K1后，电饭锅加热、保温过程的工作原理。（2）加热过程电饭锅消耗的电功率P1是多大？保温过程电饭锅消耗的电功率P2是多大？（3）若插上电源后没有手动闭合K1，能煮熟饭吗？为什么？18．如图12-a所示是在环境温度为10℃左右的条件下工作的某自动恒温箱原理简图。箱内电阻R1＝20kΩ，R2＝10kΩ，R3＝40kΩ，R4为热敏电阻，其阻值随温度变化的图线如图12-b所示。当电压鉴别器两接入点a、b的电势a＜b时，鉴别器将自动使电键K接通，使恒温箱内的电热丝发热，从而使箱内温度升高；当a＞b时，鉴别器将使K断开，停止加热。求：（1）根据以上说明，判定该恒温箱内的温度将保持在多少摄氏度？（2）若想使恒温箱内的温度保持在30℃，而保持R1、R2不变，应该把R3更换成阻值为多大的定值电阻？图12ab图11第6页共7页参考答案一、选择题1．CD2．B3．B4．A5．BC解析：从图像上看，每隔1s传感器输出一个信号，也就是每隔1s工件挡一次光，两个工件间的距离为0.2m，因此传送带的速度为0.2m/s。6．B7．AC电路是由滑动变阻器与电源直接连接的简单电路，电压表与滑动变阻器左侧电阻并联，电压表是理想电表，可看成电阻无穷大，那么移动滑片P时，滑动变阻器接入电路中的电阻不会发生变化，电路中的电流保持不变。电压表的示数显示等于滑动变阻器滑片左侧电阻与电流的乘积，U＝IR左。当物体在导轨上移动时，滑片左侧电阻随物体移动距离而均匀变化。物体向右移动，ΔR左与移动的距离x成正比，因此电压表增加的示数也与移动距离x成正比。8．AC解析：R1和R2的阻值串联接在电源两极间，R2是定值电阻，有光照射R1时，光敏电阻的阻值减小，其分压减小，则R2的分压增大，因此信号处理系统获得高电压。工件每挡住一次光，光敏电阻的阻值就增大一次，其分压也增大一次，R2分压减小一次，信号处理器应该记录一次数，表示有一个工件，所以信号处理系统获得一次低电压就计数一次。9．A10．C二、填空题11．温度12．变小；温度13.②；③解析：根据平行板电容器的电容决定式C＝kdS4π，两板间电场看成匀强电场，E＝dU，且U＝CQ，联立上述三式可得E＝SkQ4π，E与Q成正比，而Q随时间变化的图像如图2，因此E随时间按变化的图像应该是图②。固定极板与待测物体间的距离d的变化反映待测第7页共7页物体的位移改变量，由Q＝CU＝kdSU4π，而Q＝atb，两式比较可得，d随时间做线性变化，因此d的变化率是恒量，及速度不随时间变化，图③是v-t图。14．声；电；变大；向左15.（1）a；（2）左三、解答题16．解析：（1）将光敏电阻放在能够感受空中光线强弱、又不被日光直射的地方。黄昏，RG增大到9.4kΩ时，R与RG的分压就会使UA上升到1.6V，则UY就突然下降到0.2V。于是UJ变为4.8V（＞4V），使触点a接通，灯L发光。清晨，RG减小到3.8kΩ时，R与RG的分压就会使UA下降到0.8V，则UY就突然上升到3.4V。于是UJ变为1.6V（＜2V），使触点a断开，灯L熄灭。（2）应当将R的阻值调大些。这样，就会使在RG更大，即光照更弱时UA才能上升到1.6V。17．（1）由于室温肯定低于70℃，所以K2也是闭合的，R2被短路，只有R1工作，功率P1较大，使米和水被加热；温度升到80℃，K2断开但K1仍闭合，R2仍被短路，功率仍为P1，温度继续升高到把水烧开；温度将保持在100℃直到水蒸发完毕，温度继续升高到103℃，K1断开且不再自动闭合，这时饭已煮好．R1、R2串联热功率P2较小，电饭锅发出的电热小于它向外释放的热，温度开始降低；当温度降低到70℃时K2自动闭合，功率又变为P1，使饭的温度升高；到80℃时K2自动断开，温度又开始降低……电饭锅处于保温状态直到关闭电源。（2）807W；21.4W（3）若K1未闭合，开始K2是闭合的，R2被短路，功率为P1，当温度上升到80℃时，K2自动断开功率降为P2温度降低到70℃，K2自动闭合……于是温度只能在70℃～80℃之间变化，不能把水烧开，不能煮熟饭．18．（1）37℃；（2）50kΩ解答：由图象知该热敏电阻在温度越高时电阻越小．在环境温度10℃时电阻为38kΩ，a＜b，K被接通，电热丝加热，随着温度升高，热敏电阻减小，当温度升高到超过37℃时，热敏电阻小于20kΩ，φa＞φb，停止加热。从b图可知，温度为30℃时，热敏电阻阻值为25kΩ，从R1∶R2=2∶1可知，要使b＞a，R3应为50kΩ。