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第1节　常见传感器的工作原理
课时作业
1.关于传感器工作的一般流程,下列说法正确的是(　　)
A.非电学量→敏感元件→处理电路→电学量
B.非电学量→处理电路→敏感元件→电学量
C.电学量→敏感元件→处理电路→非电学量
D.电学量→处理电路→敏感元件→非电学量
2.(双选)下列有关传感器的说法正确的是(　　)
A.霍尔元件是能够把磁感应强度转换为电压的一种磁传感器
B.光电鼠标利用了位移传感器
C.电子秤称量物体质量是利用了力传感器
D.测温仪能够测量体温是利用了温度传感器
3.光照传感器在大棚种植中得到了广泛的应用,技术人员通过光敏电阻设计了如图所示的光控电路,增加植物光照时间,有效地提高了作物的产量。电阻箱阻值调整为R1,闭合开关后,秋天傍晚6点时,灯泡L两端的电压达到一定值,恰好能发光。已知光敏电阻的阻值随光照的增强而减小,电流表、电压表均为理想电表,灯泡的光对光敏电阻的影响不计,不考虑灯泡电阻的变化。下列说法正确的是(　　)
A.光照减弱的过程中,电流表示数增大
B.光照减弱的过程中,电压表和电流表示数比值不变
C.光照减弱的过程中,电压表和电流表变化量绝对值的比值变大
D.若电阻箱阻值大于R1,则秋天傍晚6点之后灯泡L才可能发光
4.(双选)如图所示,图甲为热敏电阻的阻值R随温度t的变化关系曲线,图乙为用此热敏电阻和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路。当线圈中的电流大于或等于某一电流时,继电器的衔铁被吸合,则(　　)
A.恒温箱内的加热器接在P、Q之间
B.恒温箱内的加热器接在M、N之间
C.滑动变阻器R′的滑动触头向右移动,恒温箱内保持的温度变高
D.滑动变阻器R′的滑动触头向右移动,恒温箱内保持的温度变低
5.(双选)目前智能手机普遍采用了电容式触摸屏。因为工作面上接有高频信号,如图所示,当用户手指触摸电容式触摸屏时,手指和工作面形成一个电容器,控制器可精确确定手指位置。对于电容式触摸屏,下列说法正确的是(　　)
A.电容式触摸屏只需要触摸,不需要压力即能产生位置信号
B.使用绝缘笔在电容式触摸屏上也能进行触控操作
C.手指靠近触摸屏时,由于手指与屏的夹层工作面距离变小,电容变小
D.手指与屏的接触面积变大时,电容变大
6.传感器广泛应用在我们的生产生活中,常用的计算机键盘就是一种传感器。如图所示,键盘上每一个键的下面都连一小金属片,与该金属片隔有一定空气间隙的是另一小的固定金属片,这两金属片组成一个小电容器。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够检测出哪个键被按下,从而给出相应的信号。这种计算机键盘使用的是(　　)
A.温度传感器 B.电容传感器
C.磁传感器 D.光传感器
7.(双选)图甲是氯化锂湿敏电阻原理示意图,当空气湿度升高时,其电阻率变大。某同学设计图乙的电路来监测空气湿度变化,其中RH是氯化锂湿敏电阻,R0是定值电阻,在环境温度一定时,闭合开关,下列说法正确的是(　　)
A.空气湿度越高,RH阻值越小
B.空气湿度越低,电路中电流越大
C.空气湿度越高,电压表的示数越大
D.空气湿度越低,路端电压越大
8.某磁敏电阻R的阻值随外加磁场的磁感应强度B的增大而增大。一名同学利用该磁敏电阻设计了一款可以测量小车加速度的实验装置,如图所示,条形磁体的左、右两端分别连接两根相同的轻质弹簧,两弹簧的另一端固定在小车两侧的竖直挡板上,磁体可以相对小车无摩擦左右移动。下列说法正确的是(　　)
A.小车向右做匀速直线运动的过程中,电流表示数变大
B.小车向右做匀减速直线运动的过程中,电压表示数变小
C.小车向左做加速度逐渐增大的加速直线运动过程中,电流表示数变大
D.小车向左做匀减速直线运动的过程中,电压表示数变小
9.(双选)某磁敏电阻的阻值R随外加磁场的磁感应强度B变化图线如图甲所示。学习小组使用该磁敏电阻设计了保护负载的电路如图乙所示,U为直流电压,下列说法正确的是(　　)
A.增大电压U,负载电流不变
B.增大电压U,电路的总功率变大
C.抽去线圈铁芯,磁敏电阻的阻值变小
D.抽去线圈铁芯,负载两端电压变小
10.(双选)为了节能和环保,一些公共场所用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统,图甲为电路原理图。图甲中,直流电源电动势为3 V,内阻可不计,R1和R2其中一个是定值电阻,另一个是光敏电阻。光敏电阻的阻值随照度变化的规律如图乙所示(照度是描述光的强弱的物理量,光越强照度越大,lx是它的单位)。控制开关两端电压高于 2 V时照明系统将自动开启。下列说法正确的是(　　)
A.R2是光敏电阻
B.若定值电阻的阻值为20 kΩ,则当照度为1.0 lx时照明系统将开启
C.若要使照明系统在照度为0.6 lx时开启,则定值电阻的阻值应为15 kΩ
D.定值电阻的阻值越大,开启照明系统时的光照越暗
11.(双选)电容式话筒含有电容式传感器,如图所示。导电性振动膜片与固定电极构成一个电容器,当振动膜片在声压的作用下运动时,两个电极间的电容发生变化,电路中电流随之变化,这样声信号就转变为电信号。当振动膜片向左运动时,下列说法正确的是(　　)
A.电容器电容增大
B.电容器所带电荷量减少
C.电容器两极板间的场强增大
D.电阻R上电流方向自左向右
12.(双选)如图所示,RT为正温度系数热敏电阻,R1为光敏电阻,R2和R3均为定值电阻,电源电动势为E,内阻为r,为理想电压表,现发现电压表示数增大,可能的原因是(　　)
A.热敏电阻温度升高,其他条件不变
B.热敏电阻温度降低,其他条件不变
C.光照增强,其他条件不变
D.光照减弱,其他条件不变
13.如图所示是某居民小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置,R1为光敏电阻,R2为定值电阻,A、B接监控装置,则当有人通过而遮住光线时,回路中的电流　　　,A、B之间电压　　　　;当仅　　　　R2的阻值时,可增大A、B之间的电压。
14.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的变化而变化的特性工作的。如图甲中,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Rg保持不变;RT为热敏电阻,其电阻值与温度的变化关系如图乙的RT-t图像所示,闭合开关,当RT的温度等于120 ℃时,电流计示数I1=3 mA,求:
