人教版 (2019)选择性必修 第二册2 常见传感器的工作原理及应用达标测试

认识传感器　常见传感器的工作原理及应用

1．下列器件中应用力传感器的是(　　)

A．鼠标器　　　　　　　　 B．火灾报警器

C．测温仪 D．电子秤

解析：选D　鼠标器中的传感器是红外线接收管，属于光传感器；火灾报警器中传感器是光电三极管，属于光传感器；测温仪用的是温度传感器；电子秤的敏感元件是应变片，是力传感器，D正确。

2．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。下列属于这类传感器的是(　　)

A．红外线报警装置

B．走廊照明灯的声控开关

C．自动洗衣机中的压力传感装置

D．电饭煲中控制加热和保温的温控器

解析：选A　只有A项是将光信号转化为电信号，其余三项分别是将声信号转化为电信号、压力信号转化为电信号、温度信号转化为电信号。

3．在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上装有的传感器是(　　)

A．光传感器 B．温度传感器

C．声传感器 D．磁传感器

解析：选A　电梯门口的障碍物挡住了光，传感器接收不到光信号，所以电梯门不停地开关。故A正确。

4．唱卡拉OK用的话筒，内有传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁铁的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法中正确的是(　　)

A．该传感器是根据电流的磁效应工作的

B．该传感器是根据电磁感应原理工作的

C．膜片振动时，穿过纸圈的磁通量不变

D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势

解析：选B　当声波使膜片前后振动时，线圈切割磁感线产生感应电流，将声音信号转化为电信号，是根据电磁感应原理工作的，A错误，B正确；膜片随着声波而周期性振动，穿过金属线圈的磁通量是周期性变化的，C错误；膜片振动时，金属线圈切割磁感线，会产生感应电动势，D错误。

5．[多选]下列关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是(　　)

A．应变片是由导体材料制成

B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小

C．传感器输出的是应变片上的电压

D．外力越大，输出的电压值也越大

解析：选BD　应变片一般包括金属电阻应变片和半导体电阻应变片，故选择A错误。当应变片拉伸时，其电阻变大，选项B正确。传感器输出的是上、下两应变片上的电压差值，并且随着外力的增大，输出的电压差值越大，故选项C错误，选项D正确。

6．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，同时热空气从机内喷出，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

解析：选D　自动干手机工作的特征是手靠近，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。当手靠近时相当于连接了一个电容，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，但是假如干手机是因温度、湿度的变化而工作的，就成了室内烘干机。故D正确。

7．[多选]据统计，交通事故逐年增加。造成交通事故的一个主要原因就是酒后驾驶，“严查酒驾”成为全国交通部门的一项重要任务。酒精测试仪是用于现场检测机动车驾驶人员是否酗酒的一种仪器，它的主要元件是由二氧化锡半导体制成的酒精气体传感器，该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，电压表的示数用U表示，则下列说法正确的是(　　)

A．U越大，表示c越小

B．U越大，表示c越大

C．检测到驾驶员喝了酒时，U的示数变小

D．U越大，表示检测到驾驶员喝酒越多

解析：选BD　图中酒精气体传感器与R、R0串联，电压表测R0两端的电压，U越大，说明电路中电流越大，酒精气体传感器的电阻减小，r′的倒数变大。由题可知，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，所以U越大，c越大，A错误，B正确；检测到驾驶员喝了酒时，c增大，r′减小，电路中总电阻减小，电路中电流增大，则U的示数增大，故C错误；由上述分析可知，U越大，c越大，表示检测到驾驶员喝酒越多，故D正确。

8．如图所示是一火警报警器的一部分电路示意图，其中R2为用半导体热敏电阻(阻值随温度的升高而减小)制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器。当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是(　　)

A．I变大、U变大 B．I变小、U变小

C．I变小、U变大 D．I变大、U变小

解析：选B　当R2处出现火情时，热敏电阻的阻值将减小，则此时电路中的总电阻减小，由闭合电路的欧姆定律可知，路端电压将减小，电路中的总电流增大，所以R1两端的电压增大，由于路端电压减小，则并联部分的电压减小，通过R3的电流I变小，所以显示器的电流I变小，报警器的电压U变小，故B正确。

9．[多选]小型电磁继电器的构造示意图如图所示，其中L为含铁芯的线圈，P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱。继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求，其工作方式是(　　)

A．A、B间接控制电路，C、D间接被控电路

B．A、B间接被控电路，C、D间接控制电路

C．流过L的电流减小时，C、D间电路断开

D．流过L的电流增大时，C、D间电路断开

解析：选AC　当A、B间导通时，通电螺线管吸引铁片P，此时C、D间电路接通，所以A、B间接控制电路，C、D间接被控电路，A正确，B错误；流过L的电流减小时，通电螺线管磁性减弱，弹簧把铁片P拉开，C、D间电路断开，C正确，D错误。

