人教版高二选修3-2第六章 第2节 传感器的应用+第3节 实验：传感器的应用 课时练习

一、实验题

1. 难度：中等

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。应变片采用半导体材料制成，其阻值与长度成正比。给上、下应变片提供相等且恒定不变的电流，上应变片两端电压为，下应变片两端电压为，传感器把这两个电压的差值输出，用来反映力F的大小。半导体应变片的阻值随温度会发生变化，其变化情况如图乙所示。为消除气温变化对测量精度的影响，需分别给上、下应变片串联一合适的电阻，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）力F越大，弹簧钢的弯曲程度越_______（选填“大”或“小”），传感器输出的电压U越_______（选填“大”或“小”）。

（2）外力为时，上、下应变片的电阻分别是、；外力为时，上、下应变片的电阻分别是、。若，则、、、的从大到小的排列是________。

A.                        B.

C.                        D.

（3）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冬天比夏天_______（选填“大”或“小”）。

（4）进行温度补偿时，给下应变片串联的电阻最合适的是下列选项图中的_______。

A.    B.    C.     D.

二、单选题

2. 难度：中等

如图所示，甲为在温度为10℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻、、，为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示，当a、b两点间的电压时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当a、b两点间的电压时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在（   ）

A.10℃ B.20℃ C.30℃ D.40℃

3. 难度：简单

如图所示，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。平时光电三极管接收不到LED发出的光,呈现高阻状态。发生火灾时，下列说法正确的是(　　)

A. 进入罩内的烟雾遮挡住了光线，使光线三极管电阻更大,检测电路检测出变化发出警报

B. 进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报

C. 光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报

D. 以上说法均不正确

4. 难度：中等

图甲为斯密特触发器，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，而当输入端A的电压下降到另一个值的时候(0.8 V)，Y会从低电平跳到高电平(3.4 V)．图乙为一光控电路，用发光二极管LED模仿路灯，R_G为光敏电阻．关于斯密特触发器和光控电路的下列说法中错误的是(　　)

A.斯密特触发器的作用是将数字信号转换为模拟信号

B.斯密特触发器是具有特殊功能的非门

C.要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R₁的阻值调大些

D.当输出端Y突然从高电平跳到低电平时，二极管发光

5. 难度：中等

动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象，图1是话筒原理图，图2是录音机的录音、放音原理图，由图可知不正确的是（　　） 

A.话筒工作时磁铁不动线圈振动而产生感应电流

B.录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流

C.录音机放音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场

D.录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场

三、多选题

6. 难度：中等

电容式加速度传感器的原理如图所示，质量块左、右侧连接电介质、轻质弹簧，弹簧与电容器固定在外框上，质量块可带动电介质移动，改变电容。则（    ）

A.电介质插入极板间越深，电容器电容越小

B.当传感器以恒定加速度运动时，电路中有恒定电流

C.若传感器原来向右匀速运动，突然减速时弹簧会压缩

D.当传感器由静止突然向右加速时，电路中有顺时针方向的电流

四、解答题

7. 难度：中等

角速度计可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度，其结构如图所示，当系统绕OO′轴转动时，元件A发生位移并输出电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源，已知A的质量为m，弹簧劲度系数为k、自然长度为l，电源电动势为E、内阻不计，滑动变阻器总长度为l，电阻分布均匀，系统静止时P在a点，当系统以角速度ω转动时，推导输出电压U和ω的函数关系式．

8. 难度：中等

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为灵敏电流表，内阻r保持不变；为保护电阻，R为热敏电阻，其电阻值随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，电流表示数，则当电流表的示数时，热敏电阻R的温度是多少摄氏度？