(1)电流计G的内阻Rg;
(2)当电流计的示数I2=1.8 mA时,热敏电阻RT的温度。第3节　大显身手的传感器
课时作业
1.某同学拟设计一个汽车超载自动报警装置,以更好地保障道路交通安全。该同学可能选择的传感器是(　　)
A.湿度传感器 B.压力传感器
C.声音传感器 D.气体传感器
2.当你走近某些写字楼、机场、宾馆等大厅的入口时,大门会自动打开,进入大厅后,门又会自动关闭,关于这种自动门的说法正确的是(　　)
A.控制这种自动门开关的是一种红外线传感器
B.控制这种自动门开关的是一种普通光电传感器,能使自动门“见光开”
C.大人走近门会自动打开,小孩走近门,门不会自动打开
D.男孩走近门会自动打开,女孩走近门,门可能不会开
3.(双选)下列情况可能是由于水位控制装置损坏引起的是(　　)
A.洗衣机不加水
B.洗衣机加水不能自动停止
C.洗衣机不排水
D.洗衣机洗衣不能自动停止
4.有这样一只音乐茶杯,茶杯平放桌上时,无声无息,提起茶杯,茶杯边播放悦耳的音乐,边闪烁着五彩的光芒,当用书挡住底部时(不与底部接触),音乐停止,音乐茶杯中所用的元件属于哪类传感器(　　)
A.超声波传感器 B.温度传感器
C.压力传感器 D.光电传感器
5.现代生活离不开智能手机,手机中有很多特殊功能需要传感器来实现。例如,当人将手机靠近耳朵附近接听电话时,手机会自动关闭屏幕从而达到省电的目的,实现这一功能可能用到的传感器为(　　)
A.光传感器和位移传感器
B.磁传感器和温度传感器
C.磁传感器和声传感器
D.压力传感器和加速度传感器
6.(双选)传感器的使用使我们的生活更加方便、安全和舒适,下列应用了力传感器的是(　　)
A.无人管理自动灌溉系统
B.商场使用的电子秤
C.酒店大厅的自动门
D.给货车称重的地磅
7.(双选)如图所示是一种常见的身高体重测量仪。测量仪顶部向下发射波速为v的超声波,超声波遇障碍物经反射后返回,被测量仪接收,测量仪记录发射和接收相隔的时间。测量仪底部有一质量为M0的测重面板置于压力传感器上,传感器输出电压与作用在其上的压力成正比。当测重台没有站人时,测量仪记录的时间为t0,此时输出电压为U0=kM0g(g是重力加速度,k是比例常数)。当某同学站上测重台时,测量仪记录的时间为t,输出电压为U,则(　　)
A.该同学的身高为v(t0-t)
B.该同学的身高为 v(t0-t)
C.该同学的质量为
D.该同学的质量为 (U-U0)
8.自行车速度计的工作原理主要依靠的就是安装在前轮上的一块磁体,当磁体运动到霍尔传感器附近时,就产生了霍尔电压,霍尔电压通过导线传入一个小型放大器中,放大器就能检测到霍尔电压,这样便可测出在某段时间内的脉冲数。当自行车以某个速度匀速直线行驶时,检测到单位时间内的脉冲数为N,已知磁铁和霍尔传感器到前轮轮轴的距离均为R1,前轮的半径为R2,脉冲的宽度为Δt,峰值为Um,下列说法正确的是(　　)
A.车速越快,脉冲的峰值Um越大
B.车速越快,脉冲的宽度Δt越大
C.车速为2πNR2
D.车速为2πNR1
9.利用如图所示的实验装置可以测量磁感应强度,其中2为力传感器,3为数字电压表,5为底部长为L的线框。数字电压表上的读数U与传感器所受的力F成正比,即U=kF,式中k为比例系数。用绝缘悬丝把线框固定在力传感器的挂钩上,并用软细铜丝连接线框与电源,当线框中电流为零时,输出电压为U0;当线框中电流为I时,输出电压为U。则线框受到的安培力为　　　　,磁感应强度的大小为　　　　　　,线框的质量为　　　　　　。
10.传感器在自动控制中有着相当广泛的应用。有一种测量人的体重的电子秤,其测量部分的原理图如图中的虚线框内所示,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。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,g取
10 m/s2。请回答:
压力F/N 0 250 500 750 1 000 1 250 1 500 …
电阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 …
(1)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。
(2)如果某人站在该秤踏板上,电流表刻度盘的示数为20 mA,则这个人的体重是
　　　　 kg。
11.如图所示为大型电子地磅电路图,电源电动势为E,内阻不计,不称物体时,滑片P在A端,滑动变阻器R接入电路中的有效电阻最大,电流较小;称重物时,在压力作用下滑片P下移,滑动变阻器接入电路中的有效电阻变小,电流变大。把电流对应的货物重力值刻在刻度盘上,这样就可以读出被称物体的质量。若滑动变阻器上A、B间长度为l,最大阻值为R0,定值电阻阻值为R0,已知两弹簧的总弹力与形变量成正比,比例系数为k,试推导所称重物重力G与电路中电流I的函数关系。第2节　科学制作:简单的自动控制装置
课时作业
1.夜间,居民楼的楼道里只是偶尔有人经过,“长明灯”会造成浪费。科研人员利用“光敏” 材料制成“光控开关”——天黑时自动闭合,天亮时自动断开;利用“声敏”材料制成“声控开关”——当有人走动发出声音时自动闭合,无人走动时自动断开。若将这两种开关配合使用,就可以使楼道里的灯变得“聪明”。这种“聪明”的电路是图中的(　　)
A B
C D
2.(双选)某一热敏电阻的阻值随温度的变化关系如图甲所示,利用此热敏电阻制作温控报警器,其电路的一部分如图乙所示,E为直流电源(电动势为9 V,内阻可忽略),当输出电压达到或超过6.0 V时,便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时环境温度为50 ℃,则下列说法正确的是(　　)
A.R1应使用热敏电阻
B.R2应使用热敏电阻
C.R1为定值电阻,阻值为0.4 kΩ
D.R2为定值电阻,阻值为1.6 kΩ
0.8 kΩ,由欧姆定律可得E=I(R1+R2),U=IR2,代入数据解得R2=1.6 kΩ,故A、D正确,B、C
错误。
