《走向高考》2013高考物理总复习 10-3传感器及其应用

10-3传感器及其应用一、选择题1．关于传感器的下列说法正确的是()A．所有传感器的材料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．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D．以上说法都不正确[答案] B[解析]半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计，所以A错，B正确，传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量，所以C错。

2．在一些星级宾馆的洗手间经常装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近干手机能使传感器工作，是因为() A．改变湿度B．改变温度C．改变磁场D．改变电容[答案] D[解析]根据自动干手机工作的特征，手靠近电热器工作，手撤离电热器停止工作，人是一种导体，可以与其他导体构成电容。

手靠近时相当于连接一个电容，可以确定干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变了电容，用湿度和温度来驱动电热器工作，理论上可行，但是假如干手机是由于湿度、温度的变化而工作就成了室内烘干机。

3．在街旁的路灯，江海里的航标都要求在夜晚亮，白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、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[答案] B[解析]街旁的路灯和江海里的航标，都是利用了半导体的光敏性，夜晚电阻大，白天电阻小，控制了电路的通断。

4．(2012·成都一模)陶瓷气敏传感器可以用于分析气体中酒精蒸气的含量，常用于检查酒后驾驶人员，如果司机饮酒，血液中的酒精成分会扩散到呼出的气体中，呼出的气体喷吹传感器，传感器的电阻将随着酒精蒸气浓度发生相应变化，从而可以检测血液中的酒精含量，某种陶瓷气敏传感器的电导(电阻的倒数)与气体中酒精蒸气浓度c的关系如图甲所示。

小明同学针对图乙所示的检测电路(电流表内阻不计)提出了以下看法，其中正确的有()A．此陶瓷气敏传感器的电阻与气体中酒精蒸气的浓度成正比B．气体中酒精蒸气的浓度越大，则电流表指针偏转的角度越大C．气体中酒精蒸气的浓度越大，则电池的路端电压越小，电阻R0两端电压也越小D．电池用的时间长了，电动势减小、内阻增大，导致测得的酒精浓度偏低[答案]BD[解析]由图甲知传感器的电阻R＝1kc(k为常数)，即R与气体中酒精蒸气的浓度成反比，浓度越大电阻越小，电流越大，A错，B 对；当气体中酒精蒸气的浓度增大时，传感器电阻减小，由闭合回路欧姆定律知电路中电流增大，电源内电压增大，路端电压减小，R0两端电压增大，C错；电池用久了，电动势减小，内阻增大，在同样情况下，回路中电流变小，进而测得的酒精浓度偏低，D对。

5.如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻(负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻)，L为小灯泡，当温度降低时()A．R1两端的电压增大B．电流表的示数增大C．小灯泡的亮度变强D．小灯泡的亮度变弱[答案] C[解析]温度降低时R2的阻值增大，干路电流减小，R1两端电压、电流表示数都减小，灯泡两端电压变大、亮度变强。

只有C项正确。

6．电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装置。

由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而又可推出另一个物理量的值的变化，如图所示是四种电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用下列说法正确的是()A．甲图的传感器可以用来测量角度B．乙图的传感器可以用来测量液面的高度C．丙图的传感器可以用来测量压力D．丁图的传感器可以用来测量速度[答案]ABC[解析]甲、乙、丙中的电容器的电容分别与θ、h、F有关，均能测量对应的物理量，而丁中的电容与s有关，丁只能测量位移s，故正确答案是ABC。

7.为了儿童安全，布绒玩具必须检测其中是否存在金属断针，可以先将玩具放置强磁场中，若其中有断针，则断针被磁化，用磁报警装置可以检测到断针的存在，如图所示是磁报警装置中的一部分电路示意图，其中R B是磁敏传感器，它的电阻随断针的出现而减小，a、b 接报警器，当传感器R B所在处出现断针时，电流表的电流I、ab两端的电压U将()A．I变大，U变大B．I变小，U变小C．I变大，U变小D．I变小，U变大[答案] C[解析]由题意知R B的电阻随断针的出现而减小，即外电路的电阻减小，由闭合电路欧姆定律有I总＝E/(R＋r)可知I总必增大，再由U外＝E－I总r可知，外电压U减小。

而由U1＝I总R1可知，U1增大，U3必减小，由电流表的电流I＝I总－I3可知，电流表的电流必变大，故选项C正确。

8．(2012·浙江宁波)如图为理想变压器，其原、副线圈的匝数比为2 ∶1，原线圈接有交流电压u＝220sin100πt V，图中电压表和电流表均为理想交流电表，R t为负温度系数的热敏电阻(即当温度升高时，阻值减小)，R1为定值电阻，C为电容器。

