物理选择性必修 第二册2 常见传感器的工作原理及应用学案

课时分层作业(十八)

(建议用时：25分钟)

考点一　敏感元件的认识与使用

1．(多选)如图所示，用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是(　　)

A．严重污染时，LDR是高电阻

B．轻度污染时，LDR是高电阻

C．无论污染程度如何，LDR的电阻不变，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受到影响

AD　[严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，A正确，B错误；LDR由半导体材料制成，受光照影响，电阻会发生变化，C错误；白天和晚上自然光的强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，D正确。]

2．小强用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控制。经检查，恒温箱的控制器没有故障。参照原理图，下列对故障判断正确的是(　　)

A．只可能是热敏电阻出现故障

B．只可能是温度设定装置出现故障

C．热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障

D．可能是加热器出现故障

C　[由恒温箱原理图可知，若热敏电阻出现故障或温度设定装置出现故障都会向控制器传递错误信息，导致控制器发出错误指令，故C正确，A、B错误；若加热器出现故障，只有一种可能，即不能加热，而题中加热器一直加热才会使温度持续升高，故D错误。]

3．如图(a)所示的电路中，光敏电阻R2加上图(b)所示的光照时，R2两端的电压变化规律是图中的(　　)

A　　 　　B　　  　　C　　　 　D

B　[光敏电阻随光照的增强电阻减小，电路中电流增大，电阻R1两端电压增大，R2两端电压减小，但不能减小到零。故选项B正确。]

4．如图所示是观察电阻R随温度变化情况的示意图。现在把杯中的水由冷水换为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是(　　)

A．如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显

B．如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显

C．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化非常明显

D．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化不明显

C　[若为金属热电阻，温度升高后，电阻变大，但由于金属热电阻灵敏度较差，故欧姆表读数变大但不明显，选项A、B错误；若为用半导体材料制作的热敏电阻，由于热敏电阻的灵敏度较高，读数将明显变化，选项C正确，选项D错误。]

5．(多选)如图所示是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数的示意图，其中A是发光仪器，B是光敏电阻，R是普通定值电阻，下列说法中正确的是(　　)

A．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小

B．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大

C．当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小

D．当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大

AD　[B是光敏电阻，其阻值随光照强度的增大而减小。当没有物品挡住光时，光射向B，B的阻值减小，其电流变大，由U＝E－Ir知电压表读数变小，A正确，B错误；有物品时，光被挡住，B的阻值增大，电流减小，电压表读数变大，C错误，D正确。]

6．(多选)如图所示为某商厦安装的光敏电阻自动计数器的示意图。其中A为光源，B为由电动机带动匀速运动的自动扶梯，R1为光敏电阻，R2为定值电阻。每当扶梯上有顾客经过挡住由A射向R1的光线时，计数器就计数一次。下列说法正确的是(　　)

A．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压

B．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压

C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次

D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次

BC　[当光线照射R1时，R1阻值减小，R总减小，且电源电压不变，由闭合电路欧姆定律得I＝，电路中的电流增大，R2是定值电阻，U2＝IR2，R2两端电压增大，信号处理系统获得高电压，所以选项A错误，B正确；根据前面分析可知，每当有人经过时，即没有光照时，信号处理系统获得低电压，信号处理系统计数一次，即信号处理系统每获得一次低电压就计数一次，所以选项C正确，D错误。]

7．影响物质材料电阻率的因素很多，一般金属材料的电阻率随温度的升高而增大，而半导体材料的电阻率则与之相反，随温度的升高而减小。某课题研究组在研究某种导电材料的用电器件Z的导电规律时，利用如图甲所示的分压电路，测得其电压与电流的关系如表所示：

