高中人教版 (2019)1 認(rèn)識傳感器導(dǎo)學(xué)案-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

2 常見傳感器的工作原理及應(yīng)用
物理觀念
1.知道什么是傳感器,理解傳感器的工作原理。()
2.掌握制作傳感器的常用元件:光敏電阻、熱敏電阻、金屬熱電阻、電阻應(yīng)變片的基本特性及工作原理。
科學(xué)思維
1.體會傳感器將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的意義。
2.了解傳感器在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。
一、傳感器及其工作原理
1.傳感器能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等被測量,并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號輸出。通常轉(zhuǎn)換成的可用信號是電壓、電流等電學(xué)量,或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量,可以很方便地進(jìn)行測量、傳輸、處理和控制。
2.傳感器的種類
根據(jù)被測量的不同,可分為聲、光、壓力、位移、加速度、溫度等傳感器;根據(jù)具體工作原理的不同,可分為電阻式、電容式、電感式、光電式、熱電式、壓電式、磁電式等傳感器。
3．傳感器的組成：傳感器的基本部分一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件組成．
4．傳感器應(yīng)用的一般模式：
二、光敏電阻
1.光敏電阻是光電傳感器中常見的光敏元件。
2.硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料,無光照時,載流子極少,導(dǎo)電性能差;隨著光照的增強,載流子增多,導(dǎo)電性變好。
3.光敏電阻能夠把光照強弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。
三、金屬熱電阻和熱敏電阻
1．金屬熱電阻：金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，利用這一特性，金屬絲可以制作成溫度傳感器，稱為熱電阻．
2．熱敏電阻：用半導(dǎo)體材料制成，氧化錳制成的熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減?。?br>四、電阻應(yīng)變片
1．電阻應(yīng)變效應(yīng)：金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時，其電阻也隨之變化的現(xiàn)象．
2．電阻應(yīng)變片：電阻應(yīng)變片有金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片，半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片的工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)．
3．電阻應(yīng)變片能夠把物體形變這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量．
判斷下列說法的正誤．
(1)傳感器可以把非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量．( √ )
(2)光敏電阻的阻值隨光照的強弱而變化，光照越強電阻越大．( × )
(3)熱敏電阻一般用半導(dǎo)體材料制作，導(dǎo)電能力隨溫度的升高而增強，但靈敏度低．( × )
(4)電阻應(yīng)變片能夠把物體的形變情況轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮璧淖兓? √ )
一、傳感器
干簧管結(jié)構(gòu)：如圖1甲所示，玻璃管內(nèi)封入了兩個軟磁性材料制成的簧片，接入圖乙電路，當(dāng)條形磁體靠近干簧管時：
圖1
(1)會發(fā)生什么現(xiàn)象，為什么？
(2)干簧管的作用是什么？
