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第2节传感器的应用知识点一力传感器的应用1．压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小．一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图1甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m，升降机静止时电流表示数为I0.某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过程中()图1A．物体处于失重状态B．物体处于超重状态C．升降机一定向上做匀加速运动D．升降机可能向下做匀减速运动解析：1．BD[由乙图知电流强度变为原来的二倍，而加在压敏电阻两端的电压不变，说明压敏电阻的阻值减小，即物体对压敏电阻的压力增大，物体所受支持力大于重力，升降机匀加速上升或匀减速下降，处于超重状态，故选B、D.]2．传感器是一种采集信息的重要器件，如图2所示的是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片的电极上时，以下说法中正确的是()图2①若F向上压膜片电极，电路中有从a到b的电流②若F向上压膜片电极，电路中有从b到a的电流③若F向上压膜片电极，电路中不会出现电流④若电流表有示数，则说明压力F发生变化⑤若电流表有示数，则说明压力F不发生变化A．②④B．①④C．③⑤D．①⑤解析：2．A[当F向上压膜片电极时，板间距离减小，电容器的电容将增大．当F变化时，电容变化，而板间电压不变，由Q＝CU，故带电荷量Q发生变化，电容器将发生充、放电现象，回路中有电流，电流计有示数．反之，电流计有示数时，压力F必发生变化．]知识点二温度传感器的应用3．关于电饭锅的说法正确的是()A．电饭锅中的温度传感器其主要元件是氧化铁B．铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性C．用电饭锅烧水，水开时能自动断电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：3．BD[电饭锅中的温度传感器其主要元件是铁氧体，故A选项错，B选项正确．因水开时温度约为100℃，达不到居里温度，故不能自动断电，则选项C错．温控开关只能手动闭合，故D正确．]4．如图3所示是电饭煲的电路图，S1是一个温控开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103℃)时会自动断开，S2是一个自动温控开关，当温度低于70℃时会自动闭合；温度高于80℃时会自动断开，红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时指示灯，分流电阻R1＝R2＝500Ω，加热电阻丝R3＝50Ω，两灯电阻不计．图3(1)分析电饭煲的工作原理．(2)简要回答，如果不闭合开关S1，能将饭煮熟吗？(3)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比．解析：4.(1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯短路，红灯亮，电饭煲处于加热状态，加热到80℃时，S2自动断开，S1仍闭合；水烧开后，温度升高到103℃时，开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态，由于散热，待温度降至70℃时，S2自动闭合，电饭煲重新加热，温度达到80℃时，S2又自动断开，再次处于保温状态．(2)如果不闭合开关S1，则不能将饭煮熟，因为只能加热到80℃.(3)加热时电饭煲消耗的电功率为P1＝U2R并，保温时电饭煲消耗的电功率P2＝U2R1＋R并，两式中R并＝R2R3R2＋R3＝500×50500＋50Ω.从而有P1∶P2＝R1＋R并R并＝500＋500/11500/11＝12∶1.知识点三光传感器的应用5．在如图4所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED之间的距离不变，下列说法正确的是()图4A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变D．无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变解析：5．A[滑动触头P左移，使其电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R减小，最终达到增大流过灯泡的电流的效果．]6．如图5为烟雾散射式火灾报警器，它主要由带孔的外罩，发光二极管LED、光电三极管及不透明的挡板组成，请简述它的工作原理．图5解析：使用时发光二极管处于发光状态，平时光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小．与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报．7．电熨斗在达到设定的温度后就不再升温，当温度降低时又会继续加热，使它总与设定的温度相差不多．在熨烫不同的织物时，设定的温度可以不同，进行这样的控制，靠的是温度传感器．电熨斗中装有双金属片温度传感器，这种双金属片的作用是控制电路的通断，如图6所示为电熨斗的结构图，图中双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属，请结合所学知识回答以下问题：图6(1)常温下，上、下触点应当是接触的还是分离的？当温度过高时双金属片将起怎样的作用？(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，这是如何利用调温旋钮来实现的？解析：(1)常温下，上、下触点应是接触的，但温度过高时，由于双金属片上、下表面受热膨胀系数不同，上部金属膨胀大，下部金属膨胀小．则双金属片向下弯曲，使触点分离，从而切断电源，停止加热，温度降低后，双金属片恢复原状，重新接通电路加热，这样循环进行，起到自动控制温度的作用．