3.(双选)如图所示,电源电动势为E,内阻为r,R1是定值电阻,R2是光敏电阻且其阻值随着光强的增强而减小,电表均为理想电表。闭合开关S,光强变化时,电源输出功率P出以及电压表示数U随电流表示数I变化的关系图像可能正确的是(　　)
A B
C D
4.根据光敏电阻特性设计的自动计数器的电路图如图所示,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻,电源电动势和内阻恒定,信号处理系统会实时监测R2两端的电压,每获得一次低电压就记数一次,下列说法正确的是(　　)
A.有光照射时R1的阻值比无光照射时大
B.有光照射时R1两端的电压比无光照射时大
C.有光照射时电源两端的电压比无光照射时小
D.有光照射时R2消耗的电功率比无光照射时小
5.如图所示为温度自动报警器的工作原理图,图中1是电磁铁,2是衔铁,5是水银温度计(水银可导电)。常温下3触点处于断开状态,4触点处于闭合状态,则下列说法正确的是(　　)
A.当温度低于警戒温度时电磁铁磁性增强,3触点闭合,4触点断开
B.此装置为低温报警装置,温度低于警戒温度时,电铃报警
C.此装置为高温报警装置,温度高于警戒温度时,指示灯亮
D.要提高报警时的警戒温度应使导线AB短些
6.如图所示是监控汽车安全带使用情况的一种简化报警电路。汽车启动时,开关S1闭合;驾驶员系好安全带时,开关S2将断开。L是报警指示灯,P是蜂鸣报警器,RN为安装在座垫下方的压敏元件(电阻值与所受压力大小成反比),M是一种触发开关(当A、B两端电压升高时,C、D两个端口间将像普通开关一样直接接通,从而连通L、P所在支路),则(　　)
A.当驾驶员坐在座位上启动汽车但未系安全带时,RN电阻变大,A、B两端电压升高,指示灯点亮,蜂鸣器报警
B.当驾驶员坐在座位上启动汽车未系安全带时,RN电阻变大,C、D两端口间接通
C.当驾驶员坐在座位上启动汽车并系上安全带时,A、B两端电压降低,指示灯熄灭
D.当驾驶员坐在座位上启动汽车并系上安全带时,C、D两端口间接通,指示灯熄灭
7.某同学用恒温箱进行实验时,发现恒温箱的温度持续升高,无法自动控制。经检查,恒温箱的控制器没有故障。如图所示,下列对故障判断正确的是(　　)
A.只可能是热敏电阻出现故障
B.只可能是温度设定装置出现故障
C.热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障
D.可能是加热器出现故障
8.图甲为一种家用门磁防盗报警器,由磁条和主机组成。图乙为其简化示意图,安装时,将磁条固定在门框上,主机安装在与其等高的门板边缘,门关上时,二者刚好靠在一起。当主机开关闭合时,若门被打开,磁条与主机分离,主机内的触发器就会工作,带动报警器发出报警声。下列有关说法正确的是(　　)
A.触发器内是一个开关,当主机与磁条靠近时,开关是断开的
B.触发器可以由铜制成
C.磁条的两极对调后,该报警器不能正常工作
D.本装置是利用电流的磁效应工作的
9.某同学利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”,如图甲所示。将热敏电阻RT安装在需要探测温度的地方,当环境温度正常时,继电器的上触点接触,下触点分离,指示灯亮;当环境温度超过某一值时,继电器的下触点接触,上触点分离,警铃响。图甲中继电器的供电电压U1=3 V,继电器线圈用漆包线绕成,其电阻R0为30 Ω。当线圈中的电流大于或等于50 mA时,继电器的衔铁将被吸合,警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像。
(1)由图乙可知,当环境温度为40 ℃时,热敏电阻阻值为　　　　Ω。当环境温度升高时,热敏电阻阻值将　　　　,继电器的磁性将　　 　　。(后两空均选填“增大”“减小”或“不变”)
(2)图甲中警铃的接线柱C应与接线柱　　　　相连,指示灯的接线柱D应与接线柱　　　　相连。(均选填“A”或“B”)。
(3)环境温度达到　　　　℃时,警铃报警,若要使报警电路在更高的温度下报警,下列方案可行的是　　　　。
A.适当减小U1 B.适当增大U1
C.适当减小U2 D.适当增大U2
10.城市街道的路灯用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关,实现自动控制。光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化,作为简化模型,可以近似认为,照射光较强(如白天)时电阻几乎为0;照射光较弱(如夜晚)时电阻接近于无穷大。利用光敏电阻作为传感器,借助电磁开关,可以实现路灯自动在白天关闭,在夜晚打开。电磁开关的内部结构如图所示。1、2两接线柱之间是励磁线圈,3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于50 mA时,电磁铁吸合铁片,弹簧片和触点分离,3、4断开;电流小于 50 mA 时,3、4接通。励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA。
(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路,在虚线框中画出电路原理图。
光敏电阻R1,符号为;
灯泡L,额定功率40 W,额定电压36 V,符号为;
保护电阻R2,符号为;
电磁开关,符号为;
蓄电池E,电压36 V,内阻很小;开关S,导线若干。
(2)回答下列问题:
①如果励磁线圈的电阻为200 Ω,励磁线圈允许加的最大电压为　　　　 V,保护电阻R2的阻值范围是　　　　 Ω;
②在有些应用电磁开关的场合,为了安全,往往需要在电磁铁吸合铁片时,接线柱3、4之间从断开变为接通。为此,电磁开关内部结构应如何改造 请结合本题中电磁开关内部结构图说明　 。 第1节　常见传感器的工作原理
课时作业
1.关于传感器工作的一般流程,下列说法正确的是(　　)
A.非电学量→敏感元件→处理电路→电学量
B.非电学量→处理电路→敏感元件→电学量
C.电学量→敏感元件→处理电路→非电学量
D.电学量→处理电路→敏感元件→非电学量
【答案】 A
【解析】 传感器工作的一般流程为:非电学量被敏感元件感知,然后通过转换元件转换成电信号,再通过转换电路将此信号转换成易于传输或测量的电学量,故A正确。
2.(双选)下列有关传感器的说法正确的是(　　)
A.霍尔元件是能够把磁感应强度转换为电压的一种磁传感器
B.光电鼠标利用了位移传感器
