第五章《传感器》章节小测
(满分:100分;时间:90分钟)
一、单项选择题(本题共8小题,每小题4分,共32分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.人类发射的绕地球运转的所有航天器在轨道上工作时都需要电能,所需要的电能都是由太阳能电池提供的。为保持太阳能电池板总是正对太阳,用来感知太阳方位的传感器应为( )
A.力传感器 B.光传感器
C.温度传感器 D.生物传感器
2.常见的传感器可以把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化,在自动控制中有着相当广泛的应用。如图所示是一种测量液面高度的电容式传感器的示意图,金属芯线与导电液体构成一个电容器,由电容大小的变化就可知液面的升降情况。当测得电容值减小,可以确定h( )
A.增大 B.减小
C.不变 D.无法判断
3.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小。某实验小组在升降机内的水平地板上利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置。其工作原理如图甲所示,将压敏电阻、定值电阻R、电流显示器、电源E连成电路,在压敏电阻上放置一个绝缘重物。0~t1时间内升降机停在某一楼层处,t1时刻升降机开始运动,从电流显示器中得到电路中电流i随时间t的变化情况如图乙所示。则下列判断正确的是( )
甲
乙
A.t1~t2时间内绝缘重物处于超重状态
B.t3~t4时间内绝缘重物处于失重状态
C.升降机开始时可能停在10楼,从t1时刻开始,经向下加速、匀速、减速,最后停在1楼
D.升降机开始时可能停在1楼,从t1时刻开始,经向上加速、匀速、减速,最后停在10楼
4.如图所示的电路中,R为光敏电阻(照射光的强度增大,电阻会减小),C为电容器(交变电流能通过电容器),灯泡L的额定电压为50 V,理想变压器原、副线圈的匝数比为2∶1。闭合开关S,在a、b两端输入正弦交变电流,其电压u=100sin10πt(V),则下列说法正确的是( )
A.灯泡会正常发光
B.光敏电阻中的电流和灯泡中的电流相等
C.增大照射光敏电阻的光的强度,灯泡会变亮
D.断开开关S,灯泡会熄灭
5.燃气灶的点火开关有两种:一种是电脉冲点火开关,它依靠干电池产生的电流脉冲经变压器输出非常高的电压,击穿空气后点火;另一种是电子压电点火开关,它的工作原理是压电陶瓷片受一定方向的外力作用而发生机械形变,相应地输出很高的电压,击穿空气后点火。下面对于这两种点火开关的理解正确的是( )
A.电脉冲点火开关是一种传感器
B.电子压电点火开关是一种传感器
C.压电陶瓷片完成的能量转化是将电能转化为光能
D.压电陶瓷片完成的能量转化是将机械能转化为光能
6.如图所示是观察电阻阻值随温度变化情况的实验装置示意图,现在把杯中的水由冷水变为热水,关于欧姆表的读数变化情况,以下说法正确的是( )
A.如果R为普通金属电阻,读数变大,且变化明显
B.如果R为普通金属电阻,读数变小,且变化不明显
C.如果R为热敏电阻,读数变化非常明显
D.如果R为热敏电阻,读数变化不明显
7.诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家。某探究小组查到某磁敏电阻在室温下的电阻随磁感应强度变化的曲线如图甲所示,其中R、R0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值。为检验其磁敏特性设计了图乙所示电路。关于这个实验,下列说法中正确的是( )
A.闭合开关S,图乙中只增加磁感应强度的大小时,电压表的示数增大
B.闭合开关S,图乙中只增加磁感应强度的大小时,电流表的示数增大
C.闭合开关S,图乙中只将磁场方向改为与原来方向相反时,电压表的示数减小
D.闭合开关S,图乙中只将磁场方向改为与原来方向相反时,电流表的示数减小
8.动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应原理。图甲是动圈式话筒的原理图,图乙是录音机的录、放原理图。由图可知( )
甲
乙
A.话筒工作时,磁铁不动,音圈随膜片振动而产生感应电流
B.录音机放音时,变化的磁场在静止的线圈内未激发起感应电流
C.录音机放音时,线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
D.录音机录音时,线圈中变化的电流在磁头缝隙处未产生变化的磁场