五、多选题

9. 难度：简单

图为温度报警器电路示意图，下列关于对此电路的分析正确的是（    ）

A.当R_t的温度升高时，R_t减小，A端电势降低，Y端电势升髙，蜂鸣器会发出报警声

B.当R_t的温度升高时，R_t减小，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声

C.当增大R₁时，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声

D.当增大R₁时，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声

六、实验题

10. 难度：中等

为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关的通断可通过光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度变化而变化的元件（照度可以反映光的强弱，光越强，照度越大，照度的单位为lx）。某光敏电阻在不同照度下的阻值如下表：

照度（lx）	0.2	0.4	0.6	0.8	1.0	1.2
电阻（）	75	40	28	23	20	18

（1）请根据表中数据在图一所示的坐标系中描绘出光敏电阻的阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点_________。

（2）如图二所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统。请利用下列器材按要求设计一个简单电路：给1、2两端提供电压，要求天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图___________。（不考虑控制开关对所设计电路的影响）

提供的器材如下：

光敏电阻（符号，阻值见上表）；

直流电源E（电动势3 V，内阻不计）；

定值电阻，，（限选其中之一并在图中标出）；

开关S及导线若干。

七、多选题

11. 难度：中等

压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小.有一位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理图如图甲所示.将压敏电阻和一块挡板固定在水平绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球。小车在水平面内向右做直线运动的过程中，电流表示数如图乙所示，压敏电阻受力为零时，，下列判断正确的是（    ）

A.从到时间内，小车做匀加速直线运动

B.从到时间内，小车做匀加速直线运动

C.从到时间内，小车做匀加速直线运动

D.从到时间内，小车可能做减速直线运动

八、单选题

12. 难度：中等

如图所示为包含某逻辑电路的一个简单电路图，L为小灯泡。光照射光敏电阻时，其阻值将变得远小于R，则下列说法正确的是（    ）

A.其中的逻辑电路是非门电路；当光敏电阻受到光照时，小灯泡L不发光

B.其中的逻辑电路是非门电路；当光敏电阻受到光照时，小灯泡L发光

C.其中的逻辑电路是与门电路；当光敏电阻受到光照时，小灯泡L不发光

D.其中的逻辑电路是或门电路；当光敏电阻受到光照时，小灯泡L发光

13. 难度：中等

如图所示为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，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发射和接收的时间间隔．质量为M₀的测重台置于压力传感器上，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，测量仪记录的时间间隔为t₀，输出电压为U₀，某同学站上测重台，测量仪记录的时间间隔为t，输出电压为U．该同学的身高和质量分别为

A.v(t₀-t)， B.v(t₀-t)，

C.v(t₀-t)， D.v(t₀-t)，

九、填空题

14. 难度：中等

现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警．提供的器材有：热敏电阻，报警器（内阻很小，流过的电流超过时就会报警），电阻箱（最大阻值为999.9 Ω），直流电源（输出电压为U，内阻不计），滑动变阻器（最大阻值为1 000 Ω），滑动变阻器（最大阻值为2 000 Ω），单刀双掷开关一个，导线若干．

在室温下对系统进行调节，已知U约为18 V，约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω．

（1）在答题卡上完成待调节的报警系统原理电路图的连线_________．

（2）在电路中应选用滑动变阻器________（填“”或“”）．

（3）按照下列步骤调节此报警系统：

①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为______Ω；滑动变阻器的滑片应置于______（填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是______．

②将开关向______（填“c”或“d”）端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至______．

（4）保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用．

十、解答题

15. 难度：中等

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，滑动触头P在A端，滑动变阻器接入电路中的有效电阻最大，电流较小；称重物时，在压力作用下滑动触头下移，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大。这样把电流对应的质量值刻在刻度盘上，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，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k。

（1）试导出所称重物重力G与电路中电流I的函数关系

（2）该装置达到最大量程时电流表示数是多少？

16. 难度：中等

如图所示是电饭煲的电路图，S₁是一个控温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点（103℃）时，会自动断开。S₂是一个自动控温开关，当温度低于60℃时会自动闭合；温度高于80℃时，会自动断开。红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯。分流电阻R₁=R₂=500Ω，加热电阻丝R₃=50Ω，两灯电阻不计。