答案 (1)燈泡會亮，因為當(dāng)條形磁體靠近干簧管時，兩個簧片被磁化而接通．
(2)干簧管起到開關(guān)的作用，是一種能夠感知磁場的傳感器．
1．傳感器的核心元件
(1)敏感元件：相當(dāng)于人的感覺器官，是傳感器的核心部分，是利用材料的某種敏感效應(yīng)(如熱敏、光敏、壓敏、力敏、濕敏等)制成的．
(2)轉(zhuǎn)換元件：是傳感器中能將敏感元件輸出的與被測物理量成一定關(guān)系的非電信號轉(zhuǎn)換成電信號的電子元件．
(3)轉(zhuǎn)換電路：將轉(zhuǎn)換元件輸出的不易測量的電學(xué)量轉(zhuǎn)換成易于測量的電學(xué)量，如電壓、電流、電阻等．
2．傳感器的工作原理
傳感器感受的通常是非電學(xué)量，如壓力、溫度、位移、濃度、速度、酸堿度等，而它輸出的通常是電學(xué)量，如電壓、電流、電荷量等．這些輸出信號是非常微弱的，通常要經(jīng)過放大后再輸送給控制系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制動作．傳感器的工作原理如下所示：
eq \x(非電學(xué)量)→eq \x(敏感元件)→eq \x(轉(zhuǎn)換元件)→eq \x(轉(zhuǎn)換電路)→eq \x(電學(xué)量)
例1 全面了解汽車的運行狀態(tài)(速度、水箱溫度、油量)是確保汽車安全行駛和駕駛員安全的舉措之一,為模仿汽車油表原理,某同學(xué)自制一種測定油箱油量多少或變化多少的裝置。如圖乙所示,其中電源電壓保持不變,R是滑動變阻器,它的金屬滑片是金屬桿的一端,R'是定值電阻,R'?R。該同學(xué)在裝置中使用了一只電壓表(圖中沒有畫出),通過觀察電壓表示數(shù),可以了解油量情況,你認(rèn)為電壓表應(yīng)該接在圖中的b、c兩點之間,請按照你的接法回答:當(dāng)油箱中油量減少時,電壓表的示數(shù)將增大(選填“增大”或“減小”)。
解析由題圖可知當(dāng)油箱內(nèi)液面高度變化時,R的金屬滑片將會移動,從而引起R兩端電壓的變化,且當(dāng)R'?R時,UR=IR,可視為UR與R成正比,所以電壓表應(yīng)接在b、c兩點之間;當(dāng)油量減少時,R的金屬滑片上移,接入電路的電阻增大,電壓表示數(shù)將增大。
例2 力敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小,有位同學(xué)利用力敏電阻設(shè)計了判斷小車運動狀態(tài)的裝置,其工作原理如圖甲所示,將力敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上,中間放置一個絕緣重球。小車向右做直線運動過程中,電流表示數(shù)如圖乙所示,下列判斷正確的是( )
A.從t1到t2時間內(nèi),小車做勻速直線運動
B.從t1到t2時間內(nèi),小車做勻加速直線運動
C.從t2到t3時間內(nèi),小車做勻速直線運動
D.從t2到t3時間內(nèi),小車做勻加速直線運動
答案 D
解析在0~t1內(nèi),I恒定,力敏電阻阻值不變,由小球的受力不變可知,小車可能做勻速或勻加速直線運動,在t1~t2內(nèi),I變大,力敏電阻阻值變小,壓力變大,小車做變加速運動,A、B均錯誤;在t2~t3內(nèi),I不變,壓力恒定,小車做勻加速直線運動,C錯誤,D正確。
二、光敏電阻及其應(yīng)用
在工廠生產(chǎn)車間的生產(chǎn)線上安裝計數(shù)器后，就可以準(zhǔn)確得知生產(chǎn)產(chǎn)品的數(shù)量，如圖2所示為光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻．此光電計數(shù)器的基本工作原理是什么？
圖2
答案當(dāng)光被產(chǎn)品擋住時，R1電阻增大，電路中電流減小，R2兩端電壓減小，信號處理系統(tǒng)得到低電壓，每通過一個產(chǎn)品就獲得一次低電壓，并計數(shù)一次．
1.光敏電阻的特點及工作原理
(1)當(dāng)半導(dǎo)體材料受到光照或者溫度升高時,會有更多的電子獲得能量成為自由電子,同時也形成更多的空穴,于是導(dǎo)電能力明顯增強。
(2)光敏電阻是用半導(dǎo)體材料(如硫化鎘)制成的。它的特點是光照越強,電阻越小。它能夠把光照強弱這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量。
