第3講傳感器一、單項(xiàng)選擇題1.下列哪些技術(shù)沒有涉及到傳感器的應(yīng)用()A.賓館的自動門B.工廠、電站的靜電除塵C.家用電飯煲的跳閘和保溫D.聲控開關(guān)答案B2.街旁的路燈、江海里的航標(biāo)都要求在夜晚亮、白天熄,利用半導(dǎo)體的電學(xué)特性制成了自動點(diǎn)亮、熄滅的裝置,實(shí)現(xiàn)了自動控制,這是利用半導(dǎo)體的()A.壓敏性B.光敏性C.熱敏性D.三種特性都利用答案B3.(2018南京模擬)目前的手機(jī)觸摸屏大多是電容式觸摸屏,電容式觸摸屏內(nèi)有一導(dǎo)電層,導(dǎo)電層四個角引出四個電極,當(dāng)手指觸摸屏幕時,人體和觸摸屏就形成了一個電容,電容具有“通高頻”的作用,從而導(dǎo)致有電流分別從觸摸屏四角上的電極中流出,并且流經(jīng)這四個電極的電流與手指到四角的距離成正比,控制器通過對這四個電流比例的精確計(jì)算,得出觸摸點(diǎn)的位置信息。在開機(jī)狀態(tài)下,下列說法正確的是()A.電容式觸摸屏感測手指觸摸點(diǎn)的位置是因?yàn)槭种笇ζ聊话磯寒a(chǎn)生了形變B.電容式觸摸屏感測手指觸摸點(diǎn)的位置是利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象C.當(dāng)手指觸摸屏幕時手指有微弱的電流流過D.當(dāng)手指離開屏幕時,電容變小,對高頻電流的阻礙變大,控制器不易檢測到手指離開的準(zhǔn)確位置答案C電容觸摸屏只需要觸摸,由于流經(jīng)四個電極的電流與手指到四角的距離成比例,控制器就能確定手指的位置,不需要手指有壓力,故A項(xiàng)錯誤;電容式觸摸屏感測手指觸摸點(diǎn)的位置是電容器的充放電原理,不是電磁感應(yīng)現(xiàn)象,故B項(xiàng)錯誤;由題意可知,手指從手的觸點(diǎn)吸走一部分電荷,在電荷定向移動的過程中,會有微弱電流通過,故C項(xiàng)正確;根據(jù)電容器的工作原理可知,當(dāng)手指離開屏幕時,電容變小,電容器將放電,控制器仍然能檢測到手指離開的準(zhǔn)確位置,故D項(xiàng)錯誤。4.如圖所示,R是光敏電阻,當(dāng)它受到的光照強(qiáng)度增大時()A.燈泡L變暗B.光敏電阻R上的電壓增大C.電壓表V的讀數(shù)減小D.電容器C的帶電荷量減小答案C受到的光照強(qiáng)度增大時,光敏電阻R變小,外電路總電阻R總變小,閉合電路總電流I增大,則燈泡變亮,燈泡兩端電壓(即電容器兩極板間電壓)變大;路端電壓U減小,則電壓表讀數(shù)減小;因電容器兩極板間電壓增大,則電容器帶電荷量變大;光敏電阻R上電壓減小。C正確,A、B、D錯誤。5.(2018鎮(zhèn)江模擬)酒精測試儀用于對機(jī)動車駕駛?cè)藛T是否酒后駕車及其他嚴(yán)禁酒后作業(yè)人員的現(xiàn)場檢測,它利用的是一種二氧化錫半導(dǎo)體型酒精氣體傳感器。酒精氣體傳感器的電阻隨酒精氣體濃度的變化而變化,在如圖所示的電路中,不同的酒精氣體濃度對應(yīng)著傳感器的不同電阻,這樣,顯示儀表的指針就與酒精氣體濃度有了對應(yīng)關(guān)系。如果二氧化錫半導(dǎo)體型酒精氣體傳感器電阻r'的倒數(shù)與酒精氣體的濃度c成正比,那么,電壓表示數(shù)U與酒精氣體濃度c之間的對應(yīng)關(guān)系正確的是()A.U越大,表示c越小,c與U成反比B.U越大,表示c越小,但c與U不成反比C.U越大,表示c越大,c與U成正比D.U越大,表示c越大,但c與U不成正比答案D酒精氣體傳感器和定值電阻串聯(lián)在電路中,電壓表測R0兩端的電壓,根據(jù)酒精氣體傳感器的電阻的倒數(shù)與酒精氣體的濃度成正比,得1r'=kc(k是比例系數(shù))根據(jù)歐姆定律得UR0=ER0+r'+r整理得U=ER0R0+1kc+r由數(shù)學(xué)知識知,U越大,c越大,但兩者不成正比,故D項(xiàng)正確。二、多項(xiàng)選擇題6.