C.电子秤称量物体质量是利用了力传感器
D.测温仪能够测量体温是利用了温度传感器
【答案】 AC
【解析】 霍尔元件是能够把磁感应强度转换为电压的一种磁传感器,故A正确;光电鼠标利用了光传感器,故B错误;电子秤称量物体质量是利用了力传感器,故C正确;测温仪是根据人体辐射的红外线来测温的,没有利用温度传感器,故D错误。
3.光照传感器在大棚种植中得到了广泛的应用,技术人员通过光敏电阻设计了如图所示的光控电路,增加植物光照时间,有效地提高了作物的产量。电阻箱阻值调整为R1,闭合开关后,秋天傍晚6点时,灯泡L两端的电压达到一定值,恰好能发光。已知光敏电阻的阻值随光照的增强而减小,电流表、电压表均为理想电表,灯泡的光对光敏电阻的影响不计,不考虑灯泡电阻的变化。下列说法正确的是(　　)
A.光照减弱的过程中,电流表示数增大
B.光照减弱的过程中,电压表和电流表示数比值不变
C.光照减弱的过程中,电压表和电流表变化量绝对值的比值变大
D.若电阻箱阻值大于R1,则秋天傍晚6点之后灯泡L才可能发光
【答案】 D
【解析】 光照减弱的过程中,光敏电阻的阻值增大,整个回路的电阻增大,电流表示数减小,故A错误;电压表和电流表示数的比值为并联部分总电阻,光照减弱的过程中,电压表和电流表示数的比值增大,故B错误;根据闭合电路欧姆定律可知电压表和电流表变化量绝对值的比值为R1+r,恒定不变,故C错误;若电阻箱阻值大于R1,则当光敏电阻阻值大于傍晚
6点时的阻值时,灯泡才可能发光,故D正确。
4.(双选)如图所示,图甲为热敏电阻的阻值R随温度t的变化关系曲线,图乙为用此热敏电阻和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路。当线圈中的电流大于或等于某一电流时,继电器的衔铁被吸合,则(　　)
A.恒温箱内的加热器接在P、Q之间
B.恒温箱内的加热器接在M、N之间
C.滑动变阻器R′的滑动触头向右移动,恒温箱内保持的温度变高
D.滑动变阻器R′的滑动触头向右移动,恒温箱内保持的温度变低
【答案】 AC
【解析】 当温度较低时,热敏电阻阻值较大,电路中的电流较小,此时继电器的衔铁与P、Q端连接,所以应把恒温箱内的加热器接在P、Q端,故A正确,B错误;当温度达到一定值时,加热电路要断开,此时继电器的衔铁要被吸合,即控制电路的电流要达到一定电流,设继电器线圈的电阻为R0,根据闭合电路欧姆定律可得I=,由以上分析可知,若使恒温箱内的温度保持在更高的数值,则电流值一定时R变小,R0不变,故可变电阻R′的值应增大,即向右移动从而实现目标,故C正确,D错误。
5.(双选)目前智能手机普遍采用了电容式触摸屏。因为工作面上接有高频信号,如图所示,当用户手指触摸电容式触摸屏时,手指和工作面形成一个电容器,控制器可精确确定手指位置。对于电容式触摸屏,下列说法正确的是(　　)
A.电容式触摸屏只需要触摸,不需要压力即能产生位置信号
B.使用绝缘笔在电容式触摸屏上也能进行触控操作
C.手指靠近触摸屏时,由于手指与屏的夹层工作面距离变小,电容变小
D.手指与屏的接触面积变大时,电容变大
【答案】 AD
【解析】 由题意可知,当用户手指触摸电容式触摸屏时,手指和工作面形成一个电容器,因为工作面上接有高频信号,电流通过这个电容器分别从屏的四个角上的电极中流出,且流经四个电极的电流与手指到四个角的距离成比例,控制器通过对四个电流比例的精密计算来确定手指位置,因此不需要手指有压力,A正确。绝缘笔与工作面不能形成电容器,所以不能在电容式触摸屏上进行触控操作,B错误。手指靠近触摸屏时,由于手指与屏的夹层工作面距离变小,根据C=可知,电容将变大,C错误。手指与屏的接触面积变大时,根据C=可知,电容变大,D正确。
6.传感器广泛应用在我们的生产生活中,常用的计算机键盘就是一种传感器。如图所示,键盘上每一个键的下面都连一小金属片,与该金属片隔有一定空气间隙的是另一小的固定金属片,这两金属片组成一个小电容器。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够检测出哪个键被按下,从而给出相应的信号。这种计算机键盘使用的是(　　)
A.温度传感器 B.电容传感器
C.磁传感器 D.光传感器
【答案】 B
【解析】 当键被按下时,小金属片向下移动,两个极板之间的距离改变,电容改变,所以计算机键盘使用的是电容传感器,B正确,A、C、D错误。
7.(双选)图甲是氯化锂湿敏电阻原理示意图,当空气湿度升高时,其电阻率变大。某同学设计图乙的电路来监测空气湿度变化,其中RH是氯化锂湿敏电阻,R0是定值电阻,在环境温度一定时,闭合开关,下列说法正确的是(　　)
A.空气湿度越高,RH阻值越小
B.空气湿度越低,电路中电流越大
C.空气湿度越高,电压表的示数越大
D.空气湿度越低,路端电压越大
【答案】 BC
【解析】 依题意,空气湿度越高,其电阻率越大,根据R=ρ,可知RH阻值越大,故A错误;同理,空气湿度越低,RH阻值越小,根据I=,可知电路中电流越大,U路端=E-Ir,路端电压越小,故B正确,D错误;同理,可知,空气湿度越高,RH阻值越大,电路中电流越小,由URH=E-I(R0+r),可知电压表的示数越大,故C正确。
8.某磁敏电阻R的阻值随外加磁场的磁感应强度B的增大而增大。一名同学利用该磁敏电阻设计了一款可以测量小车加速度的实验装置,如图所示,条形磁体的左、右两端分别连接两根相同的轻质弹簧,两弹簧的另一端固定在小车两侧的竖直挡板上,磁体可以相对小车无摩擦左右移动。下列说法正确的是(　　)
A.小车向右做匀速直线运动的过程中,电流表示数变大
B.小车向右做匀减速直线运动的过程中,电压表示数变小
C.小车向左做加速度逐渐增大的加速直线运动过程中,电流表示数变大
D.小车向左做匀减速直线运动的过程中,电压表示数变小
【答案】 C
【解析】 在小车向右做匀速直线运动的过程中,磁体没有加速度,受力平衡,与磁敏电阻距离保持不变,磁敏电阻阻值不变,电路中电流不变,A错误;当小车向右匀减速时,磁体具有向左的加速度且恒定,受到的合力向左且为恒力,弹簧形变量保持不变,磁体与磁敏电阻距离保持不变,磁敏电阻阻值不变,电路中电流不变,电压表示数不变,B错误;同理,D错误;在小车向左做加速度逐渐增大的加速直线运动过程中,磁体具有向左的加速度且增大,受到的合力向左且增大,故左侧的弹簧拉伸,右侧的弹簧压缩,故弹簧形变量逐渐增大,磁体向右远离磁敏电阻R,R阻值减小,电路中的电流增大,电流表的示数变大,C正确。
