2019-2020学年高中物理人教版选修3-2同步作业与测评：6.2 传感器的应用 Word版含解析

第2节　传感器的应用
对应学生用书P43
一、选择题
1．(多选)下列说法正确的是( )
A．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号
B．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器的作用是控制电路的通断
C．电子秤所使用的测力装置是力传感器
D．半导体热敏电阻常用做温度传感器，因为温度越高，它的电阻值越大
答案　BC
解析　话筒的作用是将声信号转换为电信号，故A错误；电熨斗装有双金属片温度传感器来控制电路通断，B正确；电子秤用的是力传感器，故C正确；半导体热敏电阻有两类，正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小，故D错误。

2.
如图所示，电吉他的弦是磁性物质，当弦振动时，线圈中产生感应电流，感应电流输送到放大器、喇叭，把声音播放出来，下列说法正确的是( ) A．电吉他是光电传感器
B．电吉他是温度传感器
C．电吉他是声音传感器
D．弦改用尼龙材料原理不变
答案　C
解析　由电吉他发声原理可知是将声音变化转变为电流的变化，C正确，A、B、D错误。

3．(多选)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的
B．当应变片表面被拉伸时，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，输出的电压差值也越大
答案　BD
解析　应变片一般是用半导体材料制成，其表面被拉伸时电阻变大，被压缩时电阻变小，故A错误，B正确；电子秤中应变式力传感器输出的是上、下两应变片上的电压差，并且随着外力的增大，输出的电压差值也越大，故C错误，D 正确。

4.
如图所示是观察电阻值随温度变化情况的示意图。

现在把杯中的水由冷水变为热水，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
答案　C
解析　如果R为金属热电阻，金属热电阻随水温升高而变大，则欧姆表的读数变大，但金属热电阻随温度变化电阻变化不明显，所以欧姆表读数变化不明显，故A、B错误；如果R为半导体热敏电阻，热敏电阻阻值随水温升高而减小，半导体材料感应灵敏，读数变化非常明显，故C正确，D错误。

5．(多选)如图是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103 ℃时，下列说法中正确的是( )
A．常温下感温磁体具有较强的磁性，能自动吸起永磁体，通电加热
B．当温度超过103 ℃时，感温磁体的磁性消失，弹簧推动杠杆断开触点
C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103 ℃，这时开关按钮不会跳起
D．常压下只要锅内有水，锅内的温度不可能达到103 ℃，开关按钮就不会自动跳起
答案　BD
解析　开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，电路接通，电饭锅加热，因此不会自动被吸起的，故A 错误；如果在1标准大气压下用电饭锅烧水，水沸腾后不会自动断电，当水烧干后，温度升高达到103 ℃时，感温磁体便失去了磁性会自动断电，故B正确；饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点”103 ℃时，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下，切断电源，开关按钮跳起，故C错误；如果在1标准大气压下用电饭锅烧水，水在沸腾后温度为100 ℃，不会自动断电，故D正确。

6．电流传感器可以清楚地演示一些电学元件对电路中电流的影响。

如图所示，在电路中接入电感线圈，闭合开关时，计算机显示的电流随时间变化的图象会是哪一种( )
答案　B
解析　当闭合开关时，通过电感线圈的电流是逐渐增大但并不是均匀增大的，一段时间后电流恒定，故B正确。

7.
酒精测试仪已应用于全国各地查处司机是否酒驾的现场检测。

有一种酒精测试仪利用的是二氧化锡半导体型传感器，若这种传感器电阻R c 的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么，在如图所示的电路图中，正确反映电压表示数U 与酒精气体浓度c 之间对应关系的选项是( )
答案　D
解析　根据闭合电路欧姆定律得，电压表读数为U ＝IR 0＝＝ER 0
R ＋R 0＋R c ＋r ，式中k 为一常数。

从表达式可以看出，U 与c 是非线性关系，故A 、B 、C
ER 0
R ＋R 0＋k c ＋r 错误，D 正确。

8．(多选)如图1所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，电流表、电压表均为理想电表，R 是光敏电阻(其阻值随光强增大而减小)。

原线圈接入如图2所示的正弦交流电压u ，下列说法正确的是( )
A ．电压u 的频率为100 Hz
B ．电压表的示数为22 V
C ．照射R 的光变强时，灯泡变暗
D ．照射R 的光变强时，电流表的示数变大
答案　BD
解析　根据原线圈的输入电压图，可得其周期T ＝0.02 s ，所以频率为f ＝＝50 1T
Hz ，故A 错误；原线圈输入电压为正弦交流电压，最大值是220 V ，所以原线2圈输入电压的有效值是U ＝220 V ，理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，则副线圈两端的电压为22 V ，所以电压表的示数为22 V ，故B 正确；照射R 的光变强
时，由于R 阻值随光强增大而减小，根据I ＝，可知电路中的电流增大，所以U R 总
灯泡变亮，故C 错误；根据C 项分析，照射R 的光变强时，变压器的输出电流变大，但输出电压不变，所以副线圈输出功率增大，得原线圈输入功率增大，输入电压不变，得电流表的示数变大，故D 正确。