2.熱敏電阻和金屬熱電阻的特點
(1)熱敏電阻:用半導(dǎo)體材料制成。
(2)金屬熱電阻:金屬的電阻率隨溫度升高而增大,利用這一特性,金屬絲也可以制作成溫度傳感器,稱為熱電阻。
(3)熱敏電阻和金屬熱電阻的區(qū)別
3.霍爾元件的工作原理與特點
(1)霍爾元件的工作原理:E、F間通入恒定的電流I,同時外加與薄片垂直的磁場B時,薄片中的載流子就在洛倫茲力作用下,向著與電流和磁場都垂直的方向漂移,使M、N間出現(xiàn)電壓(如圖所示)。
(2)霍爾元件在電流、電壓穩(wěn)定時,載流子所受電場力和洛倫茲力二力平衡。
(3)霍爾電壓:UH=kIBd(d為薄片的厚度,k為霍爾系數(shù))。當(dāng)電流I一定時,UH與B成正比,所以霍爾元件能把磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量。
例3 傳感器已廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)、生活中,下列關(guān)于傳感器的說法正確的是( )
A.火警報警器使用了壓力傳感器
B.冰箱控溫系統(tǒng)使用了溫度傳感器
C.商場里的自動門使用了光傳感器
D.夜間自動打開的路燈使用了溫度傳感器
答案 B
解析火警報警器使用了溫度傳感器,故A錯誤;冰箱控溫系統(tǒng)使用了溫度傳感器,故B正確;一般人體都有恒定的體溫,會發(fā)出特定波長的紅外線,被動式紅外探頭就是靠探測人體發(fā)射的紅外線而進(jìn)行工作的,人走向門口時,門會自動打開,是因為安裝了紅外線傳感器,從而能感知紅外線,導(dǎo)致門被打開,故C錯誤;燈要求夜晚亮、白天熄,而白天有光,黑夜沒有光,所以電路中光傳感器導(dǎo)致電阻變化,實現(xiàn)自動控制,因此是利用光電傳感器,故D錯誤。
針對訓(xùn)練1 如圖所示,R1為定值電阻,R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻,L為小燈泡,當(dāng)溫度降低時( )
A.R1兩端的電壓增大
B.電流表的示數(shù)增大
C.小燈泡的亮度變強
D.小燈泡的亮度變?nèi)?br>答案 C
解析 R2與燈泡L并聯(lián)后再與R1串聯(lián),與電源構(gòu)成閉合電路,當(dāng)溫度降低時,熱敏電阻R2阻值增大,外電路電阻增大,電流表讀數(shù)減小,燈泡L兩端的電壓增大,燈泡的亮度變強,R1兩端的電壓減小,故只有C正確。
三、金屬熱電阻和熱敏電阻及其應(yīng)用
如圖4所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，再將多用電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT(溫度升高，電阻減小)的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中央．若在RT上擦一些酒精，多用電表指針將如何偏轉(zhuǎn)？若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向熱敏電阻，多用電表指針將如何偏轉(zhuǎn)？
圖4
答案由于酒精揮發(fā)，熱敏電阻RT溫度降低，電阻值增大，多用電表指針將向左偏；用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向熱敏電阻，熱敏電阻RT溫度升高，電阻值減小，多用電表指針將向右偏．
1．金屬熱電阻：金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而增大，如圖5圖線①所示．
2．熱敏電阻
(1)熱敏電阻指用半導(dǎo)體材料制成，電阻值隨溫度變化發(fā)生明顯變化的電阻．如圖5線②所示為某熱敏電阻的電阻—溫度特性曲線．
圖5
(2)熱敏電阻分正溫度系數(shù)和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻兩類，電阻值隨溫度升高而增大的是正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻；電阻值隨溫度升高而減小的是負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻．常用的是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻．
