【物理】2020届一轮复习第十章第3讲　传感器作业（江苏专用）

【物理】2020届一轮复习第十章第3讲　传感器作业（江苏专用）

第3讲　传感器 一、单项选择题 ‎1.下列哪些技术没有涉及到传感器的应用(　　)‎ A.宾馆的自动门 B.工厂、电站的静电除尘 C.家用电饭煲的跳闸和保温 D.声控开关 答案　B ‎2.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 ‎3.(2018南京模拟)目前的手机触摸屏大多是电容式触摸屏,电容式触摸屏内有一导电层,导电层四个角引出四个电极,当手指触摸屏幕时,人体和触摸屏就形成了一个电容,电容具有“通高频”的作用,从而导致有电流分别从触摸屏四角上的电极中流出,并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比,控制器通过对这四个电流比例的精确计算,得出触摸点的位置信息。在开机状态下,下列说法正确的是(　　)‎ A.电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是因为手指对屏幕按压产生了形变 B.电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是利用了电磁感应现象 C.当手指触摸屏幕时手指有微弱的电流流过 D.当手指离开屏幕时,电容变小,对高频电流的阻碍变大,控制器不易检测到手指离开的准确位置 答案　C　电容触摸屏只需要触摸,由于流经四个电极的电流与手指到四角的距离成比例,控制器就能确定手指的位置,不需要手指有压力,故A项错误;电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是电容器的充放电原理,不是电磁感应现象,故B项错误;由题意可知,手指从手的触点吸走一部分电荷,在电荷定向移动的过程中,会有微弱电流通过,故C项正确;根据电容器的工作原理可知,当手指离开屏幕时,电容变小,电容器将放电,控制器仍然能检测到手指离开的准确位置,故D项错误。‎ ‎4.如图所示,R是光敏电阻,当它受到的光照强度增大时(　　)‎ A.灯泡L变暗 B.光敏电阻R上的电压增大 C.电压表V的读数减小 D.电容器C的带电荷量减小 答案　C　受到的光照强度增大时,光敏电阻R变小,外电路总电阻R总变小,闭合电路总电流I增大,则灯泡变亮,灯泡两端电压(即电容器两极板间电压)变大;路端电压U减小,则电压表读数减小;因电容器两极板间电压增大,则电容器带电荷量变大;光敏电阻R上电压减小。C正确,A、B、D错误。‎ ‎5.(2018镇江模拟)酒精测试仪用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车及其他严禁酒后作业人员的现场检测,它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器。酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化,在如图所示的电路中,不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻,这样,显示仪表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系。如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r'的倒数与酒精气体的浓度c成正比,那么,电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的是(　　)‎ A.U越大,表示c越小,c与U成反比 B.U越大,表示c越小,但c与U不成反比 C.U越大,表示c越大,c与U成正比 D.U越大,表示c越大,但c与U不成正比 答案　D　酒精气体传感器和定值电阻串联在电路中,电压表测R0两端的电压,根据酒精气体传感器的电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比,得‎1‎r'‎=kc(k是比例系数)‎ 根据欧姆定律得UR‎0‎=‎ER‎0‎‎+r'+r 整理得U=‎ER‎0‎R‎0‎‎+‎1‎kc+r 由数学知识知,U越大,c越大,但两者不成正比,故D项正确。‎ 二、多项选择题 ‎6.(2018淮安模拟)电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力,感应线是一个压电薄膜传感器,压电薄膜在受压时两端产生电压,压力越大电压越大,压电薄膜与电容器C和 电阻R组成图甲所示的回路,红灯亮时,如果汽车的前、后轮先后经过感应线,回路中产生两脉冲电流,如图乙所示,即视为“闯红灯”,电子眼拍照,则红灯亮时(　　)‎ A.某车轮经过感应线的过程,电容器先充电后放电 B.某车轮经过感应线的过程,电阻R上的电流先增加后减小 C.车轮停在感应线上时,电阻R上有恒定的电流 D.汽车前轮刚越过感应线,又倒回到线内,仍会被电子眼拍照 答案　AD　由题图乙可知,当车轮经过时电流先增大后减小,然后再反向增大减小,因电压是在受压时产生的,故说明电容器先充电后放电,故A正确,B、C错误;若汽车前轮越过感应线,又倒回线内,则前轮两次压线,仍形成两个脉冲电流,符合拍照条件,电子眼仍可拍照,故D正确。‎ ‎7.(2018苏锡常模拟)自行车速度计利用霍尔效应传感器获知自行车的运动速率。如图甲所示,自行车前轮上安装一块磁铁,轮子每转一圈,这块磁铁就靠近传感器一次,传感器会输出一个脉冲电压。图乙为霍尔元件的工作原理图。当磁场靠近霍尔元件时,导体内定向运动的自由电荷在磁场力作用下偏转,最终使导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差,即为霍尔电势差。