2020年基于核心素养下的33个中考物理特色专题专题17 传感器问题(原卷版)

专题17 传感器问题
传感器它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按一定规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。

即传感器能将被测信号量的微小变化转换成电信号的变化。

近几年，各地年中考出现以传感器件为背景的试题，综合考查学生的基础知识和技能。

希望毕业班学生在中考复习时要重视这类问题。

【例题1】距离传感器是一种测量距离的仪器，它发出的超声波遇到物体后反射回传感器，传感器收到信号后自动计算出物体与传感器的距离，并显示物体的s-t图象。

已知超声波在空气中的速度是340m/s。

（1）若传感器在发出信号后0.01s收到从物体反射回的信号，物体距传感器多远？
（2）若显示物体的s-t图象如图甲，物体在0至15s的运动情况如何？为什么？
（3）另外一物体在F=10N的水平拉力作用下，沿水平地面做直线运动。

传感器显示物体的s-t图象如图乙。

求：在0至15s物体受到的摩擦力是多大？（写出分析过程）
【例题2】如图甲是某种型号的轿车，车的质量为600g，每个轮胎与地面的接触面积为200cm2。

一次该车在一段平直的公路上匀速行驶，遇到车速监控检测点。

检测点的距离传感器从向车发出超声波信号到接收到信号共用了0.6s。

在连接距离传感器的计算机屏幕上显示的该车运动的s—t图像如图乙所示（超声波在空气中传播速度为340m/s）。

求：
①该小轿车空载时对地面的压强。

②超声波信号遇到小车时，小车与检测监控点的距离。

③若小车在运动中所受阻力大小为3000N，则小车在10s内牵引力所做的功。

【例题3】如图甲所示是某电器中的一个电路，R是热敏电阻，其阻值随温度变化的图象如图乙所示；电电压U保持不变，R0为定值电阻。

闭合开关电路工作时，随着工作环境温度的升高，电压表的示数_______（选填“变大”、“变小”或“不变”）；电路消耗的电功率的表达式P=________（用题中所给字母表示）；已知当温度为40℃时，定值电阻与热敏电阻的阻值相等，则温度由40℃上升到100℃时，定值电阻R0先后消耗的电功率之比是________。

1．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，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两极间的电压恒为6V，保护电阻R2的阻值为400Ω．则（）
A．有光照射时光敏电阻R1的阻值为800Ω
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lh通过S与R1之间的产品个数为6000个
2.如图所示，长1.6m、粗细均匀的金属杆可以绕O点在竖直平面内自由转动，一拉力﹣位移传感器竖直作用在杆上，并能使杆始终保持水平平衡．该传感器显示其拉力F与作用点到O点距离的变化关系如图所示．据图可知金属杆重（）
A．5 N B．10 N C．20 N D．40 N
3．压敏电阻的阻值是随所受压力的增大而减小的．小聪同学想设计一个通过电表示数反映压敏电阻所受压力大小的电路，要求压力增大时电表示数增大．以下电路不符合要求的是（）
A B C D
4．图是一种输液时所用报警电路：电电压恒定，R为定值电阻，闭合开关S，贴在针口处的传感器M接触到从针口处漏出的药液后，其电阻R M发生变化，导致电压表的示数增大而触犯警报器（图中未画出）报警，则M接触药液后（）
A．M的电阻R M变大
B．电路消耗的总功率变大
C．电压表与电流表的示数乘积不变
D．电压表与电流表的示数之比变大
5. 如图所示是检测酒精浓度的测试仪原理图，图中电电压恒定为8V，R1为定值电阻，酒精气体传感器R2的阻值随酒精气体浓度的增大而减小。

当酒精浓度为0时，R2=60Ω，此时电压表示数为2V。

以下说法错误的是（）
A. 若酒精气体浓度越大，电压表和电流表示数都越大
B. 定值电阻R1的阻值为20Ω
C. 酒精浓度为0时，电路消耗的总功率为0.6W
D. 若电流表示数达到0.2A时，表示酒驾，此时R2消耗的电功率为0.8W
6.某小组同学利用由硫化镉半导体材料制成的光敏电阻、电压恒定的电、电流表、电键和导线组成电路，并用强度相同的不同光，做了如图（a）、（b）、（c）所示的三次实验。