例4 (多選)在溫控電路中，通過熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實現(xiàn)對電路相關(guān)物理量的控制．如圖6所示電路，R1為定值電阻，R2為半導(dǎo)體熱敏電阻(溫度越高，電阻越小)，C為電容器．當(dāng)環(huán)境溫度降低時( )
圖6
A．電容器C的帶電荷量增大
B．電壓表的讀數(shù)增大
C．電容器C兩板間的電場強度減小
D．R1消耗的功率增大
答案 AB
解析當(dāng)環(huán)境溫度降低時，R2的阻值變大，電路的總電阻變大，由I＝eq \f(E,R總)可知I變小，又U＝E－Ir，則電壓表的讀數(shù)增大，B正確；由P1＝I2R1可知，R1消耗的功率P1變小，D錯誤；電容器C兩板間的電壓U2＝U－U1，U1＝IR1，可知U1變小，U2變大，由場強E′＝eq \f(U2,d)，Q＝CU2可知，Q、E′都增大，故A正確，C錯誤．
四、電阻應(yīng)變片
如圖7所示是一個應(yīng)變式力傳感器，彈簧鋼制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各貼一個應(yīng)變片．結(jié)合力傳感器的特點，敘述它的工作原理．
圖7
答案在梁的自由端施力F，則梁發(fā)生彎曲，上表面拉伸，下表面壓縮，上表面應(yīng)變片的電阻變大，下表面應(yīng)變片的電阻變?。越大，彎曲形變越大，應(yīng)變片的電阻變化就越大．如果讓應(yīng)變片中通過的電流保持恒定，那么上表面應(yīng)變片兩端的電壓變大，下表面應(yīng)變片兩端的電壓變?。畟鞲衅靼堰@兩個電壓的差值輸出．力F越大，輸出的電壓差值也就越大．
1．電阻應(yīng)變效應(yīng)：金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變時，其電阻也隨之變化的現(xiàn)象．
2．電阻應(yīng)變片：電阻應(yīng)變片有金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片，半導(dǎo)體電阻應(yīng)變片的工作原理是基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)．
3．電阻應(yīng)變片能夠把物體形變這個力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量．
例5 （2023?汕頭二模）如圖所示為無人機(jī)高度預(yù)警系統(tǒng)電路圖。電路中的R1和R2，其中一個是定值電阻，另一個是氣壓傳感器（可等效為可變電阻）。飛行高度越低，對氣壓傳感器的壓力越大，氣壓傳感器的電阻值越小。當(dāng)a、b兩端的電壓大于U1時，控制開關(guān)自動開啟高位預(yù)警；當(dāng)a、b兩端的電壓小于U2（U1、U2為定值）時，控制開關(guān)自動開啟低位預(yù)警。下列說法正確的是（）
A．U1＜U2
B．U1＝U2
C．R2為定值電阻
D．若定值電阻的阻值越大，開啟高位預(yù)警時的位置越低
答案 C
解析 ABC、當(dāng)a、b兩端的電壓大于U1時，控制開關(guān)自動開啟高位預(yù)警，說明R1為氣壓傳感器，則R2為定值電阻；當(dāng)飛行高度高時，R1的電阻比較大，則此時的電壓更大，即U1＞U2，故AB錯誤，C正確；
若定值電阻的阻值越大，則R1分到的電壓越小，所以開啟高位預(yù)警時的位置越高，故D錯誤；
針對訓(xùn)練2 （2023?濟(jì)南模擬）如圖甲所示為某同學(xué)設(shè)計的磁報警裝置的示意圖。RB是磁敏電阻，其阻值隨磁感應(yīng)強度變化的圖線如圖乙所示。R1和R2為兩個電阻箱，a、b兩端接報警器，當(dāng)電壓增大到某一值時，會觸發(fā)報警器報警。下列說法正確的是（）
A．當(dāng)RB處的磁場增強時，電流表示數(shù)增大
B．當(dāng)RB處的磁場增強時，a、b兩端的電壓減小
C．增大R2的阻值，更容易觸發(fā)報警器報警
D．增大R1的阻值，更容易觸發(fā)報警器報警
答案 C
解析 B．當(dāng)RB處的磁場增強時，由RB﹣B圖像可知其阻值變大，則電路的總電阻增大，由I=ER總可知總電流變小，a、b兩端的電壓為Uab＝E﹣I（r+R1）
