江蘇版2023版高三一輪總復習物理課時分層作業(yè)34傳感器的工作原理及應用

課時分層作業(yè)(三十四)傳感器的工作原理及應用題組一傳感器的原理和分類1．關于傳感器的下列說法正確的是()A．所有傳感器的材料都是由半導體材料做成的B．金屬材料也可以制成傳感器C．傳感器主要是通過感知電壓的變化來傳遞信號的D．以上說法都不正確B[半導體材料可以制成傳感器，其他材料也可以制成傳感器，如金屬氧化物氧化錳就可以制成溫度計，所以選項A錯誤，選項B正確；傳感器不但能感知電壓的變化，還能感受力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量的變化，所以選項C錯誤。]2．有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將這三只元件分別接入如圖所示電路中的A、B兩點后，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說法中正確的是()A．置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化較大的一定是金屬熱電阻B．置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變化的一定是定值電阻C．用黑紙包住與不用黑紙包住相比，歐姆表示數(shù)變化較大的一定是光敏電阻D．用黑紙包住與不用黑紙包住相比，歐姆表示數(shù)相同的一定是定值電阻C[熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化，定值電阻和光敏電阻的阻值不隨溫度發(fā)生變化，故A、B錯誤；光敏電阻的阻值隨光照的變化而變化，而定值電阻和熱敏電阻的阻值不隨光照的變化而變化，故C正確，D錯誤。]3．如圖所示，將一光敏電阻連入多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開關置于歐姆擋，用光照射光敏電阻時表針的偏角為θ，現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針的偏角變?yōu)棣取?，則可判斷()A．θ′＝θ B．θ′＜θC．θ′＞θ D．不能確定θ和θ′的關系B[光敏電阻的阻值隨光照強度的增強而減小，開始時有光照射，光敏電阻的阻值較小，當手掌擋住部分光線時，光敏電阻的阻值增大，因為歐姆表的零刻度在表盤的右側，所以歐姆表測電阻時，阻值越大，指針偏角越小，所以選項B正確。]4．如圖所示為熱敏電阻和金屬熱電阻的電阻值隨溫度T變化的圖線，下列說法正確的是()A．圖線1是熱敏電阻的R-T圖線，它是用絕緣材料制成的B．圖線2是熱敏電阻的R-T圖線，它可以用半導體材料制成C．圖線1的材料化學穩(wěn)定性好，測溫范圍大，靈敏度高D．圖線2的材料化學穩(wěn)定性差，測溫范圍大，靈敏度低B[熱敏電阻由半導體材料制成，金屬熱電阻由金屬制成，由圖知1為金屬熱電阻，2為熱敏電阻，故A錯誤，B正確。與熱敏電阻相比，金屬熱電阻的化學穩(wěn)定性好，測溫范圍大，但靈敏度差，故C、D錯誤。]5．熱敏電阻包括正溫度系數(shù)電阻器(PTC)和負溫度系數(shù)電阻器(NTC)，正溫度系數(shù)電阻器的電阻值隨溫度升高而增大，負溫度系數(shù)電阻器的電阻值隨溫度升高而減小，由于熱敏電阻具有這種特性，常用在控制電路中，其電學符號為。實驗室里有一只熱敏電阻Rt，它在常溫下阻值約為10Ω，現(xiàn)要探究通過該電阻的電流與其兩端電壓的關系，實驗室里備有下列器材：電流表A1，量程100mA，內阻約為1Ω電流表A2，量程1.2A，內阻約為0.3Ω電壓表V1，量程3V，內阻約為3kΩ電壓表V2，量程10V，內阻約為10kΩ滑動變阻器R1，最大阻值為5Ω滑動變阻器R2，最大阻值為500Ω電源E，電動勢為12V，內阻不計開關、導線若干(1)實驗中要求通過熱敏電阻Rt的電流從0開始逐漸增大，根據(jù)所提供的器材，請你設計實驗電路，并將電路圖畫在答題紙指定的方框內________；(2)實驗時，電流表應選________，電壓表應選________，滑動變阻器應選________；(選填器材代號)(3)根據(jù)實驗測得數(shù)據(jù)描繪出熱敏電阻的U-I，關系曲線如圖所示，該熱敏電阻屬于________熱敏電阻(選填“PTC”或“NTC”)；將該熱敏電阻與電動勢為6V、內阻為3Ω的電源組成回路，則該熱敏電阻消耗的電功率為________W。[解析](1)要求通過熱敏電阻Rt的電流從0開始逐漸增大，滑動變阻器應用分壓式，由于熱敏電阻的阻較小，則電流表應用外接法，故電路圖如圖所示(2)常溫下熱敏電阻的電流為I＝eq\f(12,10)A＝1.2A則電流表應選A2；由于電源電動勢為12V，則電壓表應選V2；要求通過熱敏電阻Rt的電流從0開始逐漸增大，滑動變阻器應用分壓式，所以滑動變阻應選總阻值較小的即為R1。