9.(双选)某磁敏电阻的阻值R随外加磁场的磁感应强度B变化图线如图甲所示。学习小组使用该磁敏电阻设计了保护负载的电路如图乙所示,U为直流电压,下列说法正确的是(　　)
A.增大电压U,负载电流不变
B.增大电压U,电路的总功率变大
C.抽去线圈铁芯,磁敏电阻的阻值变小
D.抽去线圈铁芯,负载两端电压变小
【答案】 BC
【解析】 增大电压U,为保护负载,则磁敏电阻两端需要分压,即电压增大,则磁敏电阻的阻值增大,根据题图甲可知磁感应强度增大,所以通过线圈的电流增大,即流过负载的电流增大,根据P=UI可知,电路的总功率P变大,故A错误,B正确;抽去线圈铁芯,线圈产生的磁感应强度减小,故磁敏电阻的阻值变小,则磁敏电阻两端的电压变小,而U不变,所以负载两端电压变大,故C正确,D错误。
10.(双选)为了节能和环保,一些公共场所用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统,图甲为电路原理图。图甲中,直流电源电动势为3 V,内阻可不计,R1和R2其中一个是定值电阻,另一个是光敏电阻。光敏电阻的阻值随照度变化的规律如图乙所示(照度是描述光的强弱的物理量,光越强照度越大,lx是它的单位)。控制开关两端电压高于 2 V时照明系统将自动开启。下列说法正确的是(　　)
A.R2是光敏电阻
B.若定值电阻的阻值为20 kΩ,则当照度为1.0 lx时照明系统将开启
C.若要使照明系统在照度为0.6 lx时开启,则定值电阻的阻值应为15 kΩ
D.定值电阻的阻值越大,开启照明系统时的光照越暗
【答案】 CD
【解析】 当光线较暗,照度较小时,光敏电阻阻值较大,照明系统将自动开启,此时控制开关两端电压高于2 V,R1两端的电压增大,可知R1是光敏电阻,故A错误;若定值电阻的阻值为20 kΩ,根据欧姆定律有=,其中U=2 V,可得 R1=40 kΩ,可知当照度为0.4 lx时照明系统将开启,故B错误;照度为0.6 lx时,光敏电阻的阻值为 30 kΩ,根据欧姆定律有=,可得 R2′=15 kΩ,故C正确;定值电阻的阻值越大,根据分压比可知开启照明系统时,光敏电阻的阻值越大,开启照明系统时的光照越暗,故D正确。
11.(双选)电容式话筒含有电容式传感器,如图所示。导电性振动膜片与固定电极构成一个电容器,当振动膜片在声压的作用下运动时,两个电极间的电容发生变化,电路中电流随之变化,这样声信号就转变为电信号。当振动膜片向左运动时,下列说法正确的是(　　)
A.电容器电容增大
B.电容器所带电荷量减少
C.电容器两极板间的场强增大
D.电阻R上电流方向自左向右
【答案】 BD
【解析】 当振动膜片向左运动时,电容器两极板间的距离变大,根据C=可知,电容减小,故A错误;由Q=CU可知,因U不变,则电容器带电荷量Q减少,电容器处于放电状态,R中电流方向自左向右,故B、D正确;依据E=,则知U不变,距离增大,场强减小,故C错误。
12.(双选)如图所示,RT为正温度系数热敏电阻,R1为光敏电阻,R2和R3均为定值电阻,电源电动势为E,内阻为r,为理想电压表,现发现电压表示数增大,可能的原因是(　　)
A.热敏电阻温度升高,其他条件不变
B.热敏电阻温度降低,其他条件不变
C.光照增强,其他条件不变
D.光照减弱,其他条件不变
【答案】 BD
【解析】 电压表示数变大,而R3为定值电阻,说明流经R3的电流增大,由电路连接可知,这可能是由于RT减小或R1增大,由热敏电阻和光敏电阻特性知,可能是由于温度降低或光照减弱,故B、D正确,A、C错误。
13.如图所示是某居民小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置,R1为光敏电阻,R2为定值电阻,A、B接监控装置,则当有人通过而遮住光线时,回路中的电流　　　,A、B之间电压　　　　;当仅　　　　R2的阻值时,可增大A、B之间的电压。
【答案】 减小　减小　增大
【解析】 R1是光敏电阻,当有人通过而遮住光线时,R1的阻值变大,回路中的电流I减小,A、B间的电压U=IR2减小;由闭合电路欧姆定律得 U=E-I(R1+r),当仅增大R2的阻值时,电路中的电流减小,A、B间的电压U增大;当仅减小R2的阻值时,电路中的电流增大,A、B间的电压U减小。
14.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的变化而变化的特性工作的。如图甲中,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Rg保持不变;RT为热敏电阻,其电阻值与温度的变化关系如图乙的RT-t图像所示,闭合开关,当RT的温度等于120 ℃时,电流计示数I1=3 mA,求:
(1)电流计G的内阻Rg;
(2)当电流计的示数I2=1.8 mA时,热敏电阻RT的温度。
【答案】 (1)1 000 Ω　(2)20 ℃
【解析】 (1)由题图乙可知,热敏电阻RT的温度等于 120 ℃ 时,电阻为2 kΩ,闭合电路的电流为I1=3 mA=3×10-3A,
根据闭合电路欧姆定律有I1=,
则Rg=-RT=(-2×103) Ω=1 000 Ω。
(2)当电流计的示数I2=1.8 mA时,
设热敏电阻的阻值为RT′,则有I2=,
得RT′=-Rg=(-1×103) Ω=4 000 Ω,
由题图乙可知,热敏电阻的阻值为4 000 Ω时对应的温度为20 ℃。第2节　科学制作:简单的自动控制装置
课时作业
1.夜间,居民楼的楼道里只是偶尔有人经过,“长明灯”会造成浪费。科研人员利用“光敏” 材料制成“光控开关”——天黑时自动闭合,天亮时自动断开;利用“声敏”材料制成“声控开关”——当有人走动发出声音时自动闭合,无人走动时自动断开。若将这两种开关配合使用,就可以使楼道里的灯变得“聪明”。这种“聪明”的电路是图中的(　　)
A B
C D
【答案】 D
【解析】 在白天时,一般不需要灯照明;天黑以后,特别是夜深人静时,一般也不需要灯照明,也就是说天黑且人在楼道里走动时需要灯照明。“光控开关”与“声控开关”同时闭合时,灯才亮,所以D正确。
2.(双选)某一热敏电阻的阻值随温度的变化关系如图甲所示,利用此热敏电阻制作温控报警器,其电路的一部分如图乙所示,E为直流电源(电动势为9 V,内阻可忽略),当输出电压达到或超过6.0 V时,便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时环境温度为50 ℃,则下列说法正确的是(　　)