則a、b兩端的電壓增大，故B錯誤；
A．根據(jù)并聯(lián)分壓可知，電流表的電流為IA=I-UabR2，由于總電流I變小，電流表示數(shù)減小，故A錯誤；
C．因Uab越大越容易觸發(fā)報警器報警；而增大R2的阻值，總電阻增大，總電流變小，內(nèi)阻r和R1的電壓變小，則a、b兩端的電壓變大，故更容易觸發(fā)報警器報警；故C正確；
D．增大R1的阻值，總電阻增大，總電流變小，則a、b兩端的電壓變小，要觸發(fā)報警器報警更難，故D錯誤。
1.(對傳感器的認(rèn)識)非觸摸式自動感應(yīng)水龍頭如圖所示,其應(yīng)用的傳感器是( )
A.壓力傳感器
B.光電傳感器
C.生物傳感器
D.溫度傳感器
答案 B
解析自動感應(yīng)水龍頭應(yīng)用的是光電傳感器。
2.(熱敏電阻電路動態(tài)分析)如圖所示,RT為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻,R為定值電阻。若往RT上擦些酒精,在環(huán)境溫度不變的情況下,關(guān)于電壓表示數(shù)的變化情況,下列說法正確的是( )
A.變大
B.變小
C.先變大再變小最后不變
D.先變小再變大最后不變
答案 D
解析往RT上擦酒精后,酒精蒸發(fā)吸熱,熱敏電阻RT溫度降低,電阻值增大,根據(jù)串聯(lián)電路的分壓特點知,電壓表示數(shù)變小。當(dāng)酒精蒸發(fā)完畢后,RT的溫度逐漸升高到環(huán)境溫度后不變,所以熱敏電阻的阻值逐漸變小,最后不變,故電壓表的示數(shù)將逐漸變大,最后不變。所以選項D正確。
3.(熱敏電阻電路動態(tài)分析)(多選)在溫控電路中,通過熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實現(xiàn)對電路相關(guān)物理量的控制。如圖所示電路,R1為定值電阻,R2為半導(dǎo)體熱敏電阻(溫度越高電阻越小),C為電容器。當(dāng)環(huán)境溫度降低時( )
A.電容器C的帶電荷量增大
B.電壓表的讀數(shù)增大
C.電容器C兩板間的電場強度減小
D.R1消耗的功率增大
答案 AB
解析當(dāng)環(huán)境溫度降低時,R2變大,電路的總電阻變大,由I=ER總知I變小,又U=E-Ir,電壓表的讀數(shù)U增大,B正確;又由P1=I2R1可知,R1消耗的功率P1變小,D錯誤;電容器兩板間的電壓U2=U-U1,U1=IR1,可知U1變小,U2變大,由電場強度E'=U2d,Q=CU2可知Q、E'都增大,故A正確,C錯誤。
4.(霍爾元件)(多選)霍爾元件的示意圖如圖所示,一塊通電的銅板放在磁場中,銅板的前、后板面垂直于磁場,板內(nèi)通有如圖方向的電流,a、b是銅板上、下邊緣的兩點,則( )
A.電勢φa>φb
B.電勢φb>φa
C.B一定,電流增大時,|φa-φb|增大
D.其他條件不變,將銅板改為NaCl溶液時,電勢結(jié)果仍然一樣
答案 AC
解析銅板中的自由電荷是電子,電子定向移動的方向與電流的方向相反,由左手定則可判斷出電子因受洛倫茲力作用向b側(cè)偏轉(zhuǎn),所以φa>φb,A正確,B錯誤;因|φa-φb|=kIBd,所以B一定,電流增大時,|φa-φb|增大,C正確;若將銅板改為NaCl溶液,溶液中的正、負(fù)離子均向b側(cè)偏轉(zhuǎn),|φa-φb|=0,即不產(chǎn)生霍爾效應(yīng),故D錯誤。
5.(霍爾元件)(多選)如圖所示是霍爾元件的工作原理示意圖,如果用d表示薄片的厚度,k為霍爾系數(shù),對于一個霍爾元件,d、k為定值,如果保持I恒定,則可以驗證UH隨B的變化情況。以下說法正確的是(工作面是指較大的平面)( )
A.將永磁體的一個磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面,UH將變大
B.在測定地球兩極的磁場強弱時,霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平
C.在測定地球赤道上的磁場強弱時,霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平
D.改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角,UH將發(fā)生變化
