高考物理二轮复习 专题卷汇编 传感器专题卷

传感器本章优化总结传感器传感器的工作原理及常用敏感元件1传感器感受的通常是非电学量，如力、热、磁、光、声等，而它输出的通常是电学量，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作，传感器原理如下所示：2常见敏感元件及特性(1)光敏电阻：光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，光照增强电阻减小，光照减弱电阻增大(2)热敏电阻和金属热电阻：金属热电阻的电阻率随温度升高而增大，热敏电阻有正温度系数电阻、负温度系数电阻两种正温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而增大，负温度系数的热敏电阻的阻值随温度升高而减小(3)霍尔元件：能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量的元件，UHk.如图甲所示为在温度为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R120 k、R210 k、R340 k，RT为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示，a、b端电压Uab0时，电压鉴别器会令开关S接触，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当a、b端电压Uab0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()A10 B20 C30 D45 解析由题可知Uab0是一个电压的临界点，对应着开关S的动作，而开关的动作对应着温度的上升或下降由电路图可知，在R1、R2、R3给定的条件下，热敏电阻RT的阻值决定了Uab的正负设电源负极的电势为零，则aU，bU，其中U为电源的路端电压，令ab，即Uab0，则可得，代入数据得RT20 k，由题图乙得对应的温度为30 ，C正确答案C方法总结本题利用热敏电阻为传感器，将温度变化的信号转化为电信号，结合电子线路来控制加热电路正确的电路分析、计算及看懂热敏电阻的电阻值随温度变化的曲线，是解决本类习题的关键1利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2 m，则下列说法正确的是()A传送带运动的速度是0.1 m/sB传送带运动的速度是0.2 m/sC该传送带每小时输送3 600个工件D该传送带每小时输送7 200个工件解析：选BC.从乙图可以知道：每间隔1秒的时间光传感器就输出一个电信号，而在这一段时间内传送带运动了两个工件之间的距离，所以传送带运动的速度是v m/s0.2 m/s，故A错误、B正确；传送带每小时传送的距离为svt0.23 600 m，工件个数为n3 600个，C正确、D错误自动控制电路的分析方法传感器问题具有涉及知识点多、综合性强、能力要求高等特点，而传感器的形式又多种多样，原理较难理解，搞清传感器的工作原理是求解问题的关键1确定传感器所感受到的物理量传感器所感受到的物理量有力、热、磁、光、声等2转换电路把输出转换成电学量信号通过元件把敏感元件的输出转换成电学量信号，最后借助于转换电路把电学量信号转换为便于处理、显示、记录或控制的量如图所示，A是浮子，B是金属触头，C为住宅楼房顶上的蓄水池，M是带水泵的电动机，D是弹簧，E是衔铁，F是电磁铁，S1、S2分别为触头开关，S为开关，J为电池请利用上述材料，设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置(1)连接电路图；(2)简述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)解析(1)如图所示(2)按图接好电路，合上开关S，水泵工作，水位升高，当浮子上升使B接触到S1时，左侧电路(控制电路)工作，电磁铁F有磁力，拉下衔铁E，使S2断开，电动机M不工作，停止注水，当水位下降使B与S1脱离，电磁铁电路停止工作，F无磁性，弹簧的弹力使D拉动E，使S2接通，M工作答案见解析方法总结自动控制电路的设计应注意以下几点：(1)要明确设计意图，弄清控制条件和相应的自动控制原理(2)要明确应选用哪种传感器，该传感器怎样感知控制条件及怎样转化为电学量输出(3)选用什么样的执行机构，该执行机构怎样执行自动控制(4)采用什么样的电路来实现自动控制2如图所示为用电源、电磁继电器、滑动变阻器、绿灯泡、小电铃、负温度系数半导体热敏电阻、开关、导线等组成的一个高温报警器电路图，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警，则图中甲、乙、丙分别是()A小电铃、半导体热敏电阻、绿灯泡B绿灯泡、半导体热敏电阻、小电铃C半导体热敏电阻、小电铃、绿灯泡D半导体热敏电阻、绿灯泡、小电铃解析：选C.