A.R1应使用热敏电阻
B.R2应使用热敏电阻
C.R1为定值电阻,阻值为0.4 kΩ
D.R2为定值电阻,阻值为1.6 kΩ
【答案】 AD
【解析】 温度升高时,该热敏电阻阻值减小,分得电压减小。而温度高时要求输出电压升高,以触发报警,所以R1为热敏电阻,R2为定值电阻,由R-t图线可知,温度为 50 ℃ 时,R1=
0.8 kΩ,由欧姆定律可得E=I(R1+R2),U=IR2,代入数据解得R2=1.6 kΩ,故A、D正确,B、C
错误。
3.(双选)如图所示,电源电动势为E,内阻为r,R1是定值电阻,R2是光敏电阻且其阻值随着光强的增强而减小,电表均为理想电表。闭合开关S,光强变化时,电源输出功率P出以及电压表示数U随电流表示数I变化的关系图像可能正确的是(　　)
A B
C D
【答案】 BD
【解析】 若光照减弱,光敏电阻的阻值增大,由闭合电路欧姆定律可知电路中的电流减小,电源输出功率P出=I2R外=I2(-r)=-rI2+EI,可知P出-I图像是开口向下的抛物线,故A错误,B正确;由 E=U+I(R1+r)得U=-(R1+r)I+E,可知 U-I图像是倾斜向下的直线,故C错误,D正确。
4.根据光敏电阻特性设计的自动计数器的电路图如图所示,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻,电源电动势和内阻恒定,信号处理系统会实时监测R2两端的电压,每获得一次低电压就记数一次,下列说法正确的是(　　)
A.有光照射时R1的阻值比无光照射时大
B.有光照射时R1两端的电压比无光照射时大
C.有光照射时电源两端的电压比无光照射时小
D.有光照射时R2消耗的电功率比无光照射时小
【答案】 C
【解析】 由题图可知,每当光照被挡住时,信号处理系统获得一次低电压就记数一次,即电路中电流较小,则此时光敏电阻R1阻值较大,故有光照射时R1的阻值比无光照射时小,有光照射时R1两端的电压U=E-I(R2+r),比无光照射时小,故A、B错误;有光照射时,光敏电阻R1的阻值比无光照射时小,则外电阻总阻值比无光照射时小,电源两端的电压比无光照射时小,故C正确;有光照射时,光敏电阻R1的阻值比无光照射时小,则电路总电阻比无光照射时小,电路总电流比无光照射时大,定值电阻R2消耗的电功率比无光照射时大,故D错误。
5.如图所示为温度自动报警器的工作原理图,图中1是电磁铁,2是衔铁,5是水银温度计(水银可导电)。常温下3触点处于断开状态,4触点处于闭合状态,则下列说法正确的是(　　)
A.当温度低于警戒温度时电磁铁磁性增强,3触点闭合,4触点断开
B.此装置为低温报警装置,温度低于警戒温度时,电铃报警
C.此装置为高温报警装置,温度高于警戒温度时,指示灯亮
D.要提高报警时的警戒温度应使导线AB短些
【答案】 D
【解析】 此装置为高温报警装置,温度高于警戒温度时,水银液柱上升,电磁铁通电产生磁性,3触点闭合,4触点断开,电铃报警,指示灯熄灭,温度低于警戒温度时,电磁铁未通电,无磁性,3触点断开,4触点闭合,指示灯亮,电铃不响,故A、B、C错误;要提高报警时的警戒温度,应使导线AB短些,这样当温度升得更高时,控制电路才能接通,电磁铁才有磁性,电铃报警,故D正确。
6.如图所示是监控汽车安全带使用情况的一种简化报警电路。汽车启动时,开关S1闭合;驾驶员系好安全带时,开关S2将断开。L是报警指示灯,P是蜂鸣报警器,RN为安装在座垫下方的压敏元件(电阻值与所受压力大小成反比),M是一种触发开关(当A、B两端电压升高时,C、D两个端口间将像普通开关一样直接接通,从而连通L、P所在支路),则(　　)
A.当驾驶员坐在座位上启动汽车但未系安全带时,RN电阻变大,A、B两端电压升高,指示灯点亮,蜂鸣器报警
B.当驾驶员坐在座位上启动汽车未系安全带时,RN电阻变大,C、D两端口间接通
C.当驾驶员坐在座位上启动汽车并系上安全带时,A、B两端电压降低,指示灯熄灭
D.当驾驶员坐在座位上启动汽车并系上安全带时,C、D两端口间接通,指示灯熄灭
【答案】 D
【解析】 当驾驶员坐在座位上启动汽车但未系安全带时,开关S2闭合;驾驶员对座位的压力增大,则RN电阻变小,根据欧姆定律可得通过R的电流增大,则A、B两端电压升高,C、D两个端口直接接通,连通L、P所在支路,指示灯点亮,蜂鸣器报警,故A、B错误。当驾驶员坐在座位上启动汽车并系上安全带时,开关S2断开;驾驶员对座位的压力增大,则RN电阻变小,根据欧姆定律可得通过R的电流增大,则A、B两端电压升高,C、D两个端口直接接通,但由于S2断开,指示灯熄灭,蜂鸣器不会报警,故C错误,D正确。
7.某同学用恒温箱进行实验时,发现恒温箱的温度持续升高,无法自动控制。经检查,恒温箱的控制器没有故障。如图所示,下列对故障判断正确的是(　　)
A.只可能是热敏电阻出现故障
B.只可能是温度设定装置出现故障
C.热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障
D.可能是加热器出现故障
【答案】 C
【解析】 由题图可知,若热敏电阻出现故障或温度设定装置出现故障都会向控制器传递错误信息,导致控制器发出错误指令,故C正确,A、B错误;若加热器出现故障,只有一种可能,即不能加热,而题中加热器一直加热才会使温度持续升高,故D错误。
8.图甲为一种家用门磁防盗报警器,由磁条和主机组成。图乙为其简化示意图,安装时,将磁条固定在门框上,主机安装在与其等高的门板边缘,门关上时,二者刚好靠在一起。当主机开关闭合时,若门被打开,磁条与主机分离,主机内的触发器就会工作,带动报警器发出报警声。下列有关说法正确的是(　　)
A.触发器内是一个开关,当主机与磁条靠近时,开关是断开的
B.触发器可以由铜制成
C.磁条的两极对调后,该报警器不能正常工作
D.本装置是利用电流的磁效应工作的
【答案】 A
【解析】 门关上时,磁条与主机刚好靠在一起,此时报警器不报警,说明电路是断开的,若门被打开,磁条与主机分离,主机内的触发器就会工作,带动报警器发出报警声,说明此时触发器内开关是闭合的,选项A正确;触发器与磁条之间存在磁力的作用,所以触发器不可能是铜制成的,因为铜没有磁性,选项B错误;无论磁条哪个磁极靠近触发器,都存在磁力作用,所以两极对调后,该报警器仍能正常工作,选项C错误;本装置是利用磁体能够吸引磁性物体的特点工作的,选项D错误。