9.
如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图，罩内装有发光二极管(LED )、光电三极管和不透明的挡板。

未发生火灾时，光电三极管接收不到LED 发出的光，处于高电阻状态，发生火灾时，下列说法正确的是( )
A ．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管的电阻更大，检测电路检测出变化，发出警报
B ．光电三极管的温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化，发出警报
C ．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照射到光电三极管上，使其电阻变小，发出警报
D ．以上说法均不正确
答案　C
解析　由火灾报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照在光电三极管上，使其电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发生警报，C 正确。

10．如图所示，两块水平放置的金属板距离为d ，用导线、开关S 与一个n 匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B 中。

两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m 、电量为＋q 的小球。

S 断开时传感器上有示数，S 闭合时传感器上恰好无示数。

则线圈中的磁场B 的变化情况和磁通量变化率分别是( )
A ．正在增强，＝ΔΦΔt mgd q
B ．正在减弱，＝ΔΦΔt mgd nq
C ．正在减弱，＝ΔΦΔt mgd q
D ．正在增强，＝ΔΦΔt mgd nq
答案　D
解析　S 闭合时传感器上恰好无示数，说明小球受竖直向上的电场力，且电场力大小等于重力。

由楞次定律可判断磁场B 正在增强，根据法拉第电磁感应定律E ＝n ＝U ，又q ＝mg 得＝，故D 正确。

ΔΦΔt U d ΔΦΔt mgd nq
二、非选择题11.
传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)转换成电学量的一种元件，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A (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1×107 Pa ，且已知压力传感器R 的电阻与所受压力的关系如下表所示。

压力F/N
0250500750100012501500…电阻R/Ω300270240210180150120…
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 ，取g ＝10 m /s 2。

请回答：
(1)把R 写成关于F 的函数关系：________________________________________________________________________；
(2)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；
(3)如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20 mA ，这个人的质量是________kg 。

答案　(1)R ＝300－F 325
(2)1.6×10－2
(3)50
解析　(1)由压力传感器R 的电阻与所受压力的关系表分析可得R ＝300－F 。

325
(2)踏板空载时，传感器R 的电阻为300 Ω，电路中电流I ＝＝ A ＝1.6×10－
E R 4.8300
2 A ，即该秤零起点的刻度线应标在电流表刻度盘的1.6×10－2 A 处。

(3)当电流表刻度盘的示数为20 mA 时，传感器R 的电阻R ＝＝ Ω＝240 E I 4.80.02
Ω，由压力传感器R 的电阻与所受压力的关系表分析可知，传感器所受压力F ＝500 N ，由F ＝mg 得，这个人的质量是50 kg 。

12．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化而变化的特性工作的。

在图中，电源的电动势E ＝9.0 V ，内阻可忽略不计；G 为灵敏电流计，内阻r 保持不变；R 0为保护电阻，R 为热敏电阻，其电阻值与温度变化的关系如图乙所示。

试写出热敏电阻的阻值随温度变化的关系式。

闭合开关S ，当R 的温度等于40 ℃时，电流计示数I 1＝2.25 mA ，则当电流计的示数I 2＝3.6 mA 时，热敏电阻R 的温度是多少摄氏度？
答案　R＝－0.01875t＋4.25(kΩ)　120 ℃
解析　题中的R­t图象是直线，根据数学知识可写出热敏电阻阻值R与温度t 的关系式为R＝kt＋b。

由图象知t1＝0 ℃时，R1＝4.25 kΩ，得b＝4.25，再根据t2＝40 ℃时，R2＝3.5 kΩ，得k＝－0.01875，所以R与t的关系式为R＝－0.01875t＋4.25(kΩ)。

根据题中的R­t图象，t3＝40 ℃时，热敏电阻的阻值R3＝3.5 kΩ，有E＝I1(r ＋R0＋R3)；电流I2＝3.6 mA时，设热敏电阻的阻值为R4，有E＝I2(r＋R0＋R4)，代入数据可解得R4＝2 kΩ，由题中的R­t图象或将R4＝2 kΩ代入R与t的关系式
可得t4＝120 ℃。