传感器及其工作原理6

1．利用半导体材料可以制成( )
A ．标准电阻
B ．热敏电阻
C ．光敏电阻
D ．温度报警器
答案：BCD 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.如图6－1－11是观察电阻随温度变化情
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
解析：选C.若为金属热电阻，温度升高后，电阻变大，读数变化不明显，A 、B 错误．若为热敏电阻，读数将明显变化，C 对D 错． 图6－1－11
4.如图6－1－12所示，R t 为半导体热敏电阻，其
他电阻都
是普通的电阻，当灯泡L 的亮度变暗时，说明( ) A ．环境温度变高
B ．环境温度变低
C ．环境温度不变
D ．都有可能 解析：选B.当灯泡L 的亮度变暗时，说明通过灯泡L 的电流变小，R t 变大，只有环境温度变低，R t 才变大，所以选B.
5．如图6－1－13所示，是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两极，把这两极接入外电路，当外电路中的电流变化说明电容值增大时，则导电液体的深度h 变化为(
)
图6－1－13
A ．h 增大
B ．h 减小
C ．h 不变
D ．无法确定
解析：选A.由题意知，导线芯和导电液体构成电容器的两极，类似于平行板电容器的两极，当液面高度发生变化时相当于两极正对面积发生变化，会引起电容的变化，与平行板电容器类比可得，导电液体深度h 增大时，导线芯和导电液体正对面积增大，电容器的电容值变大．
图6－1－12
6.如图6－1－14所示为测定压力
的电容式传感器，将平行板电容器、灵敏电流
表(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路，
当压力F
作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流表指针偏转，在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线推到图中实线位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)
A ．向右偏到某一刻度后回到零刻度
B ．向左偏到某一刻度后回到零刻度
C ．向右偏到某一刻度后不动
D ．向左偏到某一刻度后不动
解析：选A.压力F 作用时，极板间距d 变小，由C ＝εS 4πkd ，电容器电容C
变大，又根据Q ＝CU ，极板带电量变大，所以电容器应充电，灵敏电流计中产生由正接线柱流入的电流，所以指针将右偏，极板保持固定后，充电结束，指针回到零刻度．
7．如图6－1－15所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R 1为光敏电阻，R 2为定值电阻．此光电计数器的基本工作原理是(
)
图6－1－15
图6－1－14
A．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压
B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压
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
解析：选AC.当光照射到光敏电阻R1上时，R1电阻减小，电路中电流增大，R2两端电压升高，信号处理系统得到高电压，计数器每由高电压转到低电压，就计一个数，从而达到自动计数目的，由以上分析选项A、C正确．
8.如图6－1－16所示，R3是光敏电阻，当开关S闭合后在没有光照射时，a、b两点等电势，当用光照射电阻R3时，则()
A．R3的电阻变小，a点电势高于b点电势
B．R3的电阻变小，a点电势低于b点电势
图6－1－16
C．R3的电阻变大，a点电势高于b点电势
D．R3的电阻变大，a点电势低于b点电势
解析：选A.光照射R3时，由光敏电阻特性，R3的电阻变小，所以UR3减小，a点电势升高，即a点电势高于b点电势，A正确．
9．电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装置，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上述某个因素的变化，从而又可推出另一物理量的值，如图6－1－17所示是四种电容式传感器的示意图，关于这四种传感器的作用，下列说法不．正确的是()
图6－1－17
A．甲图的传感器可以用来测量角度
B．乙图的传感器可以用来测量液面的高度
C．丙图的传感器可以用来测量压力
D．丁图的传感器可以用来测量速度
解析：选D.甲图角度变化能导致极板正对面积变化；乙图高度变化能导致极板正对面积变化；丙图F变化能导致极板间距变化；丁图物体位臵变化导致电介质变化．所以，甲、乙、丙、丁分别是测角度、高度、压力、位移的物理量．
10．如图6－1－18所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d，高为b，有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的
自由电子数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？
图6－1－18
解析：因为自由电荷为电子，故由左手定则可判定电子向上偏，则上表面聚集负电荷，下表面带等量的正电荷，故下表面电势高，设其稳定电压为U
当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时
q U b ＝q v B
又I ＝neS v ＝ne v ·bd
故U ＝IB ned
答案：下表面 IB ned
11.如图6－1－19所示，有的计算机键盘的
每一个键下面都连一小块金属片，与该金属片隔有一定
空隙的是另一块小的固定金属片，这两块金属片组成一个小电容
器．该电容器的电容C 可用公式C ＝e S d 计算，式中常量e ＝9×10－12F·m －1，S 表
示金属片的正对面积，d 表示两金属片间的距离．当键被按下时，此小电容器
的电容发生变化，与之相连的电子线路就能检测出哪个键被按下了，从而给出相应的信号．设每个金属片的正对面积为50 mm 2，键未按下时两金属片的距离为0.6 mm.如果电容变化了0.25 pF ，电子线路恰能检测出必要的信号，则键至少要被按下多少mm?
解析：计算机键盘是一个电容传感器，由题意知是改变两极板间距改变电容，得到相应的电信号．又因两极板间距减小，电容变大，设原间距为d 0，当
间距为d 时，电子线路恰能检测出必要的信号，则根据C ＝e S d ，有ΔC ＝eS (1d －1d 0
)，图6－1－19
得d ＝eSd 0ΔC ·d 0＋eS
，代入数据得 d ＝9×10－12×50×10－6×0.6×10－3
0.25×10－12×0.6×10－3＋9×10－12×50×10－6
m ＝0.45×10－3m
所以键至少要按下的距离Δd ＝d 0－d ＝0.15 mm.
答案：0.15
12．角速度计可测得航天器自转的角速度ω，其结构如图6－1－20所示，当系统绕OO ′轴转动时，元件A 在光滑杆上发生滑动，并输出电信号成为航天器的制导信号源．已知A 质量为m ，弹簧的劲度系数为k ，原长为L 0，电源电动势为E ，内阻不计，滑动变阻器总长为L ，电阻分布均匀，系统静止时滑动变阻器滑动触头P 在中点，与固定接头Q 正对，当系统以角速度ω转动时，求：
图6－1－20
(1)弹簧形变量x 与ω的关系式．
(2)电压表的示数U 与角速度ω的函数关系．
解析：当系统绕OO ′轴转动时，A 在光滑杆上发生滑动，使弹簧发生形变，触头P 也随之移动．
(1)由牛顿第二定律有F ＝mω2R ，R ＝L 0＋x ，
即kx ＝mω2(L 0＋x )，x ＝mω2L 0/(k －mω2)．
(2)电压表的示数U ＝x L E ＝mω2L 0E L (k －mω2)
.
mω2L0E 答案：(1)x＝mω2L0/(k－mω2)(2)U＝
L(k－mω2)。