9.某同学利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”,如图甲所示。将热敏电阻RT安装在需要探测温度的地方,当环境温度正常时,继电器的上触点接触,下触点分离,指示灯亮;当环境温度超过某一值时,继电器的下触点接触,上触点分离,警铃响。图甲中继电器的供电电压U1=3 V,继电器线圈用漆包线绕成,其电阻R0为30 Ω。当线圈中的电流大于或等于50 mA时,继电器的衔铁将被吸合,警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像。
(1)由图乙可知,当环境温度为40 ℃时,热敏电阻阻值为　　　　Ω。当环境温度升高时,热敏电阻阻值将　　　　,继电器的磁性将　　 　　。(后两空均选填“增大”“减小”或“不变”)
(2)图甲中警铃的接线柱C应与接线柱　　　　相连,指示灯的接线柱D应与接线柱　　　　相连。(均选填“A”或“B”)。
(3)环境温度达到　　　　℃时,警铃报警,若要使报警电路在更高的温度下报警,下列方案可行的是　　　　。
A.适当减小U1 B.适当增大U1
C.适当减小U2 D.适当增大U2
【答案】 (1)70　减小　增大　(2)B　A　(3)80　A
【解析】 (1)根据题图乙,当环境温度为40 ℃时,热敏电阻阻值为70 Ω。温度升高时,热敏电阻阻值减小。根据欧姆定律,热敏电阻阻值减小,电路中电流就会增大,继电器的磁性就会增大。
(2)因当环境温度超过某一值时,继电器的下触点接触,上触点分离,警铃响,所以,警铃的接线柱C应与接线柱B相连,指示灯的接线柱D应与接线柱A相连。
(3)当线圈中的电流I=50 mA=0.05 A时,继电器的衔铁将被吸合,警铃报警。由闭合电路欧姆定律可知,U1=I(RT+R0),当I=0.05 A时,解得RT=30 Ω。由题图乙可知,此时t=80 ℃,所以,当温度达到 80 ℃ 时,警铃报警。若要使报警电路在更高的温度下报警,则可以适当减小U1达到目的,故A正确。
10.城市街道的路灯用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关,实现自动控制。光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化,作为简化模型,可以近似认为,照射光较强(如白天)时电阻几乎为0;照射光较弱(如夜晚)时电阻接近于无穷大。利用光敏电阻作为传感器,借助电磁开关,可以实现路灯自动在白天关闭,在夜晚打开。电磁开关的内部结构如图所示。1、2两接线柱之间是励磁线圈,3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于50 mA时,电磁铁吸合铁片,弹簧片和触点分离,3、4断开;电流小于 50 mA 时,3、4接通。励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA。
(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路,在虚线框中画出电路原理图。
光敏电阻R1,符号为;
灯泡L,额定功率40 W,额定电压36 V,符号为;
保护电阻R2,符号为;
电磁开关,符号为;
蓄电池E,电压36 V,内阻很小;开关S,导线若干。
(2)回答下列问题:
①如果励磁线圈的电阻为200 Ω,励磁线圈允许加的最大电压为　　　　 V,保护电阻R2的阻值范围是　　　　 Ω;
②在有些应用电磁开关的场合,为了安全,往往需要在电磁铁吸合铁片时,接线柱3、4之间从断开变为接通。为此,电磁开关内部结构应如何改造 请结合本题中电磁开关内部结构图说明　 。
【答案】 (1)图见解析　
(2)①20　160～520　②见解析
【解析】 (1)要使光敏电阻能够对电路进行控制,且有光照时灯泡熄灭,则光敏电阻应与1、2串联,灯泡与3、4串联,电路图如图所示。
(2)①由题意知,最大电流为100 mA,励磁线圈电阻为200 Ω,则有Umax=ImaxR=100×10-3×
200 V=20 V,允许通过励磁线圈的电流最大值为100 mA,允许通过的电流最小值为50 mA,则有R2min=-R=160 Ω,R2max=-R=520 Ω,则阻值范围应为160～520 Ω。
②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧,保证当电磁铁吸合铁片时,3、4之间接通;不吸合时,3、4之间断开。第3节　大显身手的传感器
课时作业
1.某同学拟设计一个汽车超载自动报警装置,以更好地保障道路交通安全。该同学可能选择的传感器是(　　)
A.湿度传感器 B.压力传感器
C.声音传感器 D.气体传感器
【答案】 B
【解析】 汽车超载自动报警装置类似于电子秤的工作原理,当传感器受到压力的作用时,会显示相应的压力值大小,当示数超过规定的压力值时,会触发报警装置报警,所以应用的是压力传感器,故选B。
2.当你走近某些写字楼、机场、宾馆等大厅的入口时,大门会自动打开,进入大厅后,门又会自动关闭,关于这种自动门的说法正确的是(　　)
A.控制这种自动门开关的是一种红外线传感器
B.控制这种自动门开关的是一种普通光电传感器,能使自动门“见光开”
C.大人走近门会自动打开,小孩走近门,门不会自动打开
D.男孩走近门会自动打开,女孩走近门,门可能不会开
【答案】 A
【解析】 控制自动门开关的传感器是红外线传感器,A正确,B错误;尽管不同的人(包括大人、小孩、男孩、女孩)、不同的体温发出的红外线波长不同,但在设置这个传感器范围时已经充分考虑到个体的差异及人体体温的变化范围,大人、小孩、男孩、女孩靠近,门都会自动打开,C、D错误。
3.(双选)下列情况可能是由于水位控制装置损坏引起的是(　　)
A.洗衣机不加水
B.洗衣机加水不能自动停止
C.洗衣机不排水
D.洗衣机洗衣不能自动停止
【答案】 AB
【解析】 洗衣机水位控制装置正常,才能正常加水,且加到合适的水位便自动停止,若损坏可能导致不加水或一直不停地加水,所以A、B可能。
4.有这样一只音乐茶杯,茶杯平放桌上时,无声无息,提起茶杯,茶杯边播放悦耳的音乐,边闪烁着五彩的光芒,当用书挡住底部时(不与底部接触),音乐停止,音乐茶杯中所用的元件属于哪类传感器(　　)
A.超声波传感器 B.温度传感器
C.压力传感器 D.光电传感器