下列说法正确的是（）
A.“探究由光敏电阻的阻值特性与照射的光线种类的关系”
B.比较（a）和（b）两图可以发现：该光敏电阻的电阻值特性与红外光线无关。

C.比较（a）和（c）两图可以发现：在电压一定时，用强度相同的可见光线或紫外光线照射到由硫化镉半导体材料制成的光敏电阻上，通过光敏电阻的电流是不相等的，用紫外光线照射时通过的电流较大，因此该光敏电阻的电阻特性与紫外光线有关，用紫外光线照射时其电阻值较小。

D.根据上述研究情况，可以提出一个进一步研究的问题是“是否所有的光敏电阻的电阻特性与紫外光线有关？”。

7．在创客比赛中，晓光设计了一个暖箱温度显示器，如图甲所示，其原理是利用电压表的示数表示暖箱内的温度，已知电电压恒定为4V，R0的阻值为150Ω，R1是热敏电阻，图乙是它的阻值--温度的关系图象，当暖箱内温度为60℃时，电压表的示数是V；电压表的量程为0～3V，则暖箱内的最高温度
是℃．若将R0换用阻值更大的电阻，则暖箱内能达到的最高温度将（选填“升高”“降低”或“不变”）。

8.图甲是某小区高层住宅电梯结构的示意图，它主要是由轿厢、滑轮、配重、缆绳及电动机等部件组成，小明家住该小区某栋楼的16楼，他乘电梯从1楼匀速升到16楼用时50s，已知每层楼的高度为3m．小明重600N．轿厢重5400N，动滑轮和细绳的重力以及摩擦力均忽略不计，针对此时程，解答下列问题．
（1）拉力F的功率为多大？
（2）动滑轮A提升小明的机械效率为多少？
（3）图乙是该电梯超载自动报警系统工作原理的示意图，在工作电路中，当电梯没有超载时，触点与触点A接触，闭合开关S，电动机正常工作，当电梯超载时，触点与触点B接触，电铃发出报警铃声，即使闭合开关S，电动机也不工作，在控制电路中，已知电电压为6V，保护电阻R2=100Ω，电阻式压力传感器R1的阻值随乘客压力（F压）大小变化如图丙所示，电磁铁线圈的阻值忽略不计，当电磁铁线圈电流超过0.02A 时，电铃就会发出警报声，若乘客人均重为700N，该电梯最多可以乘载多少人？
9．压力传感器是电子秤中的测力装置，可视为阻值随压力而变化的压敏电阻。

小刚从某废旧电子秤上拆下一个压力传感器，探究其阻值与所受压力大小（不超过250N）的关系，如图是小刚设计的实验电路图。

电电压恒定，R0为定值电阻，R1为压力传感器。

（1）连接电路时开关应，电路中R0的作用是。

（2）闭合开关，发现电流表无示数，电压表示数接近电电压，电路出现的故障是；排除故障后，逐渐
增大R1受到的压力，闭合开关，读出电流表和电压表的示数，计算出对应的R1的阻值，记录如表，第5次测深时，电压表示数为4V．电流表示数为0.2A．此时R1的阻值为欧。

请根据表中的数据在图2中画出R1随F变化的关系图象。

次数 1 2 3 4 5 6
F/N 0 50 100 150 200 250
R1/Ω60 50 40 30 10
（3）通过实验探究可归纳出，R1的阻值随压力F大小变化的关系式为，当R的阻值为32时，R1上受到的压力是N，若此压力为压力传感器在电子称正常工作时受到的压力，则电子秤应显示g。

10.新农村建设让农村面貌焕然一新．许多楼房顶部装有自动供水水箱，箱体重1250N，与水平楼顶接触面积为1.5m2．为了控制进水量，在水箱顶部安装压力传感器，如图所示，A物体通过细线与压力传感器相连接，压力传感器相等于拉线开关，A的密度是2.5×103g/m3，A重为25N．当压力传感器受到竖直向下的拉力等于25N时闭合，电动水泵向水箱注水；当拉力等于15N时断开，电动水泵停止向水箱注水．
（1）求未装水时整个水箱对楼顶的压强是多少？（压力传感器及连接线质量不计，g取10N/g）
（2）通过计算说明当水面与A上表面相平时，电动水泵能否停止注水？（g取10N/g，连接线体积不计）
11．智能自动化管理是未社会的发展趋势，如图甲所示为某工作室的自动化光控电路图，其中光敏电阻R 的阻值随照度变化的关系如图乙所示（照度表示物体被照明的程度，单位是I）。