答案 ABD
解析將永磁體的磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面時,B增大,I恒定,由公式UH=kIBd知UH將變大,選項A正確;地球兩極的磁場方向在豎直方向上,所以霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平,使B與工作面垂直,選項B正確;地球赤道上的磁場沿水平方向,只有霍爾元件的工作面在豎直方向且垂直于南北方向時,B才與工作面垂直,選項C錯誤;改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角,B垂直工作面的大小發(fā)生變化,UH將發(fā)生變化,選項D正確。
一、選擇題(第1~10題為單選題,第11~13題為多選題)
1.位移傳感器的工作原理如圖所示,物體M在導(dǎo)軌上平移時,帶動滑動變阻器的金屬滑片P,通過電壓表顯示的數(shù)據(jù),來反映物體M位移的大小x。假設(shè)電壓表是理想電表,物體M不動時,滑片P位于滑動變阻器正中間位置,則下列說法正確的是( )
A.物體M運動時,電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化
B.物體M運動時,電壓表的示數(shù)會發(fā)生變化
C.物體M不動時,電路中沒有電流
D.物體M不動時,電壓表沒有示數(shù)
答案 B
解析電壓表為理想電表,則電壓表不分流,故滑片移動時不會改變電路的電阻,也就不會改變電路中的電流,故A錯誤;電壓表測的是滑片P左側(cè)電阻分得的電壓,故示數(shù)隨物體M的移動即滑片的運動而變化,故B正確,C、D錯誤。
2.如圖所示的電路可將聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號,該電路中右側(cè)固定不動的金屬板b與能在聲波驅(qū)動下沿水平方向振動的鍍有金屬層的振動膜a構(gòu)成一個電容器,a、b通過導(dǎo)線與恒定電源兩極相接。若振動膜a周期性振動,則( )
A.a振動過程中,a、b板間的電場強度不變
B.a振動過程中,a、b板所帶電荷量不變
C.a振動過程中,靈敏電流計中始終有方向不變的電流
D.a向右的位移最大時,a、b板所構(gòu)成的電容器的電容最大
答案 D
解析由于平行板電容器兩極板與電池兩極相連接,兩極板間的電壓U保持不變,根據(jù)電場強度E=Ud,C=εrS4πkd可判斷A錯誤,D正確。再由Q=CU可知,B錯誤。由于Q變化,使電容器出現(xiàn)充電、放電現(xiàn)象,電流計中電流方向不斷變化,C錯誤。
3.如圖為測定壓力的電容式傳感器,將平行板電容器、靈敏電流表(零刻度在中間)和電源串聯(lián)成閉合回路,當(dāng)壓力F作用于可動膜片電極上時,膜片發(fā)生形變,引起電容的變化,導(dǎo)致靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn),在開始對膜片施加壓力使膜片電極從圖中的虛線推到圖中實線位置并保持固定的過程中,靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)情況為(電流從靈敏電流表右接線柱流入時指針向右偏)( )
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動
D.向左偏到某一刻度后不動
答案 A
解析壓力F作用時,極板間距d變小,由C=εrS4πkd知,電容器電容C變大,又電壓U不變,根據(jù)Q=CU知,極板帶電荷量變大,所以電容器應(yīng)充電,電流由右接線柱流入靈敏電流表,所以指針將右偏。F不變時,極板保持固定后,充電結(jié)束,指針回到零刻度。故選A。
4.關(guān)于傳感器及其作用,下列說法正確的是( )
A.傳感器一定是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量
B.傳感器一定是把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電路的通斷
C.傳感器把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量是為了方便地進(jìn)行測量、傳輸、處理和控制
