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第六章 传感器 章末检测


第六章
(时间:90 分钟 满分:100 分 )

传感器

一、选择题(本题共 10 小题,每小题 4 分,共 40 分) 1.利用半导体材料可以制成 A.标准电阻 C.光敏电阻 B.热敏电阻 D.晶体管 ) ( )

2 .如图 1 所示是电阻 R 随温度 T 变化的图象, 下列说法中正确的是( A.图线

1 是热敏电阻的 R-T 关系图象,它是用金属材料制成的 B.图线 2 是热敏电阻的 R-T 关系图象,它可以用半导体材料制成 C.图线 1 的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高 D.图线 2 的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高 3.电子秤使用的是 A.超声波传感器 C.压力传感器 4.下列说法正确的是 A.热敏电阻是把热量这个热学量转换为电阻这个电学量 B.金属热电阻的化学稳定性好,但灵敏度差 C.电熨斗中的双金属片是温度传感器 D.霍尔元件是能够把磁学量磁感应强度转换为电压的传感元件 B.温度传感器 D.红外线传感器

图1

(

)

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(

)

5.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动 状态的装置,其工作原理如图 2 甲所示,将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上,中间 放置一个绝缘重球.小车向右做直线运动过程中,电流表示数变化与时间 t 的关系如图乙 所示,下列判断正确的是 ( )

图2 A.从 t1 到 t2 时间内,小车做匀速直线运动 B.从 t1 到 t2 时间内,小车做匀加速直线运动 C.从 t2 到 t3 时间内,小车做匀速直线运动 D.从 t2 到 t3 时间内,小车做匀加速直线运动

6.电容式话筒的保真度比动圈式话筒好,其工作原理如图 3 所 示.Q 是绝缘支架,薄金属膜 M 和固定电极 N 形成一个电容 器,被直流电源充电.当声波使膜片振动时,电容发生变化, 电路中形成变化的电流.当膜片向右运动的过程中,有( A.电容变大 B.电容变小 C.导线 AB 中有向左的电流 D.导线 AB 中有向右的电流 7.如图 4 所示为小型电磁继电器的构造示意图,其中 L 为含铁芯的线 圈,P 为可绕 O 点转动的铁片,K 为弹簧,S 为一对触头,A、B、 C、D 为四个接线柱.电磁继电器与传感器配合,可完成自动控制 的要求,其工作方式是 A.A 与 B 接信号电压,C 与 D 跟被控电路串联 B.A 与 B 接信号电压,C 与 D 跟被控电路并联 C.C 与 D 接信号电压,A 与 B 跟被控电路串联 D.C 与 D 接信号电压,A 与 B 跟被控电路并联 8.如图 5 所示是家用电冰箱的压缩启动装置的电路.其中的运行绕组是电冰箱在工作时电动
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)

图3

(

)

图4

机定子,由于家用交流电是单相的,启动时必须靠启动绕组的帮助才能产生旋转磁场.在 启动绕组的支路中串联有一个 PTC 元件.这是一种以钛酸钡为 主要材料的热敏电阻器,电流流过 PTC 元件,元件发热,它的 电阻率随温度升高而发生显著变化,当电动机转动正常以后, PTC 元件温度较高,电阻很大,启动绕组电流很小,以下判断正确的是( ) 图5

①电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少 ②电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗 电少 ③电冰箱启动后,启动绕组功率不变,运行绕组功率是变化的 ④电冰箱启动后, 启动绕组功率是变化的,运行绕组 功率不变 A.①③ C.①④ B.②④ D.②③
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9.为了保证汽车刹车时车轮不被抱死,使车轮仍有一定的滚动而不是纯滑动,这样既可以 提高刹车效果,又不使车轮失去控制,为此需要一种测定车轮是否还在转动的装置,这种 检测装置称为电磁脉冲传感器,如果该装置检测出车轮不再 转动,它就会自动放松刹车 机构,让车轮仍保持转动状态,这就是 ABS 防抱死系统.如图 6 是电磁脉冲传感器示意 图,B 是一根永久磁体,外面绕有线圈,它们的左端靠近一个铁质齿轮 A,齿轮与转动的 车轮是同步的,则以下说法正确的是 ( )

图6 A.车轮转动时,由于齿轮在永久磁体的磁场中切割磁感线,产生感应电流 B.车轮转动时,由于齿轮被磁化使线圈中的磁场发生变化,产生感应电流 C.车轮转速减慢时 ,输出电流的周期变小,电流强度也变小 D.车轮转速减慢时,输出电流的周期变大,电流强度也变大 10.如图 7 所 示是某种汽车上的一种自动测定油箱内油面高度 的装置.R 是滑动变阻器.它的金属滑片是杠杆的一端,从 油量表(由电流表改 装而成)指针所指的刻度, 就可以知道油 箱内油面的高度,当滑动变阻器的金属滑片向下移动时 ( A.电路中的电流减小,油箱油面降低 B.电路中的电流减小,油箱油面升高 C.电路中的电流增大,油箱油面降低 D.电路中的电流增大,油箱油面升高 二、填空题(本题共 2 小题,共 16 分) 11.(8 分)传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一种元 件,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 8 中的虚线框所示,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)和显示体重大小的仪表 (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,取 g=10 m/s2.请回答: 压力 F/N 电压 R/Ω 0 300 250 270 500 240 750 210 1 000 180 1 250 150 1 500 120 图8 …… …… ) 图7

(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,这个人的质量是 ________kg. 12.(8 分)光敏电阻在各种自动化装置中有很多应用,比如用于街道路灯的自动控制.如图 9 为模拟电路,其中 A 为光敏电阻,B 为电磁继电器,C 为照明电路,D 为路灯,请连

成正确的电路,达到日出灯熄,日落灯亮的效果.