(2018淮安模擬)電子眼系統(tǒng)通過路面下埋設(shè)的感應(yīng)線來感知汽車的壓力,感應(yīng)線是一個壓電薄膜傳感器,壓電薄膜在受壓時兩端產(chǎn)生電壓,壓力越大電壓越大,壓電薄膜與電容器C和電阻R組成圖甲所示的回路,紅燈亮?xí)r,如果汽車的前、后輪先后經(jīng)過感應(yīng)線,回路中產(chǎn)生兩脈沖電流,如圖乙所示,即視為“闖紅燈”,電子眼拍照,則紅燈亮?xí)r()A.某車輪經(jīng)過感應(yīng)線的過程,電容器先充電后放電B.某車輪經(jīng)過感應(yīng)線的過程,電阻R上的電流先增加后減小C.車輪停在感應(yīng)線上時,電阻R上有恒定的電流D.汽車前輪剛越過感應(yīng)線,又倒回到線內(nèi),仍會被電子眼拍照答案AD由題圖乙可知,當(dāng)車輪經(jīng)過時電流先增大后減小,然后再反向增大減小,因電壓是在受壓時產(chǎn)生的,故說明電容器先充電后放電,故A正確,B、C錯誤;若汽車前輪越過感應(yīng)線,又倒回線內(nèi),則前輪兩次壓線,仍形成兩個脈沖電流,符合拍照條件,電子眼仍可拍照,故D正確。7.(2018蘇錫常模擬)自行車速度計(jì)利用霍爾效應(yīng)傳感器獲知自行車的運(yùn)動速率。如圖甲所示,自行車前輪上安裝一塊磁鐵,輪子每轉(zhuǎn)一圈,這塊磁鐵就靠近傳感器一次,傳感器會輸出一個脈沖電壓。圖乙為霍爾元件的工作原理圖。當(dāng)磁場靠近霍爾元件時,導(dǎo)體內(nèi)定向運(yùn)動的自由電荷在磁場力作用下偏轉(zhuǎn),最終使導(dǎo)體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)電勢差,即為霍爾電勢差。下列說法正確的是()A.根據(jù)單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)和自行車車輪的半徑即可獲知車速大小B.自行車的車速越大,霍爾電勢差越高C.圖乙中霍爾元件的電流I是由正電荷定向運(yùn)動形成的D.如果長時間不更換傳感器的電源,霍爾電勢差將減小答案AD根據(jù)單位時間內(nèi)的脈沖數(shù),可求得車輪轉(zhuǎn)動周期,從而求得車輪的角速度,最后由線速度公式,結(jié)合車輪半徑,即可求解車輪的速度大小,故A項(xiàng)正確;根據(jù)qvB=qUHd得,UH=vBd,由電流的微觀定義式I=neSv,n是單位體積內(nèi)的電子數(shù),e是單個導(dǎo)電粒子所帶的電量,S是導(dǎo)體的橫截面積,v是導(dǎo)電粒子定向移動的速率,整理得v=IneS,聯(lián)立解得UH=IBdneS,可知用霍爾元件可以測量地磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度,保持電流不變,霍爾電壓UH與車速大小無關(guān),故B項(xiàng)錯誤;霍爾元件的電流I是由負(fù)電荷定向運(yùn)動形成的,故C項(xiàng)錯誤;由公式UH=IBdneS,若長時間不更換傳感器的電源,那么電流I減小,則霍爾電勢差將減小,故D項(xiàng)正確。8.(2018南通模擬)如圖是某電子秤的原理圖,人只要站在踏板上,儀表G就能顯示人的體重,踏板下面的傳感器R實(shí)質(zhì)是一個阻值可隨壓力大小而變化的電阻,顯示體重的儀表G實(shí)質(zhì)是理想電流表,如果不計(jì)踏板的質(zhì)量,電阻R隨人的體重G變化的函數(shù)關(guān)系式為R=a-kG(a、k是常量,G和R的單位分別是N和)。下列說法正確的是()A.傳感器R是一個力電傳感器B.閉合電路測量時,電路中的電流隨人的體重均勻變化C.該秤零刻度線(即踏板空載時的刻度線)應(yīng)標(biāo)在電流表G刻度盤的零刻度處D.如果要擴(kuò)大電子秤的量程,滑動變阻器R'接入電路中的電阻應(yīng)調(diào)大答案ADR是將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器,即力電傳感器,故A正確;閉合電路測量時,電路中的電流I=Ea-kG+r+R',顯然與人的體重不成線性關(guān)系,故B錯誤;當(dāng)重力為零時,電流最小,但不為零,故C錯誤;由Ig=Ea-kGm+r+R'可知,kGm=a+r+R'-EIg,因此變阻器接入電路中的電阻調(diào)大,可以測量的人的最大體重增大,故D正確。