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.如图所示,导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间,线圈中电流为I,线圈间产生匀强磁场,磁感应强度大小B与I成正比,方向垂直于霍尔元件的两侧面,此时通过霍尔元件的电流为IH,与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压UH满足UH=k,式中k为霍尔系数,d为霍尔元件两侧面间的距离,电阻R远大于RL,霍尔元件的电阻可以忽略,则下列说法错误的是( )
A.霍尔元件前表面的电势低于后表面的电势
B.若电源的正负极对调,电压表将反偏
C.IH与I成正比
D.电压表的示数与RL消耗的电功率成正比
10.如图是一种测定风向和风速的传感器原理图。两个收集板极是铜丝网状导体,有良好的导电性和通风能力,粒子源极是一条直径很小的镍铬合金丝,粒子源极与两收集板极相互平行且等距。粒子源极附近的空气在强电场作用下电离,正离子沿电场方向移动流向收集板极,从而形成正离子电流,由两电流表测量,测量时保持风向与收集板极垂直,电流表A1、A2的示数分别为I1、I2,ΔI=|I1-I2|,已知有风时正离子的速度为电场引起的速度和风速的矢量和,则( )
A.若I1>I2,则风向向右 B.若I1>I2,则风向向左
C.风速越大,ΔI越大 D.风速越大,ΔI越小
11.用磁敏电阻作为传感器可以探测空间是否存在磁场,设计电路如图所示。磁敏电阻在没有磁场时电阻很小(几乎为零),在有磁场时电阻很大。闭合S1,断开S2,灯泡正常发光,下列说法正确的是( )
A.探测头处在无磁场区域时,闭合S2,灯泡会变亮
B.探测头处在无磁场区域时,闭合S2,电流表示数会变大
C.闭合S2,探测头从无磁场区域进入磁场区域时,灯泡会变亮
D.闭合S2,探测头从无磁场区域进入磁场区域时,电流表的示数会变大
12.如图所示是用光敏电阻LDR(阻值随光照增强而减小)和灯泡制成的一种简易水污染指示器示意图,下列说法中正确的是( )
A.严重污染时,LDR是大电阻
B.轻度污染时,LDR是大电阻
C.无论污染程度如何,LDR的电阻不变,其阻值大小由材料本身因素决定
D.该仪器的使用会因为白天和晚上自然光强弱不同而受到影响
三、非选择题(本题共6小题,共52分)
13.(6分)如图(a)所示为某同学设计的电子秤原理图,其中E是电动势为3 V的电源(内阻不计),A是电流表(在设计中计划改成电子秤的示数表盘),R0是阻值为5 Ω的定值电阻,R是一根长为6 cm、阻值为15 Ω的均匀电阻丝。c是一根轻质金属弹簧(电阻不计),其压缩量ΔL与所受压力F之间的关系如图(b)所示,c顶端连接有一个塑料盘(重力不计)。制作时调整弹簧的位置,使之不称重物时滑片P刚好在电阻丝的a端。(计算中g取10 m/s2)
(a)
(b)
(1)当电流表示数为0.3 A时,所称重物的质量为 ;
(2)该设计中使用的电流表的量程最小为 ,该电子秤的称量范围为 。
14.(6分)常见的一种力传感器由弹簧钢和应变片组成,其结构示意图如图甲所示。弹簧钢右端固定,在其上、下表面各贴一个相同的应变片。若在弹簧钢的自由端施加向下的作用力F,则弹簧钢发生弯曲,上应变片被拉伸,下应变片被压缩。应变片采用半导体材料制成,其阻值与长度成正比。给上、下应变片提供相等且恒定不变的电流,上应变片两端电压为U1,下应变片两端电压为U2,传感器把这两个电压的差值ΔU(ΔU=U1-U2)输出,用来反映力F的大小。半导体应变片的阻值会随温度发生变化,其变化情况如图乙所示。为消除气温对测量精度的影响,需分别给上、下应变片串联一合适的电阻,进行温度补偿。串联合适的电阻后,测量结果不再受温度影响。
甲
乙
(1)力F越大,弹簧钢的弯曲程度越 (选填“大”或“小”),传感器输出的电压差值ΔU越 (选填“大”或“小”)。
(2)外力为F1时,上、下应变片的电阻分别是R1、R2;外力为F2时,上、下应变片的电阻分别是R1'、R2'。若F1>F2,则R1、R2、R1'、R2'从大到小的排列是 。
A.R1>R2>R1'>R2'
B.R1>R1'>R2>R2'
C.R1>R2>R2'>R1'
D.R1>R1'>R2'>R2
(3)进行温度补偿时,给下应变片串联的电阻阻值随温度的变化情况应为 。
15.(10分)国家有关酒驾的裁量标准如下:
驾驶员血液酒精含量 ≥20 mg/100 mL,≤80 mg/100 mL ≥80 mg/100 mL
行为定性 饮酒驾驶 醉酒驾驶
酒精检测仪是交警执法时普遍使用的一种酒精检测工具,它可以根据司机呼出的气体来检测其饮酒量。现有一个酒精检测仪的主要部件“酒精气体传感器”,其阻值随气体酒精浓度ρ变化的情况如下表。
R/Ω 60 40 30 20 10
气体酒精浓度ρ/(mg/m3) 0 50 90 140 360
(1)请根据上表数据在坐标系中描绘出R-ρ关系曲线。
(2)已知人体血液酒精浓度是所呼出气体酒精浓度的2 200倍。若测得某司机所呼出的气体酒精浓度为120 mg/m3,则该司机属于 驾驶,此时R的阻值约为 Ω。
