【走向高考】2016届高三物理人教版一轮复习习题：第10章 第3讲实验：传感器的简单应用

第一部分第十章第3讲

一、选择题(1～6题为单选题，7、8题为多选题)

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.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。

5．如图所示，是某同学站在力传感器上，做下蹲—起立的动作时记录的力随时间变化的图线，纵坐标为力(单位为N)，横坐标为时间(单位为s)。由图可知，该同学的体重约为650N，除此以外，还可以得到的信息有()

A．该同学做了两次下蹲—起立的动作

B．该同学做了一次下蹲—起立的动作，且下蹲后约2s起立

C．下蹲过程中人处于失重状态

D．下蹲过程中人先处于超重状态后处于失重状态

[答案] B

[解析]在3～4s下蹲过程中，先向下加速再向下减速，故人先处于失重状态后处于超重状态；在6～7s起立过程中，先向上加速再向上减速，故人先处于超重状态后处于失重状态，选项A、C、D错误，B正确。

6．(2014·黑龙江佳木斯三模)利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域。如图是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下，通入图示方向的电流I，C、D两侧面会形成电势差U CD，下列说法中正确的是()

A．电势差U CD仅与材料有关

B．若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差U CD>0

C．仅增大磁感应强度时，电势差U CD变大

D．在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平

[答案] C

[解析]元件的载流子定向移动速度为v，则有qU CD/L＝q v B，电势差U CD＝BL v，电势差U CD与材料宽度L、载流子定向移动速度v和磁感应强度B有关，仅增大磁感应强度时，电势差U CD变大，A错误，C正确。若霍尔元件的载流子是自由电子，由左手定则可判断出自由电子受力指向C侧面，则电势差U CD<0，B错误。在测定地球赤道上方的地磁场强度时，元件的工作面应保持竖直且东西放置，D错误。

7．如图所示的电路中，R1是定值电阻，R2是光敏电阻，电源的内阻不能忽略。闭合开关S，当光敏电阻上的光照强度减小时，下列说法中正确的是()

A．通过R2的电流减小

B．电源的路端电压减小

C．电容器C所带的电荷量增加

D．电源的效率增大

[答案]ACD

[解析]当光敏电阻上的光照强度减小时，光敏电阻阻值增大，通过R2的电流减小，电源的路端电压增大，电源的效率增大，电容器C两端电压增大，电容器C所带的电荷量增大，选项ACD正确，B错误。

8．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。

二、非选择题

9．利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很小，可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精确度高。

(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其他因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变________(填“大”或“小”)。

(2)上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度。如果刻度盘正中的温度为20℃(如图甲)，则25℃的刻度应在20℃的刻度的________(填“左”或“右”)侧。

(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内检测大棚内温度变化，请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路。

[答案](1)小(2)右(3)见解析

[解析](1)因为负温度系数热敏电阻温度降低时，电阻增大。故电

路中电流会减小。

(2)由(1)的分析知，温度越高，电流越大，25℃的刻度应对应较大

电流，故在20℃的刻度的右侧。

(3)如图所示。

10．(2014·南昌调研)某兴趣小组为了研制一台“电子秤”，找到一个力电转换传感器，该传感器的输出电压正比于受压面的正压力，实验操作时，先调节传感器输入端的电压(要求从零开始调节)，使力电转换传感器在空载时的输出电压为零；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压。

(1)如图所示，E为直流电源；S为开关；R为滑动变阻器；为电压表，在图中用笔画线代替导线连接成实验电路图。

(2)若将质量为m0的砝码放在力电转换传感器的受压面上，电压表的示数为U0；然后取下砝码，再将待测质量为m的物体放在力电转换传感器的受压面上，电压表的示数为U，则待测物体的质量m＝________。

[答案] (1)如图所示 (2)U U 0

m 0

[解析] 本题考查欧姆定律、传感器等知识点，意在考查考生连接电路的能力。

(1)要求传感器输入端的电压从零开始调节，故滑动变阻器采用分压式接法。

(2)因为测得的输出电压和所放物体的质量成正比，故U m ＝U 0m 0，则待测物体的质量m ＝U U 0

m 0。

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/s 2。请回答：

(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 ＝U R ＝4.8300

A ＝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 ＝ 4.820×10－3

Ω＝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/s 2)

(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 /s 2 向右 (2)10m/s 2 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)如右图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力F 1＝14N ，右侧

弹簧对滑块的向左的推力F 2＝6.0N 。

滑块所受合力产生加速度a 1，根据牛顿第二定律有F 1－F 2＝ma 1，得a 1＝

F 1－F 2m

＝14－6.02.0

m /s 2＝4m/s 2。a 1与F 1同方向，即向前(向右)。 (2)a 传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F ′1＝0，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为F ′2＝20N 。滑块所受合力产生加速度，由

牛顿第二定律得F 合＝F ′2＝ma 2，得a 2＝F 2′m

＝－10m/s 2。负号表示方向向后(向左)。 13．如图甲为利用光敏电阻检测传送带上物品分布，从而了解生产线运行是否正常的仪器。其中A 是发光仪器，B 是一端留有小孔用绝缘材料封装的光敏电阻。当传送带上没有物品挡住由A 射向B 的光信号时，光敏电阻阻值为R 1＝50Ω，当传送带上有物品挡住由A 射向B 的光信号时，光敏电阻阻值为R 2＝150Ω。固定电阻R 3＝45Ω。C 为平行板电容器，虚线与两极板距离相等，极板长L 1＝8.0×10－2m ，两极板的间距d ＝1.0×10－2m 。D 为屏，与极板垂直，D 到极板的距离L 2＝0.16m ，屏上贴有用特殊材料做成的记录纸，当电子打在记录纸上时会留下黑点，工作时屏沿图示方向匀速运动。有一细电子束沿图中虚线以速度v 0＝8.0×106m/s 连续不断地射入电容C ，虚线与屏交点为O 。图乙为一段记录纸。已知电子电荷量e ＝1.6×10－19C ，电子质量m ＝9×10－31kg 。忽略细电子束的宽度、电容器的充电放电时间及电子所受的重力。求：电源的电动势E 和内阻r 。

[答案] 10V 5Ω

[解析] 当没有物品挡光时，设电容器两端电压为U 1，此时电子在屏上的偏转Y 1＝0.02m 。

电子在平行板间运动时，加速度a ＝eU 1md

， L 1＝v 0t 1

侧移量y 1＝12at 21

解得y 1＝eU 1L 212md v 20

电子射出平行板后做匀速直线运动，

v y ＝at 1，

tan θ＝v y v 0＝eU 1L 1md v 20

所以Y 1＝y 1＋L 2tan θ

解得U 1＝4.5V

同理可得，当有物品挡光时，电容器两端电压为 U 2＝2.25V

在闭合电路中，U 1＝E R 1＋R 3＋r R 3

U 2＝E R 2＋R 3＋r R 3

解得E ＝10V ，r ＝5Ω。