（1）根据电路分析，叙述电饭煲煮饭的全过程（包括加热和保温的过程）。

（2）简要回答，如果不闭合开关S₁，电饭煲能将饭煮熟吗？

（3）计算加热和保温两种状态下，电饭煲的消耗功率之比。

十一、多选题

17. 难度：中等

如图所示的光控电路中用发光二极管LED模仿路灯，为光敏电阻.天暗时路灯（发光二极管）会点亮，下列说法正确的是（    ）

A.天暗时，Y端处于高电平

B.天暗时，Y端处于低电平

C.当调大时，A端的电势降低，灯（发光二极管）点亮

D.当调大时，A端的电势降低，灯（发光二极管）熄灭

十二、实验题

18. 难度：中等

图甲所示是大型机械厂里用来称重的电子吊秤，其中实现称重的关键元件是拉力传感器。其工作原理是：挂钩上挂上重物，传感器中拉力敏感电阻丝在拉力作用下发生形变，拉力敏感电阻丝的电阻也随着发生变化，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成将所称物体重量变换为电信号的过程。

(1)简述拉力敏感电阻丝的阻值随拉力变化的原因_______________________________。

(2)小明找到一根拉力敏感电阻丝R_L，其阻值随拉力变化的图像如图乙所示，再按图丙所示电路制作了一个简易“吊秤”。电路中电源电动势E约15V，内阻约2Ω；灵敏毫安表量程为10mA，内阻约5Ω；R是电阻箱，最大阻值是9999Ω；R_L接在A、B两接线柱上，通过光滑绝缘滑环可将重物吊起，接通电路完成下列操作．

a．滑环下不吊重物时，调节电阻箱，当电流表为某一合适示数I时，读出电阻箱的读数R₁；

b．滑环下吊上待测重物，测出电阻丝与竖直方向的夹角为θ；

c．调节电阻箱，使_______，读出此时电阻箱的读数R₂；

d．算得图乙直线的斜率k和截距b；

则待测重物的重力G的表达式为G=_____（用以上测得的物理量表示），测得θ=53°（sin53°=0.8，cos53°=0.6），R₁、R₂分别为1052Ω和1030Ω，结合乙图信息，可得待测重物的重力G=_____N（结果保留三位有效数字）。

(3)针对小明的设计方案，为了提高测量重量的精度，你认为下列措施可行的是____________。

A．将毫安表换成量程不同，内阻更小的毫安表

B．将毫安表换成量程为10μA的微安表

C．将电阻箱换成精度更高的电阻箱

D．适当增大A、B接线柱之间的距离

十三、单选题

19. 难度：简单

某楼梯口的电灯开关装有传感器，天黑时，出现声音才能发光，而白天即使有声音，电灯也不能发光，该开关中有两种传感器，它们可能是(    )

A. 光敏电阻和驻极体话筒 B. 金属热电阻和光敏电阻

C. 热敏电阻和霍尔元件 D. 热敏电阻和光敏电阻

20. 难度：简单

用遥控器调换电视机的频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程．下列属于这类传感器的是( )

A.红外报警装置 B.走廊照明灯的声控开关

C.自动洗衣机中的压力传感装置 D.电饭煲中控制加热和保温的温控器

十四、多选题

21. 难度：中等

下列关于电饭锅的说法正确的是（）

A.电饭锅中的温度传感器的主要组件是铁氧体

B.铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性

C.用电饭锅烧水，水开时能自动断电

D.用电饭锅煮饭时，当温控开关自动断电后，它不能自动复位

22. 难度：中等

如图所示，用小灯泡模仿光控电路，AY之间为斯密特触发器，R_G为光敏电阻，R₁为可变电阻；J为继电器的线圈，J_a为它的常开触点。下列说法正确的是 (      )