(3)由U-I圖像可知，熱敏電阻的阻值隨電流或電壓的增大而減小，即隨溫度的增大而減小，所以該熱敏電阻屬于NTC，熱敏電阻與電源組成回路則有U＝E－Ir，即為U＝6－3I；將此圖像畫入熱敏電阻的U-I圖像中如圖兩圖線的交點即為熱敏電阻的工作點，由圖可知，電壓U＝4.5V，電流I＝0.5A，故該熱敏電阻消耗的電功率為P＝UI＝4.5×0.5W＝2.25W。[答案](1)見解析(2)A2V2R1(3)NTC2.25題組二霍爾效應和電容式傳感器6．某電容式話筒的原理示意圖如圖所示，E為電源，R為電阻，薄片P和Q為兩金屬極板，對著話筒說話時，P振動而Q可視為不動，在P、Q間距增大過程中()A．P、Q構成的電容器的電容增大B．P上電荷量保持不變C．M點的電勢比N點的低D．M點的電勢比N點的高D[薄片P和Q為兩金屬極板，構成平行板電容器，由C＝eq\f(εrS,4πkd)可知，當P、Q間距增大過程中即d增大，電容C減小，A錯誤。電容器始終與電源連接，兩極板電壓不變。據(jù)電容的定義式C＝eq\f(Q,U)知電荷量減少，B錯誤。Q板上的正電荷流向M點經(jīng)N點到電源正極，故φM＞φN，C錯誤，D正確。]題組三傳感器的應用7．如圖所示，某居民小區(qū)門口利用光敏電阻設計的行人監(jiān)控裝置，R1為光敏電阻，R2為定值電阻，A、B接監(jiān)控裝置。則()A．當有人通過而遮蔽光線時，A、B之間電壓升高B．當有人通過而遮蔽光線時，A、B之間電壓降低C．當僅增大R1的阻值時，可增大A、B之間的電壓D．當僅減小R2的阻值時，可增大A、B之間的電壓B[R1是光敏電阻，有光照射時，阻值變小，當有人通過而遮蔽光線時，R1的阻值變大，回路中的電流I減小，A、B間的電壓U＝IR2減小，故A錯誤，B正確；當僅增大R1的阻值時，電路中的電流減小，A、B間的電壓U＝IR2減小，C錯誤；由閉合電路歐姆定律得：U＝E－I(R1＋r)，當僅減小R2的阻值時，電路中的電流增大，A、B間的電壓U減小，故D錯誤。]8．如圖所示是自動調溫式電熨斗的結構圖，下列說法不正確的是()A．常溫時上下觸點是接觸的B．雙金屬片溫度升高時，上金屬片形變較大，雙金屬片將向下彎曲C．原來溫度控制在80℃即斷開電源，現(xiàn)要求60℃斷開電源D．由熨燙絲綢衣物狀態(tài)轉化為熨燙棉麻衣物狀態(tài)，應使調溫旋鈕下移一些C[常溫工作時，上下觸點是接通的；當溫度升高時，上層金屬片形變大，向下彎曲，切斷電源；要使切斷電源時的溫度升高，則應使調溫旋鈕下移一些，A、B、D正確，C錯誤。]9．某儀器內部的電路如圖所示，其中M是一個質量較大的金屬塊，左右兩端分別與金屬絲制作的彈簧相連，并套在光滑水平細桿上，當金屬塊處于平衡時兩根彈簧均處于原長狀態(tài)，此時兩燈均不亮。若將該儀器固定在一輛汽車上，則下列說法正確的是()A．當汽車加速前進時，甲燈亮B．當汽車勻速前進時，乙燈亮C．當汽車剎車時，甲燈亮D．當汽車剎車時，乙燈亮C[汽車加速前進時，M與左邊觸點接觸，乙燈亮，所以A錯誤；當汽車勻速前進時，M不會左右移動，兩燈均不亮，所以B錯誤；當汽車剎車時，M與右邊觸點接觸，甲燈亮，所以C正確，D錯誤。]10．為了保證汽車剎車時車輪不被抱死，使車輪仍有一定的滾動而不是純滑動，這樣既可以提高剎車效果，又不使車輪失去控制。為此需要一種測定車輪是否還在轉動的裝置，這種檢測裝置稱為電磁脈沖傳感器，如果該裝置檢測出車輪不再轉動，它就會自動放松剎車機構，讓車輪仍保持轉動狀態(tài)，這就是ABS防抱死系統(tǒng)。如圖是電磁脈沖傳感器示意圖，B是一根永久磁體，外面繞有線圈，它們的左端靠近一個鐵質齒輪A。齒輪與轉動的車輪是同步的，則以下說法正確的是()A．車輪轉動時，由于齒輪在永久磁體的磁場中切割磁感線，產(chǎn)生感應電流B．車輪轉動時，由于齒輪被磁化使線圈中的磁場發(fā)生變化，產(chǎn)生感應電流C．車輪轉速減慢時，輸出電流的周期變小，電流強度也變小D．車輪轉速減慢時，輸出電流的周期變大，電流強度也變大B[此傳感器是利用線圈中磁通量的變化產(chǎn)生感應電流的原理來實現(xiàn)檢測的。當車輪轉動時，帶動齒輪轉動。相當于將鐵塊插入和拔出線圈，從而使線圈中磁通量發(fā)生變化而產(chǎn)生感應電流，故選項A錯誤，B正確；當車輪轉速減慢時，線圈中磁通量的變化減慢，產(chǎn)生的感應電流的周期變大，由E＝eq\f(ΔΦ,Δt)可知，電流強度變小，故選項C、D錯誤。]11．如圖所示為某商廈安裝的光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖。其中A為光源，B為由電動機帶動勻速運行的自動扶梯，R1為光敏電阻，R2為定值電阻。每當扶梯上有顧客經(jīng)過，擋住由A射向R1的光線時，計數(shù)器就計數(shù)一次。此計數(shù)器的基本工作原理是()A．當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓B．當無光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓C．信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次D．信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次C[當光線照射R1時，R1阻值減小，R總減小，由歐姆定律得I＝eq\f(U,R)，且電源電壓不變，電路中的電流增大，R2是定值電阻，U2＝IR2，R2兩端電壓增大，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓，A錯誤。當有人時信號系統(tǒng)計數(shù)，即沒有光照時獲得低電壓就計數(shù)，故B、D錯誤，C正確。]12．傳感器擔負著采集信息的任務，在自動控制中發(fā)揮著重要作用，傳感器能夠將感受到的物理量(如溫度、光、聲等)轉換成便于測量的量(通常是電學量)。例如熱敏傳感器，主要是應用了半導體材料制成的熱敏電阻。熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線如圖甲所示，圖乙是由熱敏電阻Rt作為傳感器制作的簡單自動報警器的線路圖。則下列說法正確的是()甲乙A．為了使溫度過高時報警器響鈴，c應接在a處B．為了使溫度過高時報警器響鈴，c應接在b處C．若使啟動報警的溫度提高些，應將滑動變阻器的滑片P向右移動D．如果在調試報警器達到最低報警溫度時，無論如何調節(jié)滑動變阻器的滑片P都不能使報警器工作，且電路連接完好，各電路元件都能處于工作狀態(tài)，則造成工作電路不能正常工作的原因可能是乙圖中左邊電源電壓太高A[由熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖線可知，溫度升高，電阻減小，電流增大，電磁鐵的引力增加，吸引簧片向a運動，所以A正確，B錯誤；若使啟動報警的溫度提高些，即熱敏電阻阻值再小些，則滑動變阻器的阻值應再大些，滑片P點應向左移動，C錯誤；造成工作電路不能正常工作的原因可能是題圖乙中左邊電源電壓太低，或者線圈的匝數(shù)太少，或者彈簧的勁度系數(shù)太大等，所以D錯誤。]13．如圖甲所示是某同學探究熱敏電阻阻值隨溫度的變化規(guī)律時設計的電路圖。(1)根據(jù)電路圖，在圖乙的實物上連線。甲乙(2)通過實驗，他得到了該熱敏電阻的伏安特性曲線如圖丙所示，由圖可知，熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而________。丙丁(3)他將這個熱敏電阻接入如圖丁所示的電路中，已知電源電壓為9V，內阻不計，R1＝30Ω，內阻不計的毫安表讀數(shù)為500mA，則R2的阻值為________。[解析](2)由熱敏電阻的伏安特性曲線可知：隨電流、電壓的增大(即功率增大，溫度升高)，曲線斜率也增大，因此電阻阻值減小。(3)電源內阻不計，則通過R1的電流I1＝eq\f(E,R1)＝eq\f(9,30)A＝300mA，通過R2和R的電流I2＝IA－I1＝500mA－300mA＝200mA，由R的伏安特性曲線可以讀出，當I2＝200mA時，R兩端的電壓U＝4V，則R2兩端的電壓U2＝E－U＝5V，所以R2＝eq\f(U2,I2)＝eq\f(5,200×10－3)Ω＝25Ω。[答案](1)連接實物圖如圖所示(2)減小(3)25Ω14．如圖甲所示是一種自動測定油箱內油面高度的裝置。其中R是滑動變阻器，阻值范圍是0～100Ω，它的金屬滑片是杠桿的一端，油量表是由電流表改裝而成的，實際是量程為0～0.6A的電流表，從指針所指的刻度可知油箱內油面的高度；R′為校準電阻。已知電源電壓為12V，油箱空和油箱滿時金屬滑片恰在滑動變阻器的兩端點a、b處。甲乙(1)當油箱滿時，電流表示數(shù)恰好為滿偏刻度0.6A，求校準電阻R′的阻值和油箱空時電流表的示數(shù)；(2)若將電流表改換為電壓表，用電壓表的指針指示的刻度顯示油箱內油面的高度，要求油面上升時電壓表的讀數(shù)增大，請將電壓表畫在圖乙中，并標明電壓表的“＋”“－”接線柱。若改裝后電路中校準電阻的阻值不變，求電壓表示數(shù)的變化范圍。[解析](1)當電流表示數(shù)為滿偏刻度0.6A時，金屬滑片在b處，此時滑動變阻器連