(3)现有如下器材:电动势为4.5 V的电源,内阻约为1 Ω;电压表V,量程为0~3 V,内阻约为2 000 Ω;电流表A,量程为0~3 A,内阻约为5 Ω;滑动变阻器R1,阻值0~50 Ω;滑动变阻器R2,阻值0~500 Ω;开关、导线若干。若要用以上器材和上述“酒精气体传感器”组成一个测定气体酒精浓度的电路,该电路只使用一个电表,且正常工作时,被测气体酒精浓度若为0,则电表指针满偏,且该电路可以在电源老化、内阻变大的情况下,通过调节滑动变阻器,保证被测气体酒精浓度为0时,电表指针仍能满偏。则该电路应选用的电表是 (填字母代号,下同),应选用的滑动变阻器是 。请在虚线框中画出电路图。
16.(10分)某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度表,他所选用的器材有:灵敏电流表(待改装,内阻不计),学生电源(电动势为E,内阻不计),滑动变阻器,单刀双掷开关,导线若干,导热性能良好的防水材料,标准温度计,PTC热敏电阻Rt(PTC热敏电阻的阻值与摄氏温度t之间的关系为Rt=a+kt,a>0,k>0)。设计电路图如图所示,并按如下步骤进行操作:
(1)按电路图连接好实验器材。
(2)将滑动变阻器的滑片P滑到 (填“a”或“b”)端,单刀双掷开关S掷于 (填“c”或“d”)端,调节滑片P,使电流表 ,并在以后的操作中保持滑片P位置不动,设此时电路总电阻为R,断开电路。
(3)容器中倒入适量开水,观察标准温度计,每当标准温度计示数下降5 ℃,就将开关S置于d端,并记录此时的温度t和对应的电流表的示数I,然后断开开关。请根据温度表的设计原理和电路图,写出电流与温度的关系式I= (用题目中给定的符号表示)。
(4)根据对应温度记录的电流表示数,重新刻制电流表的表盘,改装成温度表。根据改装原理,此温度表表盘刻度线的特点是:低温刻度在
(填“左”或“右”)侧,刻度线分布 (填“均匀”或“不均匀”)。
17.(10分)如图所示为检测某传感器的电路图,传感器上标有“3 V 0.9 W”的字样(传感器可看作一个纯电阻),滑动变阻器R0上标有“10 Ω 1 A”的字样,电流表的量程为0~0.6 A,电压表的量程为0~3 V。
(1)根据传感器上的标注,计算该传感器的电阻和额定电流。
(2)根据技术资料可知,如果传感器的电阻变化超过1 Ω,则该传感器就失去了作用。实际检测时,将一个电压恒定的电源加在图中a、b之间,闭合开关S,通过调节R0来改变电路中的电流和R0两端的电压。检测记录如下:
电压表示数/V 电流表示数/A
第一次 1.48 0.16
第二次 0.91 0.22
若不计检测电路的变化对传感器电阻的影响。通过计算分析,你认为这个传感器是否仍可使用 此时a、b间所加的电压是多少
18.(10分)某同学设计了一种测定风力的装置,其原理如图所示,迎风板与一轻弹簧的一端N相接,穿在光滑的金属杆上。弹簧是绝缘材料制成的,其劲度系数k=1 300 N/m,原长L0=0.5 m,均匀金属杆用电阻率较大的合金制成,迎风板面积S=0.5 m2,工作时总是正对着风吹来的方向。电路中左端导线与金属杆M端相连,右端导线接在N点并可随迎风板在金属杆上滑动,且与金属杆接触良好。限流电阻的阻值R=1 Ω,电源的电动势E=12 V,内阻r=0.5 Ω。合上开关,没有风时,弹簧长度为原长,电压表的示数U1=3.0 V;如果某时刻由于风吹使迎风板向左压缩弹簧,电压表示数为U2=2.0 V,求:
(1)金属杆单位长度的电阻;
(2)此时作用在迎风板上的风力大小。
参考答案：
1-5BBCCB
6-8CAA
9.AB
10.BC
11.BC
12.AD
13.
(1)2 kg(2分) (2)0~0.6 A(2分) 0~6 kg(2分)
14.
(1)大(2分) 大(2分) (2)D(2分) (3)D(2分)
15.
(1)图见解析(2分)
(2)饮酒(2分) 24(23~25均对)(2分)
(3)V(2分) R1(2分) 图见解析(2分)
16.
(2)a(2分) c(2分) 满偏(2分)
(3)(2分) (4)右(2分) 不均匀(2分)
17.
(1)传感器的电阻R传==10 Ω(2分)
传感器的额定电流I传==0.3 A(2分)
(2)传感器的电阻不变,但与额定电阻相比不同(1分)
设实际检测时加在a、b间的电压为U,传感器的实际电阻为R传'。
根据第一次检测记录数据有
U=I1R传'+U1(2分)
根据第二次检测记录数据有
U=I2R传'+U2(2分)
联立解得R传'=9.5 Ω,U=3 V(3分)
传感器的电阻变化ΔR=R传-R传'=10 Ω-9.5 Ω<1 Ω(2分)
所以此传感器仍可使用,此时a、b间所加电压为3 V。
18.
(1)1 Ω (2)260 N