甲的回路应为控制电路，甲当然为半导体热敏电阻热敏电阻特点是温度高，电阻小，电流大，继电器工作，触头被吸下，乙被接通应报警，即乙是小电铃，平常时，温度低、电阻大、电流小，丙导通，丙应是绿灯泡(时间：60分钟，满分：100分)一、单项选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确)1用遥控器调换电视机频道的过程，实际上是电视机中的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电饭锅中控制加热和保温的温控器解析：选A.遥控器发出红外线，电视中的传感器感知红外线是红外线传感器，故选A.2(2015厦门一中高二检测)办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开或关，利用的传感器是()A生物传感器B红外传感器C温度传感器 D压力传感器解析：选B.自动门的自动控制要求灵敏、可靠，若以温度控制，人的体温与夏季气温接近，在夏季自动门可能误动作自动门实际使用的是红外线传感器，红外线属于不可见光，人在白天或黑夜均发出红外线，传感器接收到人体发出的红外线后传给自动控制装置的电动机，实现自动开门故选B.3. 如图所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变暗，发生这一现象的主要原因是()A小灯泡的电阻发生了变化B小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化C电阻丝的电阻率随温度发生了变化D电源的电压随温度发生了变化解析：选C.电阻丝的电阻率随温度的升高而增大，电阻也增大，电路中电流减小，根据PI2R知，小灯泡的实际功率减小，所以变暗4. 某仪器内部电路如图所示，其中M是一个质量较大的金属块，左右两端分别与金属丝制作的弹簧相连，并套在光滑水平细杆上，a、b、c三块金属片间隙很小(b固定在金属块上)，当金属块处于平衡状态时两根弹簧均处于原长状态若将该仪器固定在一辆汽车上，下列说法中正确的是()A当汽车加速前进时，甲灯亮B当汽车加速前进时，乙灯亮C当汽车刹车时，乙灯亮D当汽车刹车时，甲、乙两灯均不亮解析：选B.当汽车向右加速时，M向左移动，b与a接触，电路接通乙灯亮；当汽车刹车时，M向右移动，b与c接触，甲灯亮5有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，下列说法正确的是()A两个传感器都是光电传感器B两个传感器分别是光电传感器和温度传感器C两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器D只有光照和温度都适合时排气扇才工作解析：选B.题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动控制，由此可见两个传感器一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇自动工作只需光照和温度一个满足条件即可，A、C、D错，B对6如图所示，R1、R2、R3是固定电阻，R4是光敏电阻当开关S闭合后，在没有光照射时，a、b两点等电势，当用光照射R4时()AR4的阻值变小，a点电势高于b点电势BR4的阻值变小，a点电势低于b点电势CR4的阻值变大，a点电势高于b点电势DR4的阻值变大，a点电势低于b点电势解析：选B.光照射光敏电阻时，阻值变小，光敏电阻分压减小，a点电势降低，所以B对二、多项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分在每小题给出的四个选项中，有多个选项正确，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分)7关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是()A应变片是由导体材料制成的B当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小C传感器输出的是应变片上的电压D外力越大，输出的电压差值也越大解析：选BD.应变片多用半导体材料制成，故选项A错，B对；传感器输出的是上、下两应变片上的电压差，并且随着外力的增大，输出的电压差值也就越大，故C错，D对8许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启，而在白天，即使有声音它也没有反应它的控制电路中可能接入的传感器是()A温度传感器 B光电传感器C声音传感器 D热电传感器解析：选BC.温度传感器是指将温度信号转换为电信号的一类传感器；光电传感器是指将光信号转换为电信号的一类传感器；声音传感器是指将声音信号转换为电信号的一类传感器；热电传感器是指将温度信号转换为电信号的一类传感器根据题意，楼道照明灯由两种装置控制，一是与光有关，二是与声音有关，故选BC.9. 