【答案】 D
【解析】 茶杯平放在桌上时和提起后用书挡住底部(不与底部接触)时底部都没有光照,说明音乐茶杯中所用的传感器与光照有关,而与声音、温度、压力无关,所以音乐茶杯中所用的元件属于光电传感器,故A、B、C错误,D正确。
5.现代生活离不开智能手机,手机中有很多特殊功能需要传感器来实现。例如,当人将手机靠近耳朵附近接听电话时,手机会自动关闭屏幕从而达到省电的目的,实现这一功能可能用到的传感器为(　　)
A.光传感器和位移传感器
B.磁传感器和温度传感器
C.磁传感器和声传感器
D.压力传感器和加速度传感器
【答案】 A
【解析】 当人将手机靠近耳朵附近接听电话时,改变了位移,并且耳朵可能挡住了光线,所以可能用到的传感器为光传感器和位移传感器,A正确;当人将手机靠近耳朵附近接听电话时,没有磁场的变化,也没有产生特别的压力,B、C、D错误。
6.(双选)传感器的使用使我们的生活更加方便、安全和舒适,下列应用了力传感器的是(　　)
A.无人管理自动灌溉系统
B.商场使用的电子秤
C.酒店大厅的自动门
D.给货车称重的地磅
【答案】 BD
【解析】 无人管理自动灌溉系统应用了湿度传感器,故A错误;商场使用的电子秤应用了力传感器,故B正确;酒店大厅的自动门应用了红外线传感器,故C错误;给货车称重的地磅应用了力传感器,故D正确。
7.(双选)如图所示是一种常见的身高体重测量仪。测量仪顶部向下发射波速为v的超声波,超声波遇障碍物经反射后返回,被测量仪接收,测量仪记录发射和接收相隔的时间。测量仪底部有一质量为M0的测重面板置于压力传感器上,传感器输出电压与作用在其上的压力成正比。当测重台没有站人时,测量仪记录的时间为t0,此时输出电压为U0=kM0g(g是重力加速度,k是比例常数)。当某同学站上测重台时,测量仪记录的时间为t,输出电压为U,则(　　)
A.该同学的身高为v(t0-t)
B.该同学的身高为 v(t0-t)
C.该同学的质量为
D.该同学的质量为 (U-U0)
【答案】 BD
【解析】 由题意,当测重台没有站人时,有2s=vt0,站人时,有 2(s-h)=vt,解得该同学的身高h=v(t0-t),故A错误,B正确;无人站立时U0=kM0g,有人时U=k(M0g+mg),解得m=(U-U0),故C错误,D正确。
8.自行车速度计的工作原理主要依靠的就是安装在前轮上的一块磁体,当磁体运动到霍尔传感器附近时,就产生了霍尔电压,霍尔电压通过导线传入一个小型放大器中,放大器就能检测到霍尔电压,这样便可测出在某段时间内的脉冲数。当自行车以某个速度匀速直线行驶时,检测到单位时间内的脉冲数为N,已知磁铁和霍尔传感器到前轮轮轴的距离均为R1,前轮的半径为R2,脉冲的宽度为Δt,峰值为Um,下列说法正确的是(　　)
A.车速越快,脉冲的峰值Um越大
B.车速越快,脉冲的宽度Δt越大
C.车速为2πNR2
D.车速为2πNR1
【答案】 C
【解析】 根据qvB=q得,Um=Bdv,由电流的微观定义式 I=neSv,n是单位体积内的电子数,e是单个导电粒子所带的电荷量,S是导体的横截面积,v是导电粒子运动的速度,整理得v=,联立解得Um=,可知用霍尔元件可以测量磁场的磁感应强度,保持电流不变,霍尔电压Um与车速大小无关,故A、B错误。由题意,当在单位时间 t=1 s内的脉冲数为N时,自行车的转速为n0=,则车速为v=2πnR2==2πNR2,故C正确,D错误。
9.利用如图所示的实验装置可以测量磁感应强度,其中2为力传感器,3为数字电压表,5为底部长为L的线框。数字电压表上的读数U与传感器所受的力F成正比,即U=kF,式中k为比例系数。用绝缘悬丝把线框固定在力传感器的挂钩上,并用软细铜丝连接线框与电源,当线框中电流为零时,输出电压为U0;当线框中电流为I时,输出电压为U。则线框受到的安培力为　　　　,磁感应强度的大小为　　　　　　,线框的质量为　　　　　　。
【答案】 　　
【解析】 由于数字电压表上的读数U与传感器所受的力成正比,即U=kF,式中k为比例系数,当通上电流后,设安培力为F安,有|U-U0|=kF安,即F安=,由安培力公式,代入上式可得kBIL=|U-U0|,解得B=。当线框中电流为0时,传感器所受力的大小等于线框重力,即U0=kF=kmg,解得m=。
10.传感器在自动控制中有着相当广泛的应用。有一种测量人的体重的电子秤,其测量部分的原理图如图中的虚线框内所示,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。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,g取
10 m/s2。请回答:
压力F/N 0 250 500 750 1 000 1 250 1 500 …
电阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 …
(1)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。
(2)如果某人站在该秤踏板上,电流表刻度盘的示数为20 mA,则这个人的体重是
　　　　 kg。
【答案】 (1)1.6×10-2　(2)50
【解析】 (1)由题知,踏板空载时,压力传感器电阻R=300 Ω,由欧姆定律可得此时电流I== A=1.6×10-2 A。
(2)当电流I=20 mA=20×10-3 A时,压力传感器的电阻R== Ω=240 Ω,对应表格可知,人对压力传感器的压力为500 N,则这个人的体重为50 kg。
11.如图所示为大型电子地磅电路图,电源电动势为E,内阻不计,不称物体时,滑片P在A端,滑动变阻器R接入电路中的有效电阻最大,电流较小;称重物时,在压力作用下滑片P下移,滑动变阻器接入电路中的有效电阻变小,电流变大。把电流对应的货物重力值刻在刻度盘上,这样就可以读出被称物体的质量。若滑动变阻器上A、B间长度为l,最大阻值为R0,定值电阻阻值为R0,已知两弹簧的总弹力与形变量成正比,比例系数为k,试推导所称重物重力G与电路中电流I的函数关系。
【答案】 G=2kl-
【解析】 设所称重物重力为G时弹簧的压缩量为x,由题意得 G=kx,此时,滑片P距B端距离为l-x,
滑动变阻器的有效电阻为R0-R0,
由闭合电路欧姆定律得I=,
联立解得G=2kl-。

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