图9 三、计算题(本题共 3 小题,共 44 分) 13.(12 分)如图 10 所示,电饭锅是一种可以自动煮饭并自动保温,又不会把饭烧焦的家用电 器.它的电路由控制部分 AB 和工作部分 BC 组成.K1 是限温开关,手动闭合,当温度达 到 103 ℃时自动断开, 不能自动闭合. 2 是自动开关, K 当温度超过 80 ℃ 时自动断开,温度低于 70 ℃时自动闭合.R2 是限流电阻,阻值为 2 140 Ω, 1 是工 作电阻, R 阻值为 60 Ω.锅中放好适量的米和水, 接通电源(220 V,50 Hz),手动闭合 K1 后,电饭锅就能自动煮好米饭并保温.试问: 图 10

(1)加热过程电饭锅消耗的电功率 P1 是多大?K1、K2 都断开时电饭锅消耗的电功率 P2 是 多大? (2)接通电源后没有手动闭合 K1,能煮熟饭吗?为什么? 14.(14 分)如图 11 所示,图甲是我市某中学在研究性学习活动中,吴丽同学自制的电子秤 原理示意图,目的是利用理想电压表的示数指示物体的质量.托盘与电阻可忽略的金属 弹簧相连,托盘与弹簧的质量均不计.滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接,当托盘中 没有放物体时,滑片恰好停在变阻器 R 的最上端,此时电压表示数为零.设变阻器总电 阻为 R,总长度为 L,电源电动势为 E,内阻为 r,限流电阻阻值为 R0,弹簧劲度系数为 k,不计一切摩擦和其他阻力.
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图 11 (1)推导出电压表示数 U 用所称物体质量 m 表示的关系式; (2)为使电压表示数与待测物体质量成正比,请利用原有器材进行改进,在图乙的基础 上完成改进后的电路原理图,并求出电压表示数 U 用所称物体质量 m 表示的关系式.

15.(18 分)如图 12 所示是一种悬球式加速度仪,它可以用来测定沿水平轨道运动的列车的 加 速度.金属球的质量为 m,它系在金属丝的下端,金属丝的上端悬挂在 O 点,AB 是一 根长为 L 的均匀电阻丝,其阻值为 R,金属丝与电阻丝接触良好,摩擦不计,电阻丝的 中心 C 焊接一根导线, O 点也引出一根导线, 从 两线之间接入一个电压表 (金属丝和导 线电阻不计).图中虚线 OC 与 AB 垂直,且 OC=h,电阻丝 AB 接在 电压为 U 的直流稳压电源上,整个装置固定在列车中使 AB 与车前进 的方向保持水平.列车静止 时金属丝呈竖直状态,当列车加速或减速 前进时,金属丝将偏离竖直方向,从电压表 的读数变化可以测出加 速度的大小. 12
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(1)当列车向右做匀加速直线运动时,试推导出加速度 a 与电压表读数 U′的关系式(a 用 U′、U、L、h 及重力加速度 g 等表示); (2)用推导出的 a 与 U′的关系式说明表盘上 a 的刻度是否均匀? (3)C 点设置在电阻丝 AB 中点的原因是什么?对电压表的选择应有什么特殊要求? 答案 1.BCD 2.BD 3.C 4.BCD 5.D 6.AC 7.A 11.(1)1.6×10 12.如图所示
-2

8.B 9.B 10.D

(2)50

解析 本题考查光敏电阻的特性及在传感器中的应用, 同时考查电路的连接. 在能力方 面重点考查学生的实验与探究能力.当天亮时,光线照射光敏电阻 A,使其阻值迅速减 小,控制回路电流增大,继电器 B 工作,吸住衔铁使触点断开,路灯熄灭.当夜晚降 临,光线变暗,光敏电阻 A 的阻值增大,控制回路电流减小,弹簧将衔铁拉起,触点 接通,路灯点亮. 13.见解析 解析 U2 U2 (1)P1= =807 W,P2= =22 W. R1 R1+R2

(2)若 K1 未手动闭合, 开始时 K2 总是闭合的, 2 被短路, R 功率为 P1, 当温度上升到 80 ℃ 时,K2 自动断开,功率降为 P2,温度降低到 70 ℃,K2 自动闭合,如此重复,温度只 能在 70 ℃~80 ℃之间变化,故不能煮熟饭.

14.见解析 解析 则有 (1)当在托盘中放质量为 m 的物体后,弹簧被压缩 x, mg=kx

x 此时滑动变阻器滑片以上的阻值设为 R1,则 R1= R L E 由闭合电路欧姆定律得 I= R1+R0+r 电压表的示数为 U=IR1 联立以上各式解得

mgRE U= mgR+kL?R0+r? E (2)改进后的电路原理图如图,设电流为 I′,I′= R+R0+r 电压表的示数为 U′,U′=I′R1 mgRE 联立解得 U′= kL?R0+R+r? 15.见解析 解析 (1)设列车加速度为 a 时,小球偏离竖直方向 θ 角,此时小球受力情

况如图所示,根据牛顿第二定律得 mgtan θ=ma.① 因为 tan θ= DC h ,② DC h g③

由①②两式得 a=

又设列车加速度为 a 时,电压表读数为 U′ U′ RDC DC = = ,④ U RAB L 由④式得 DC =U′L/U,⑤ U′Lg 将⑤式代入③式 得 a= ⑥ Uh (2)由⑥式可知,g、L、U、h 均为常数,则列车加速度 a 与电压表读数 U′成正比,可 将电压表中刻度一一对应地改成加速度 a 的数值, 因而可知表盘上加速度 a 的刻度与电

压表的刻度一样,是均匀的. (3)原因是列车可能加速运动也可能减速运动(加速度方向随之变化); 所选择的电压表中 间刻度应为零.


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