在一些学校教室为了保证照明条件，采用智能照明系统，在自然光不足时接通电源启动日光灯，而在自然光充足时，自动关闭日光灯，其原理图如图所示R为一光敏电阻，L为一带铁芯的螺线管，在螺线管上方有一用细弹簧系着的轻质衔铁，一端用铰链固定在墙上可以自由转动，另一端用一绝缘棒连接两动触头有关这套智能照明系统工作原理描述正确的是()A光照越强，光敏电阻阻值越大，衔铁被吸引下来B在光线不足时，光敏电阻阻值变大，电流小，衔铁被弹簧拉上去，日光灯接通C上面两接线柱应该和日光灯电路连接D下面两接线柱应该和日光灯电路连接解析：选BC.由光敏电阻特性可知，光照强度越强，电阻越小，电流越大，所以A项错，B项正确；上面两接线柱应接日光灯电路，所以C项正确，而D项错误10(2015江西吉安高二检测)巨磁电阻(GMR)电流传感器可用来准确检测大容量远距离直流输电线路中的强电流，其原理利用了巨磁电阻效应巨磁电阻效应是指某些磁性材料的电阻R在一定磁场作用下随磁感应强度B的增加而急剧减小的特性如图所示为检测电路的原理图，设输电线路电流为I(不是GMR中的电流)，GMR为巨磁电阻，R1、R2为定值电阻已知输电线路电流I在巨磁电阻GMR处产生的磁场的磁感应强度B的大小与I成正比，下列有关说法正确的是()A如果I增大，电压表V1示数减小，电压表V2示数增大B如果I增大，电流表A示数减小，电压表V1示数增大C如果I减小，电压表V1示数增大，电压表V2示数增大D如果I减小，电流表A示数减小，电压表V2示数减小解析：选AD.如果I增大，巨磁电阻(GMR)电流传感器处磁场的磁感应强度B增大，巨磁电阻的电阻减小，巨磁电阻中电流增大，电流表A示数增大，电压表V2示数增大，电压表V1示数减小，选项A正确B错误；如果I减小，巨磁电阻(GMR)电流传感器处磁场的磁感应强度B减小，巨磁电阻的电阻增大，巨磁电阻中电流减小，电流表A示数减小，电压表V2示数减小，电压表V1示数增大，选项C错误，D正确三、非选择题(本题共3小题，共40分按题目要求作答解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)11(12分)霍尔效应是电磁基本现象之一，近期我国科学家在该领域的实验研究上取得了突破性进展如图甲所示，在一矩形半导体薄片的P、Q间通入电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，在M、N间出现电压UH，这个现象称为霍尔效应，UH为霍尔电压，且满足UHk，式中d为薄片的厚度，k为霍尔系数某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数(1)若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电，电流与磁场方向如图甲所示，该同学用电压表测量UH时，应将电压表的“”接线柱与_(填“M”或“N”)端通过导线连接(2)已知薄片厚度d0.40 mm，该同学保持磁感应强度B0.10 T不变，改变电流I的大小，测量相应的UH值，记录数据如下表所示.I/(103 A)3.06.09.012.015.018.0UH/(103 V)1.11.93.44.56.26.8根据表中数据画出UHI图线，利用图线求出该材料的霍尔系数为_103 VmA1T1(保留2位有效数字)(3)该同学查阅资料发现，使半导体薄片中的电流反向再次测量，取两个方向测量的平均值，可以减小霍尔系数的测量误差，为此该同学设计了如图乙所示的测量电路S1、S2均为单刀双掷开关，虚线框内为半导体薄片(未画出)为使电流自Q端流入，P端流出，应将S1掷向_(填“a”或“b”), S2掷向_(填“c”或“d”)乙为了保证测量安全，该同学改进了测量电路，将一合适的定值电阻串联在电路中在保持其他连接不变的情况下，该定值电阻应串联在相邻器件_和_(填器件代号)之间解析：(1)带正电粒子由P向Q运动，磁感应强度方向向下，据左手定则可知M端带正电，故电压表的“”接线柱应接“M”(2)根据数据作出UHI图线，如图所示由UHk得斜率为0.38解得k0.38 VmA1T11.5103 VmA1T1.(3)只有当S1掷向b、S2掷向c时，才能保证回路电流自Q端流入P端流出为保证串联电阻的作用，将电阻接在电源和单刀双掷开关之间即可，即将定值电阻串接到S1、E或S2、E之间答案：(1)M(2)如解析图所示1.5(1.4或1.6)(3)bcS1E(或S2E)12(12分)如图所示为某校科技活动小组制作的恒温箱的电路示意图，电热丝是恒温箱的加热元件图中的水银温度计为导电温度计，上面的金属丝A的高度可以调整，下面的金属丝B与温度计的水银接触，该温度计的水银液泡被放置到恒温箱内请根据此电路图说明恒温箱工作的原理解析：通电后当恒温箱内的温度未达到导电温度计金属丝A所指示的温度时，电热丝被连接在电路中，使恒温箱温度升高当导电温度计中的水银柱上升到金属丝A指示的温度时，继电器线圈被接通，衔铁被吸下，电热丝断电，停止加热温度降低后线圈电路断开，衔铁被释放，电热丝再次被连入电路，如此反复，从而保持恒温箱内温度恒定答案：见解析1