请你回答下列问题：
（1）电磁继电器是利用电流效应工作的，当光照强度增强时，光敏电阻将，控制电路中的电流将（选填“变大”“变小”或“不变”）。

长时间使用后，控制电路中的电流将降低，若在相同的情况下接通电路，则光照强度。

（选填“增强”“减弱”或“不变”）。

（2）当开关S闭合时，光敏电阻上的照度大于或等于0.41时，警示灯L亮，已知控制电路的电电压为22V，电磁继电器的线圈电阻为10Ω，此时控制电路中的电流是多大？
（3）若使电流达到0.2A时，光敏电阻上的照度大于或等于0.41时警示灯L亮，试通过计算说明怎样改装控制电路。

（注：可以添加必要的元件）
12.图甲为热敏电阻的R﹣t图象，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的恒温箱的简单温控电路，继电器线圈的电阻为150欧，当线圈中电流大于或等于28毫安时，继电器的衔铁被吸合，为继电器线圈供电的电池的电压为6伏，图中的“电”是恒温箱加热器的电．
（1）从图甲中可得50℃时热敏电阻的阻值为欧．
（2）恒温箱的加热器应接在A、B端还是C、D端？
（3）若恒温箱内的温度达到100℃时，通过计算分析恒温箱加热器是否处于工作状态？
（4）若在原控制电路中，串联接入一个可变电阻，当该电阻增大时，所控制的恒温箱内的最高温度将（选填“变大”“不变”或“变小”）．
13.阅读短文，回答问题：
力传感器在电子秤中的应用
电子秤所使用的测力装置是力传感器．
常见的一种力传感器由弹簧钢和应变片组成，其结构示意图如图甲所示．弹簧钢右端固定，在其上、下表面各贴一个相同的应变片．若在弹簧钢的自由端施加向下的作用力F，则弹簧钢发生弯曲，上应变片被拉伸，下应变片被压缩．力越大，弹簧钢的弯曲程度越大．
应变片结构如图乙所示，其中金属电阻丝的阻值对长度变化很敏感．给上、下金属电阻丝提供相等且大小不变的电流，上应变片两引线间电压为U1，下应变片两引线间电压为U2，传感器把这两个电压的差值U（U＝U1－U2）输出，用反映力F的大小．
金属电阻丝的阻值随温度会发生变化，其变化情况如图丙所示．为消除气温变化对测量精度的影响，需分别在上、下应变片金属电阻丝与引线之间串联一只合适的电阻，进行温度补偿．串联合适的电阻后，测量结果不再受温度影响．
（1）这种力传感器是将力的大小转换为(电流/电压)的装置．
（2）外力F增大时，下列说法正确的是．
A．上、下应变片金属电阻丝电阻都增大
B．上、下应变片金属电阻丝电阻都减小
C．上应变片金属电阻丝电阻减小，下应变片金属电阻丝电阻增大
D．上应变片金属电阻丝电阻增大，下应变片金属电阻丝电阻减小
（3）传感器输出的电压U随外力F增大而．
（4）进行温度补偿时，应给上金属电阻丝串联阻值随温度升高而的电阻，下金属电阻丝串联阻值随温度升高而的电阻．
（5）如果未进行温度补偿，自由端受到相同的力F作用，该传感器下应变片两端的电压U2冬天比夏天（大/小）．
14．体感器的可以把力学物理量转化成电学信号，然后通过相互之间的函数关系，直接引用力的大小。

测量压力大小的压力传感器，工作原理如图所示，其中M、N均为绝缘材料，M、N间有可收缩的导线（电
阻大小不计），弹簧上端和滑动变阻器R2的滑片P固定在一起，电电压恒为12V，已知压力F的大小与R2的阻值大小成正比例关系。

闭合开关S，压力F0=0时，滑片P在最上端；压力F1=1N时，电流表示数为1A，电压示数为3V，当滑片P滑至最下端时，电压表示数为7.5V．求：
（1）定值电阻R1的大小；压力F1与R2阻值之比；
（2）当滑片P滑至最下端时，压力F2的大小；
（3）压力F的大小与电压表示数之间的函数关系表达式。