A. 天色变暗时，A端输入高电平，继电器吸引J_a，路灯点亮

B. 要想在天色更暗时路灯才会点亮，应把R₁的阻值调大些

C. 要想在天色更暗时路灯才会点亮，应把R₁的阻值调小些

D. 二极管的作用是继电器释放J_a时提供自感电流的通路，   防止损坏集成电路

23. 难度：中等

目前的手机触摸屏大多是电容式触摸屏．电容式触摸屏内有一导电层．导电层四个角引出四个电极，当手指触摸屏幕时，人体和触摸屏就形成了一个电容，电容具有“通高频”的作用，从而导致有电流分别从触摸屏四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置信息．在开机状态下，下列说法正确的是（　　）

A.电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是因为手指对屏幕按压产生了形变

B.电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是利用了电磁感应现象

C.当手指触摸屏幕时手指有微弱的电流流过

D.当手指离开屏幕时，电容变小，对高频电流的阻碍变大，控制器不易检测到手指的准确位置

十五、填空题

24. 难度：困难

如图甲所示，为热敏电阻的R-t图象，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为100 Ω．当线圈的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合．为继电器线圈供电的电池的电动势E＝9.0 V，内阻可以不计．图中的“电源”是恒温箱加热器的电源．则

(1)应该把恒温箱内的加热器接在________(填“A、B端”或“C、D端”)．

(2)如果要使恒温箱内的温度保持50℃，可变电阻R^′的阻值应调节为________ Ω．

十六、多选题

25. 难度：简单

如图所示是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103℃，下列说法中正确的是（ ）

A.常温下感温磁体具有较强的磁性

B.当温度超过103℃时，感温磁体的磁性较强

C.饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103℃，这时开关按钮会自动跳起

D.常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103℃，开关按钮就不会自动跳起

十七、单选题

26. 难度：简单

如图为含逻辑电路的一个简单电路图，L为小灯泡．光照射光敏电阻时，其阻值R′将变得远小于R．当光照射光敏电阻时，则

A.R两端的电势差变小

B.R′两端的电势差变大

C.小灯泡L发光

D.小灯泡L不发光

27. 难度：简单

2007年法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔由于发现巨磁电阻(GMR)效应而荣获了诺贝尔物理学奖．如图所示是利用GMR设计的磁铁矿探测仪原理示意图，图中GMR在外磁场作用下，电阻会发生大幅度减小．下列说法正确的是（ ）

A.若存在磁铁矿，则指示灯不亮；若将电阻R调大，该探测仪的灵敏度提高

B.若存在磁铁矿，则指示灯不亮；若将电阻R调小，该探测仪的灵敏度提高

C.若存在磁铁矿，则指示灯亮；若将电阻R调大，该探测仪的灵敏度提高

D.若存在磁铁矿，则指示灯亮；若将电阻R调小，该探测仪的灵敏度提高

十八、实验题

28. 难度：中等

把蜂鸣器、光敏电阻、干簧管继电器、开关、电源按如图所示电路连接，制成光电报警装置。当有光照射报警装置且光照不是很弱时，蜂鸣器发声，当没有光照或者光照很弱时，蜂鸣器不发声。①光敏电阻：受光照射后，阻值会变小、②干簧管继电器：由干簧管和绕在干簧管外的线圈组成，当线圈中有一定的电流时，线圈产生的磁场使密封在干簧管内的两个铁质簧片磁化，两个簧片在磁力作用下由原来的分离状态变成闭合状态。当线圈中没有电流或者电流很微弱时，磁场消失，簧片在弹力的作用下恢复到分离状态。请将下面的电路完整连接好__________。

十九、填空题

29. 难度：中等

气体传感器利用物质的化学反应将某种气体的浓度转换成电信号输出，如图所示，B为将可燃气体或有毒气体浓度转换为电信号的传感器，简称电子鼻.有如下器材：U=220V的电源、排风扇M、继电器G、控制电源A、控制开关S.请设计一个家用自动排烟电路，并在图中完成连线___________________ .