10．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图乙所示，下列判断正确的是(　　)

A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动

B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动

C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动

D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动

解析：选D　在0～t1时间内，I恒定，压敏电阻阻值不变，由小球的受力不变可知，小车可能做匀速或匀加速直线运动，在t1～t2时间内，I变大，压敏电阻阻值变小，压力变大，小车做变加速运动，A、B均错。在t2～t3时间内，I不变，压力恒定，小车做匀加速直线运动，C错，D对。

11．如图甲是某生产流水线上的产品输送及计数装置示意图，其中S为激光源，R1为光敏电阻(有光照射时，阻值较小；无光照射时，阻值较大)，R2为定值保护电阻，a、b间接“示波器”(示波器的接入对电路无影响)。水平传送带匀速前进，每当传送带上的产品通过S与R1之间时，射向光敏电阻的光线会被产品挡住。若传送带上的产品为均匀正方体，示波器显示的电压随时间变化的关系如图乙所示。已知计数器电路中电源两极间的电压恒为6 V，保护电阻R2的阻值为400 Ω。则(　　)

A．有光照射时光敏电阻R1的阻值为800 Ω

B．有光照射和无光照射时保护电阻R2两端的电压之比为1∶2

C．有光照射和无光照射时光敏电阻的阻值之比为1∶2

D．每1 h通过S与R1之间的产品个数为6 000个

解析：选D　由题图甲可知，R1、R2串联，由光敏电阻有光照射时阻值较小可知，当有光照射时，R1的阻值变小，电路的总电阻变小；根据I＝可知，电路中的电流变大；根据U＝IR可知，R2两端的电压变大；根据串联电路总电压等于各分电压之和可知，R1两端的电压变小，即R1两端的电压变低，由题图乙知R1两端的电压U1＝2 V，则U2＝U－U1＝6 V－2 V＝4 V，电路中的电流I＝＝＝0.01 A，光敏电阻的阻值R1＝＝＝200 Ω，故A错误；无光照射时，由题图乙可得U1′＝4 V，U2′＝U－U1′＝6 V－4 V＝2 V，所以，有光照射和无光照射时保护电阻R2两端的电压之比U2∶U2′＝4 V∶2 V＝2∶1，故B错误；I′＝＝＝0.005 A，此时电阻R1′的阻值：R1′＝＝＝800 Ω，所以，有光照射和无光照射时光敏电阻的阻值之比R1∶R1′＝200 Ω∶800 Ω＝1∶4，故C错误；由题图乙可知，每经过0.6 s，就有一个产品通过计数装置，n＝＝6 000个，故D正确。

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成的压力传感器。用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2．0 kg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10 N(取g＝10 m/s2)。

(1)若传感器a的示数为14 N，b的示数为6．0 N，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？

解析：(1)如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力F1＝14 N，右侧弹簧对滑块向左的推力F2＝6．0 N，滑块所受合力产生加速度a1，根据牛顿第二定律有F1－F2＝ma1，

得a1＝＝ m/s2＝4．0 m/s2。

a1与F1同方向，即向前(水平向右)。

(2)传感器a的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F1′＝0，因两弹簧相同，左侧弹簧伸长多少，右侧弹簧就缩短多少，所以右侧弹簧的弹力变为F2′＝20 N。滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得F合＝F2′＝ma2，

得a2＝＝－10 m/s2，负号表示方向向后(水平向左)。

答案：(1)4．0 m/s2　水平向右　(2)以方向水平向左，大小为10 m/s2的加速度运动

13．一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的示意图如图所示，A为光源，B为光电接收器，A、B均固定在小车上，C为小车的车轮。D为与C同轴相连的齿轮，车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间的脉冲数为n，累积脉冲数为N。试回答下列问题。

(1)要测出小车的速度和行程，还必须测量的物理数据有哪些？

(2)推导小车速度的表达式；

(3)推导小车行程的表达式。

解析：(1)小车的速度等于车轮的周长与单位时间内车轮转动圈数的乘积，行程等于车轮的周长与累积时间内车轮转动圈数的乘积，所以还要测量车轮的半径R和齿轮的齿数P。

(2)齿轮转一圈电子电路显示的脉冲数即为P。已知单位时间内的脉冲数为n，所以单位时间内齿轮转动圈数为，则有小车速度的表达式v＝。

(3)小车行程的表达式s＝。

答案：(1)车轮半径R和齿轮齿数P　(2)v＝

(3)s＝