甲　　　　　　　　　乙

(1)根据表中数据，用电器件Z可能属于上述哪类材料？

(2)把用电器件Z接入图乙所示的电路中，闭合开关，电流表的读数为1.8 A，电池的电动势为3 V，内阻不计，电阻R的电功率为多大？

[解析]　(1)由表格中数据可得，电阻随电压的增大而减小，而电压越大，用电器件温度越高，所以为半导体材料。

(2)查表I＝1.8 A时，Z的电压为1.2 V，则

UR＝E2－UZ＝3 V－1.2 V＝1.8 V。

PR＝IUR＝1.8×1.8 W＝3.24 W。

[答案]　(1)半导体　(2)3.24 W

考点二　电容式传感器

8．(多选)电容式传感器的用途非常广泛，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电容的变化，如图是某种电容式传感器的示意图，关于这个传感器的作用，下列说法正确的是(　　)

A．可以通过电介质的左右移动来测量位移

B．可以通过电介质的左右移动再结合时间来测量速度

C．可以通过电介质的左右移动来测量极板受到的压力

D．可以通过电介质的左右移动结合时间来测量极板的速度

AB　[电容器可以由电介质的变化引起电容的变化测量位移x，也可以结合时间来测量位移变化的快慢即速度。故A、B选项正确；电介质的运动与极板的变化都影响电容的变化，故不能通过电介质的运动来测量极板受到的压力及极板的运动快慢，C、D错误。]

9．如图所示，是电容式话筒的示意图，它是利用电容制成的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极。在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，从而使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的 (　　)

A．距离变化　　　 B．正对面积变化

C．电介质变化   D．电压变化

A　[振动膜前后振动，使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化，从而将声音信号转化为电信号，故A正确。]

(建议用时：15分钟)

10．(多选)在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制。如图所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C为电容器。当环境温度降低时(　　)

A．电容器C的带电荷量增大

B．电压表的读数增大

C．电容器C两板间的电场强度减小

D．R1消耗的功率增大

AB　[当环境温度降低时，R2变大，电路的总电阻变大，由I＝知I变小，又U＝E－Ir，电压表的读数U增大，B正确；又由U1＝IR1及P1＝I2R1可知U1变小，R1消耗的功率P1变小，D错误；电容器两板间的电压U2＝U－U1，U2变大，由场强E′＝，Q＝CU2可知Q、E′都增大，A正确，C错误。]

11．(多选)如图所示，Rt为正温度系数热敏电阻，R1为光敏电阻，R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，为理想电压表，现发现电压表示数增大，可能的原因是(　　)

A．热敏电阻温度升高，其他条件不变

B．热敏电阻温度降低，其他条件不变

C．光照增强，其他条件不变

D．光照减弱，其他条件不变

BD　[电压表示数变大，而R3为定值电阻，说明流经R3的电流增大，由电路连接可知，这可能是由于Rt减小或R1增大，由热敏电阻和光敏电阻特性知，可能是由于温度降低或光照减弱，故B、D正确，A、C错误。]

12．在输液时，药液有时会从针口流出体外，为了及时发现，设计了一种报警装置，电路如图所示。M是贴在针口处的传感器，接触到药液时其电阻RM发生变化，导致S两端电压U增大，装置发出警报，此时(　　)

A．RM变大，且R越大，U增大越明显

B．RM变大，且R越小，U增大越明显

C．RM变小，且R越大，U增大越明显

D．RM变小，且R越小，U增大越明显

C　[当RM变大时，回路的总电阻R总变大，根据I总＝，得干路中的电流变小，S两端的电压U＝I总RS变小，故选项A、B错误；当RM变小时，回路的总电阻R总＝＋RS变小，根据I总＝，得干路中的电流变大，S两端的电压U＝I总RS变大，而且R越大，RM变小时，对回路的总电阻变化的影响越明显，故选项C正确，D错误。]

13．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 (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1.0×107 Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如表所示。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4.8 V，g取10 m/s2。请回答：

(1)该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘        A处。

(2)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20 mA，则这个人的体重是        kg。

[解析]　(1)由图表知，踏板空载时，压力传感器电阻R＝300 Ω，此时A中电流I＝＝ A＝1.6×10－2 A。

(2)当电流I＝20 mA＝20×10－3A时，压力传感器的电阻R＝＝ Ω＝240 Ω，对应表格中，这个人的质量为50 kg。

[答案]　(1)1.6×10－2　(2)50