下列说法正确的是()A ．电压表示数是110VB ．交流电的频率为100HzC ．通过R 1的电流始终为零D ．当R t 处温度升高时，电压表示数不变，电流表示数变大[答案] D[解析] 原线圈所加交变电压的有效值为U 1＝2202V ，由理想变压器的变压比公式U 1U 2＝n 1n 2，可得U 2＝n 2n 1U 1＝12×2202V ＝552V ，选项A 错误；由交变电压的瞬时值表达式u ＝220sin100πt V 可知，该交变电流的频率f ＝100π2πHz ＝50Hz ，选项B 错误；由于交变电流能对电容器进行充、放电，所以会有充、放电电流通过电阻R 1，选项C 错误；因变压器为理想变压器，线圈电阻不计，因此，电压表的示数不变，当R t 处的温度升高时，其电阻阻值变小，所以电流表的示数变大，选项D 正确。

二、非选择题9．(2012·宝鸡质检)某实验探究小组为了探究物体的加速度与所受合外力之间的关系，设计了如图a 所示的实验装置。

该实验小组成员用钩码的重力作为小车所受的合力，用传感器测小车的加速度，通过改变钩码的数量，多次重复测量，可得小车运动的加速度a 和所受合力F 的关系图象，他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条a—F图象，如图b所示。

(1)图b中的图象________是在轨道右侧抬高的情况下得到的(填“①”或“②”)。

当钩码的数量增大到一定程度时，图b中的图象明显偏离直线，造成此误差的主要原因是________。

(2)小车和传感器接收器的总质量m＝________kg，小车和轨道间的动摩擦因数μ＝________(g＝10m/s2)。

[答案](1)①所挂钩码的总质量太大(2)0.50.2[解析](1)由图象可知，①图象中没有拉力的时候已经有加速度了，因此是在轨道右侧抬高的情况下得到的；钩码的数量增大到一定程度时，图象明显偏离直线，是因为所挂钩码的总质量太大，钩码的重力不能看做小车所受的合力了。

(2)由题图b可知图象斜率为1/m；由图中数据可求得m＝0.5kg，μ＝0.2。

10．(2012·荆州联考)用多用电表研究热敏电阻的阻值与温度的关系。

(1)应将多用电表的选择开关置于________挡(选填“电压”、“电流”或“欧姆”)；(2)多用电表使用时，将红表笔插入________接线孔(选填“＋”或“－”)；(3)正确选择多用电表的挡位后，将一热敏电阻接在多用电表两表笔上，把热敏电阻放入盛有温度为100摄氏度热水的杯子中，表针的偏角为θ；若将杯子中加入冷水，发现表针的偏角减小，这说明热敏电阻的阻值随温度降低而________(选填“增大”、“减小”或“不变”)；(4)多用电表使用后，应将选择开关置于________挡(选填“电流”，“直流电压”、“欧姆”或“交流电压最高”)。

[答案](1)欧姆(2)＋(3)增大(4)交流电压最高[解析]用多用电表研究热敏电阻的阻值与温度的关系实质是测量不同温度下热敏电阻的阻值，所以应将多用电表的选择开关置于欧姆挡；多用电表使用时，将红表笔插入“＋”接线孔，黑表笔插入“－”接线孔；由多用电表原理可知。

表针的偏角越大，通过电表的电流越大，待测电阻的阻值越小。

将杯子中加入冷水，发现表针的偏角减小，这说明热敏电阻的阻值增大，热敏电阻的阻值随温度降低而增大；多用电表使用后，应将选择开关置于交流电压最高挡或OFF 挡。

11.传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用。

有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)，显示体重大小的仪表A(实质是理想的电流表)组成。

压力传感器表面能承受的最大压强为1×107Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如下表所示。

设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8V ，取g＝10m/s2。

请回答：________A处。

(2)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20mA, 这个人的体重是________kg。

[答案](1)1.6×10－2(2)50[解析]本题是传感器的应用问题，考查学生的实验与探究能力。

(1)由图表知，踏板空载时，压力传感器电阻R＝300Ω，此时A中电流I＝UR＝4.8300A＝1.6×10－2A。

(2)当电流I＝20mA＝20×10－3A时，压力传感器的电阻R＝U I＝4.820×10－3Ω＝240Ω，对应表格中，这个人的质量为50kg。

12．用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度，该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组合成的压力传感器，用两根相同的轻弹簧夹着一质量为2.0kg 的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b 上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出。

现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后。

汽车静止时，传感器a、b的示数均为10N。

(g取10m/s2)(1)若传感器a的示数为14N，b的示数为6.0N，求此时汽车的加速度大小和方向。

(2)当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零。

[答案](1)4m/s2向右(2)10m/s2向左[解析]传感器上所显示出力的大小，即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知，此即为弹簧上的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小。

(1)如上图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力F1＝14N，右侧弹簧对滑块的向左的推力F2＝6.0N。