D.電磁感應(yīng)是把磁學(xué)的量轉(zhuǎn)換為電學(xué)的量,所以電磁感應(yīng)也是傳感器
答案 C
解析傳感器是指一種元件或裝置,它能感受力、溫度、光、聲、磁、化學(xué)成分等非電學(xué)量,并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量,或轉(zhuǎn)換為電路的通斷,選項A、B錯誤。其作用和目的是更方便地測量、傳輸、處理、控制非電學(xué)量,找出非電學(xué)量和電學(xué)量之間的對應(yīng)關(guān)系,選項C正確。電磁感應(yīng)是原理,不是元件和裝置,不能稱為傳感器,選項D錯誤。
5.有些洗衣機(jī)設(shè)有多段式水位自動感應(yīng)裝置,該裝置采用的傳感器是( )
A.溫度傳感器B.壓力傳感器
C.生物傳感器D.紅外線傳感器
答案 B
解析水位不同,洗衣機(jī)桶壁所受壓力不同,所以應(yīng)該采用壓力傳感器,選項B正確。
6.如圖所示,有一種火災(zāi)報警器是應(yīng)用煙霧對光的散射來工作的。該報警器利用的傳感器是( )
A.力傳感器
B.聲傳感器
C.位移傳感器
D.光傳感器
答案 D
解析當(dāng)有火災(zāi)時,會有煙產(chǎn)生,煙進(jìn)入火災(zāi)報警器時,由于光的散射,從而觸發(fā)開關(guān)報警,選項D正確。
7.如圖是一個測定液面高度的傳感器,在導(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì),放在導(dǎo)電液體中,導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液構(gòu)成電容器的兩極,把這兩極接入外電路,當(dāng)外電路的電流變化說明電容值增大時,則導(dǎo)電液體的深度h變化為( )
A.h增大
B.h減小
C.h不變
D.無法確定
答案 A
解析由題意知,導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液體構(gòu)成電容器的兩極,類似于平行板電容器的兩極,當(dāng)液面高度發(fā)生變化時,相當(dāng)于兩極正對面積發(fā)生變化,會引起電容的變化,與平行板電容器類比可得,導(dǎo)電液體深度h增大時,導(dǎo)電芯和導(dǎo)電液體正對面積增大,電容器的電容值變大,故選項A正確。
8.如圖所示,電源兩端的電壓恒定,L為小燈泡,R為光敏電阻,LED為發(fā)光二極管(電流越大,發(fā)出的光越強),且R與LED間距不變,閉合開關(guān)S后,下列說法正確的是( )
A.當(dāng)滑片P向左移動時,L消耗的功率增大
B.當(dāng)滑片P向左移動時,L消耗的功率減小
C.當(dāng)滑片P向右移動時,L消耗的功率可能不變
D.無論怎樣移動滑片P,L消耗的功率都不變
答案 A
解析當(dāng)滑片P向左移動時,使其電阻減小,則流過二極管的電流增大,從而發(fā)光增強,使光敏電阻R的阻值減小,通過燈泡L的電流增大,則L消耗的功率增大,A正確,B、D錯誤;當(dāng)滑片P向右移動時,可分析出L消耗的功率變小,C錯誤。
9.有一種在光照或溫度升高時都能啟動排氣扇的自動控制裝置,下列說法正確的是( )
A.兩個傳感器都是光電傳感器
B.兩個傳感器分別是光電傳感器和溫度傳感器
C.兩個傳感器可能分別是溫度傳感器、電容式傳感器
D.只有光照和溫度都適合時排氣扇才能工作
答案 B
解析題中提到有光照或溫度升高時排氣扇都能自動啟動,由此可見兩個傳感器一個是光電傳感器,一個是溫度傳感器,而且排氣扇自動啟動只需光照和溫度其中一個滿足條件即可,A、C、D錯誤,B正確。
10.下圖為一種溫度自動報警器的原理圖,在水銀溫度計的頂端封入一段金屬絲,以下說法正確的是( )
A.溫度升高至74 ℃時,燈L1亮報警
B.溫度升高至74 ℃時,燈L2亮報警
C.溫度升高至78 ℃時,燈L1亮報警
D.溫度升高至78 ℃時,燈L2亮報警
答案 D
解析當(dāng)溫度低于78 ℃時,繼電器線圈中沒有電流,此時燈L1亮;當(dāng)溫度升高到78 ℃時,繼電器線圈中有電流,磁鐵吸下銜鐵,燈L2被接通,所以燈L2亮報警,故選項A、B、C錯誤,D正確。
11.(2023·重慶統(tǒng)考一模)傳感器的使用使我們的生活更加方便、安全和舒適,下列應(yīng)用了力傳感器的是( )
A.無人管理自動灌溉系統(tǒng)
B.商場使用的電子秤