(2)熨烫棉麻衣物和熨烫丝绸衣物需要设定不同的温度，此时可通过调温旋钮调节升降螺丝，升降螺丝带动弹性铜片升降，从而改变触点接触的位置，达到设定不同温度的目的．8．关于电子秤中应变式力传感器说法正确的是()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答案：BD[应变片多用半导体材料制成，故选项A错，B对．传感器输出的是应变片上、下两表面的电压差，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]9．电子秤使用的是()A．超声波传感器B．压力传感器C．温度传感器D．红外传感器答案：B10．在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上装有的传感器是()A．光传感器B．温度传感器C．声传感器D．压力传感器答案：D[当电梯门碰到人或其他障碍物时立即停止关门以防挤伤人，故为压力传感器．]11．下列器件不是应用温度传感器的是()A．电熨斗B．话筒C．电饭锅D．测温仪答案：B12.惯性制导系统已广泛应用于弹道式导弹工程中，这个系统的重要元件之一是加速度计．加速度计构造和原理的示意图如图8所示：沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一质量为m的滑块，滑块两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连；两弹簧的另一端与固定壁相连．滑块原来静止，弹簧处于自然长度，滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导．设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离O点的距离为x，则这段时间内导弹的加速度()图8A．方向向左，大小为kx/mB．方向向右，大小为kx/mC．方向向左，大小为2kx/mD．方向向右，大小为2kx/m解析：D[滑块随导弹一起做加速运动，向左偏离O点的距离为x，使左侧弹簧被压缩，右侧弹簧被拉长，则滑块所受合力为2kx，方向向右，故加速度方向向右．由牛顿第二定律得：2kx＝ma，滑块加速度大小为：a＝2kx/m，故选D.]13．利用传感器和计算机可以研究快速变化的力的大小．实验时，把图10甲中的小球举高到绳子的悬点O处，然后让小球自由下落．用这种方法获得的弹性绳的拉力随时间的变化图线如图乙所示．根据图线所提供的信息，以下判断正确的是()图10A．t2时刻小球所处位置是运动中最高点B．t1～t2期间小球速度先增大后减小C．t3时刻小球动能最小D．t2与t5时刻小球速度大小不同解析：B[小球下落的轨迹如右图所示，B处为绳子原长处，C处为小球重力与绳上拉力相等处，D处为小球下落的最低点，在F－t图中，0～t1小球在OB间下落，t1～t2小球在BD间下落，t2～t3小球由D回到B处，t3～t4小球在BO间上升，而后下落至B点．由F－t图知，小球在t2时刻下落到最大距离，然后最大距离在逐渐减小，由以上分析知，小球的最大速度出现在C点，对应于t1～t2之间，A错，B对，小球动能最小出现在t2时刻或t3～t4间某时刻，C错误．t2和t5分别对应小球先后两次下落过程中经过最低点的时刻，速度大小为零，D错误．正确选项为B.]14．如图11所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、电键K与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中．两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电荷量为＋q的小球．K断开时传感器上有示数，K闭合时传感器上恰好无示数．则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是()图11A．正在增加，ΔΦΔt＝mgdqB．正在减弱，ΔΦΔt＝mgdnqC．正在减弱，ΔΦΔt＝mgdqD．正在增加，ΔΦΔt＝mgdnq解析：D[K闭合时传感器上恰好无示数，说明小球受竖直向上的电场力，且电场力大小等于重力．由楞次定律可判断磁场B正在增强，根据法拉第电磁感应定律E＝nΔΦΔt＝U，又Udq＝mg得ΔΦΔt＝mgdnq，故D正确．]15．一般的电熨斗用合金丝做发热元件，合金丝电阻随温度t变化的关系如图12中实线①所示．由于环境温度以及熨烫的衣服厚度、干湿等情况不同，熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大的范围内波动，易损坏衣物．有一种用主要成分为BaTiO3，被称为“PTC”的特殊材料做发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点．PTC材料的电阻随温度变化的关系如图12中实线②所示．根据图线分析：图12(1)为什么处于冷态的PTC熨斗刚通电时比普遍电熨斗升温快？(2)通电一段时间后电熨斗温度t自动地稳定在______＜t＜______范围之内．解析：(1)由于冷态时PTC材料电阻很小，故由P＝U2R知，其发热功率很大，所以升温很快．(2)在T6～T7之间，电熨斗放出的热量和产生的热量才有可能相等，达到热平衡状态，所以电熨斗温度t自动地稳定在T6＜t＜T7范围之内．16．传感器的种类多种多样，其性能也各不相同，空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内使用的传感器是()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：C[空调机根据温度调节工作状态，所以内部使用了温度传感器，故C正确．]17．下列器件是应用力传感器的是()A．鼠标器B．火灾报警器C．测温仪D．电子秤解析：D[鼠标器中的传感器是红外线接收管，属于光传感器；火灾报警器中传感器是光电三极管，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．]18．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：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，所以A选项正确．]