三、非選擇題9.如圖甲為在溫度為10左右的環(huán)境中工作的某自動恒溫箱原理簡圖,箱內(nèi)的電阻R1=20k,R2=10k,R3=40k,Rt為熱敏電阻,它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示。當(dāng)a、b端電壓Uab<0時,電壓鑒別器會令開關(guān)S接通,恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱,使箱內(nèi)溫度提高;當(dāng)Uab>0時,電壓鑒別器會使S斷開,停止加熱,則恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在。 答案35解析由題意知,當(dāng)Uab=0時,恒溫箱保持穩(wěn)定,根據(jù)串并聯(lián)電路電壓與電阻的關(guān)系可知R1R2=21,只有R3Rt也為21的時候,才有Uab=0,所以可知Rt的電阻值為20k,從圖乙可以看出,電阻為20k時,溫度為35。10.某同學(xué)為了測量一物體的質(zhì)量,找到了一個力電轉(zhuǎn)換器,該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力(比例系數(shù)為k),如圖所示,測量時先調(diào)節(jié)輸入端的電壓,使轉(zhuǎn)換器空載時的輸出電壓為零;然后在其受壓面上放物體,即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U?，F(xiàn)有下列器材:力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、電壓表、滑動變阻器、干電池各一個、開關(guān)及導(dǎo)線若干、待測物體(可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上)。請完成對該物體的測量。(1)設(shè)計(jì)一個電路,要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào),并且使電壓的調(diào)節(jié)范圍盡可能的大,在方框中畫出完整的測量電路圖。(2)簡要說明測量步驟,求出比例系數(shù)k,并測出待測物體的質(zhì)量m。(3)寫出在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的一個問題。答案見解析解析(1)設(shè)計(jì)的電路圖如圖所示(2)測量的步驟與結(jié)果:調(diào)節(jié)滑動變阻器,使轉(zhuǎn)換器空載時的輸出電壓為0。將砝碼m0放在轉(zhuǎn)換器上,記下輸出電壓U0,則U0=km0g,則k=U0m0g。將待測物體放在轉(zhuǎn)換器上,記下輸出電壓U,得U=kmg,所以m=m0UU0。(3)因電源的電壓不夠而輸出的電壓調(diào)不到0。待測物體的質(zhì)量超出轉(zhuǎn)換器的測量范圍。11.目前磁卡已有廣泛的應(yīng)用,如圖甲所示,當(dāng)記錄磁性信息的磁卡以速度v在刷卡器插槽里勻速運(yùn)動時,穿過刷卡器內(nèi)置線圈的磁通量按=0sinkvt規(guī)律變化;刷卡器內(nèi)置線圈等效電路如圖乙所示,已知線圈的匝數(shù)為n,電阻為r,外接電路的等效電阻為R。(1)求線圈兩端的電壓U;(2)若磁卡在刷卡器中運(yùn)動的有效距離為l,則刷卡一次線圈上產(chǎn)生的熱量Q為多少;(3)在任意一段t=2kv的時間內(nèi),通過等效電阻R的電荷量的最大值qm為多少。答案(1)n0kv2(r+R)R(2)n202k2vrl2(r+R)2(3)n20r+R解析(1)Em=nBS=nkv0,E=Em2=I(R+r)線圈兩端的電壓U=IR=n0kv2(r+R)R(2)Q=I2rt,t=lv,則Q=n202k2vrl2(r+R)2(3)q=It,I=ER+r,E=nt,t=2kv=T4則q=nr+R=nt+t-tr+R=n0sinkvt+2-0sinkvtr+R=n20sin(kvt+)r+R,所以qm=n20r+R。7