下列说法正确的是(　　)‎ A.根据单位时间内的脉冲数和自行车车轮的半径即可获知车速大小 B.自行车的车速越大,霍尔电势差越高 C.图乙中霍尔元件的电流I是由正电荷定向运动形成的 D.如果长时间不更换传感器的电源,霍尔电势差将减小 答案　AD　根据单位时间内的脉冲数,可求得车轮转动周期,从而求得车轮的角速度,最后由线速度公式,结合车轮半径,即可求解车轮的速度大小,故A项正确;根据qvB=qUHd得,UH=vBd,由电流的微观定义式I=neSv,n是单位体积内的电子数,e是单个导电粒子所带的电量,S是导体的横截面积,v是导电粒子定向移动的速率,整理得v=IneS,联立解得UH=IBdneS,可知用霍尔元件 可以测量地磁场的磁感应强度,保持电流不变,霍尔电压UH与车速大小无关,故B项错误;霍尔元件的电流I是由负电荷定向运动形成的,故C项错误;由公式UH=IBdneS,若长时间不更换传感器的电源,那么电流I减小,则霍尔电势差将减小,故D项正确。‎ ‎8.(2018南通模拟)如图是某电子秤的原理图,人只要站在踏板上,仪表G就能显示人的体重,踏板下面的传感器R实质是一个阻值可随压力大小而变化的电阻,显示体重的仪表G实质是理想电流表,如果不计踏板的质量,电阻R随人的体重G变化的函数关系式为R=a-kG(a、k是常量,G和R的单位分别是N和Ω)。下列说法正确的是(　　)‎ A.传感器R是一个力电传感器 B.闭合电路测量时,电路中的电流随人的体重均匀变化 C.该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘的零刻度处 D.如果要扩大电子秤的量程,滑动变阻器R'接入电路中的电阻应调大 答案　AD　R是将压力信号转换成电信号的传感器,即力电传感器,故A正确;闭合电路测量时,电路中的电流I=Ea-kG+r+R'‎,显然与人的体重不成线性关系,故B错误;当重力为零时,电流最小,但不为零,故C错误;由Ig=Ea-kGm+r+R'‎可知,kGm=a+r+R'-EIg,因此变阻器接入电路中的电阻调大,可以测量的人的最大体重增大,故D正确。‎ 三、非选择题 ‎9.如图甲为在温度为10 ℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图,箱内的电阻R1=20 kΩ,R2=10 kΩ,R3=40 kΩ,Rt为热敏电阻,它的电阻随温度变化的图线如图乙所示。当a、b端电压Uab<0时,电压鉴别器会令开关S接通,恒温箱内的电热丝发热,使箱内温度提高;当Uab>0时,电压鉴别器会使S断开,停止加热,则恒温箱内的温度恒定在　　　　℃。 ‎ 答案　35‎ 解析　由题意知,当Uab=0时,恒温箱保持稳定,根据串并联电路电压与电阻的关系可知R1∶R2=2∶1,只有R3∶Rt也为2∶1的时候,才有Uab=0,所以可知Rt的电阻值为20 kΩ,从图乙可以看出,电阻为20 kΩ时,温度为35 ℃。‎ ‎10.某同学为了测量一物体的质量,找到了一个力电转换器,该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k),如图所示,测量时先调节输入端的电压,使转换器空载时的输出电压为零;然后在其受压面上放物体,即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。现有下列器材:力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个、开关及导线若干、待测物体(可置于力电转换器的受压面上)。请完成对该物体的测量。‎ ‎(1)设计一个电路,要求力电转换器的输入电压可调,并且使电压的调节范围尽可能的大,在方框中画出完整的测量电路图。‎ ‎(2)简要说明测量步骤,求出比例系数k,并测出待测物体的质量m。‎ ‎(3)写出在设计实验中可能出现的一个问题。‎ 答案　见解析 解析　(1)设计的电路图如图所示 ‎(2)测量的步骤与结果:①调节滑动变阻器,使转换器空载时的输出电压为0。②将砝码m0放在转换器上,记下输出电压U0,则U0=km0g,则k=U‎0‎m‎0‎g。③将待测物体放在转换器上,记下输出电压U,得U=kmg,所以m=m‎0‎UU‎0‎。‎ ‎(3)①因电源的电压不够而输出的电压调不到0。②待测物体的质量超出转换器的测量范围。‎ ‎11.目前磁卡已有广泛的应用,如图甲所示,当记录磁性信息的磁卡以速度v在刷卡器插槽里匀速运动时,穿过刷卡器内置线圈的磁通量按Φ=Φ0 sin kvt规律变化;刷卡器内置线圈等效电路如图乙所示,已知线圈的匝数为n,电阻为r,外接电路的等效电阻为R。‎ ‎(1)求线圈两端的电压U;‎ ‎(2)若磁卡在刷卡器中运动的有效距离为l,则刷卡一次线圈上产生的热量Q为多少;‎ ‎(3)在任意一段Δt=π‎2kv的时间内,通过等效电阻R的电荷量的最大值qm为多少。‎ 答案　(1)nΦ‎0‎kv‎2‎‎(r+R)‎R　(2)n‎2‎Φ‎0‎‎2‎k‎2‎vrl‎2(r+R‎)‎‎2‎　(3)n‎2‎Φ‎0‎r+R 解析　(1)Em=nBSω=nkvΦ0,E=Em‎2‎=I(R+r)‎ 线圈两端的电压U=IR=nΦ‎0‎kv‎2‎‎(r+R)‎R ‎(2)Q=I2rt,t=lv,则Q=‎n‎2‎Φ‎0‎‎2‎k‎2‎vrl‎2(r+R‎)‎‎2‎ ‎(3)q=IΔt,I=ER+r,E=nΔΦΔt,Δt=π‎2kv=‎T‎4‎ 则q=nΔΦr+R=nΦt+Δt‎-‎Φtr+R ‎ =nΦ‎0‎sinkvt+‎π‎2‎-Φ‎0‎sinkvtr+R=n‎2‎Φ‎0‎sin(kvt+φ)‎r+R,所以qm=n‎2‎Φ‎0‎r+R。‎