C.酒店大廳的自動門
D.給貨車稱重的地磅
答案 BD
解析無人管理自動灌溉系統(tǒng),應(yīng)用的是濕度傳感器,選項A錯誤;商場使用的電子秤應(yīng)用了力傳感器,選項B正確;酒店大廳的自動門應(yīng)用的是紅外傳感器,選項C錯誤;給貨車稱重的地磅應(yīng)用了力傳感器,選項D正確。
12.(多選)電阻R隨溫度T變化的圖線如圖所示。下列說法正確的是( )
A.圖線1是熱敏電阻的圖線,它是用金屬材料制成的
B.圖線2是熱敏電阻的圖線,它是用半導(dǎo)體材料制成的
C.圖線1對應(yīng)的材料化學(xué)穩(wěn)定性好、測溫范圍大、靈敏度高
D.圖線2對應(yīng)的材料化學(xué)穩(wěn)定性差、測溫范圍小、靈敏度高
答案 BD
解析金屬熱電阻的阻值隨溫度升高而增大,半導(dǎo)體材料的熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小,所以A錯誤,B正確;圖線1對應(yīng)的材料化學(xué)穩(wěn)定性好但靈敏度低,圖線2對應(yīng)的材料化學(xué)穩(wěn)定性差但靈敏度高,所以C錯誤,D正確。
13.如圖所示,干簧管放在磁場中時兩個舌簧能被磁化。關(guān)于干簧管,下列說法正確的是( )
A.干簧管接入電路中相當(dāng)于電阻的作用
B.干簧管是根據(jù)熱脹冷縮的原理制成的
C.干簧管接入電路中相當(dāng)于開關(guān)的作用
D.干簧管是作為電控元件以實現(xiàn)自動控制的
答案 CD
解析干簧管能感知磁場,因為兩個舌簧由軟磁性材料制成,當(dāng)周圍存在磁場時,兩個舌簧被磁化,就會相互吸引,所以是作開關(guān)來使用,作為控制元件以實現(xiàn)自動控制的,選項C、D正確。
一、選擇題(第1~7題為單選題,第8~11題為多選題)
1.有一電學(xué)元件,溫度升高時其電阻減小,這種元件可能是( )
A.金屬導(dǎo)體B.光敏電阻
C.熱敏電阻D.霍爾元件
答案 C
解析金屬導(dǎo)體電阻一般隨溫度升高而增大,光敏電阻的阻值隨光照強度的增大而減小,正溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而增大,負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小,霍爾元件是把磁感應(yīng)強度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量,選項C正確,A、B、D錯誤。
2.如圖甲所示的電路中,光敏電阻R2加上圖乙所示的光照時,R2兩端的電壓變化規(guī)律是( )
答案 B
解析光敏電阻隨光照的增強電阻減小,電路中電流增大,電阻R1兩端電壓增大,R2兩端電壓減小,但不能減小到零。故選項B正確。
3.熱敏電阻能將熱信號轉(zhuǎn)換為電信號,是因為( )
A.熱敏電阻阻值的大小隨熱量的變化而變化
B.熱敏電阻阻值的大小隨溫度的變化而變化
C.熱敏電阻體積的大小隨熱量的變化而變化
D.熱敏電阻體積的大小隨溫度的變化而變化
答案 B
4.(2023北京豐臺區(qū)高二期中)如圖甲所示,在光敏電阻R2上加上如圖乙所示的光照,那么R2兩端的電壓變化是下列圖中的( )
答案 B
解析光敏電阻阻值隨光照的增強而減小,且R2兩端的電壓與R2的阻值成正比,根據(jù)題圖乙知R2兩端的電壓隨光強同頻率先減小后增大,但不會是零,所以選B。
5.如圖所示,R3是光敏電阻(光照時電阻變小),當(dāng)開關(guān)S閉合后,在沒有光照射時,a、b兩點等電勢。當(dāng)用光照射電阻R3時,則( )
A.a點電勢高于b點電勢
B.a點電勢低于b點電勢
C.a點電勢等于b點電勢
D.a點電勢和b點電勢的大小無法比較
答案 A
解析 R3是光敏電阻,當(dāng)有光照射時R3電阻變小,R3兩端電壓減小,故a點電勢升高,因其他電阻的阻值不變,所以a點電勢高于b點電勢。
6.如圖所示,將一光敏電阻接入多用電表兩表筆上,將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋,用光照射光敏電阻時表針自左向右的偏角為θ,現(xiàn)用手掌擋住部分光線,表針自左向右的偏角變?yōu)棣?,則可判斷( )
A.θ'=θ
B.θ'

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