第五章传感器 1认识传感器 课后训练提升 基础巩固 一、选择题（第1~3题为单选题，第46题为多选题） 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→转换电路→电学量→转换元件 B.电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量 C,非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量 D.非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量 答案：C 解析传感器工作的一般流程为非电学量燕敏感元件感知，然后通遮转换元件 将此信号转换成 韩换成电信号，再通过转换电路易于传输我剥量的电学量，因此选项A、B、D错误，C正 确。 2.关于传感器及其作用，下列说法正确的是() A.传感器一定是把非电学量转换为电学量 B.传感器一定是把非电学量转换为电路的通断 C.传感器把非电学量转换为电学量是为了方便地进行测量、传输、处理和控制 D.电磁感应是把磁学的量转换为电学的量，所以电磁感应也是传感器 答案：C 解析：传感器是指一种元件或装置，它能感受力、温度、光、声、磁、化学成分等 非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路 的通断，选项A、B错误；其作用和目的是更方便地测量、传输、处理、控制非电 学量，找出非电学量和电学量之间的对应关系，选项C正确：电磁感应是原理，不是 元件和装置，不能称为传感器，选项D错误。 3.下图为一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以 下说法正确的是( 电源 金 属 A.温度升高至74℃时，灯L1亮报警
第五章 传感器 1 认识传感器 课后· 基础巩固 一、选择题(第 1~3 题为单选题,第 4~6 题为多选题) 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→转换电路→电学量→转换元件 B.电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量 C.非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量 D.非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量 答案:C 解析:传感器工作的一般流程为非电学量 敏感元件 转换元件 转换电路 电学量,因此选项 A、B、D 错误,C 正 确。 2.关于传感器及其作用,下列说法正确的是( ) A.传感器一定是把非电学量转换为电学量 B.传感器一定是把非电学量转换为电路的通断 C.传感器把非电学量转换为电学量是为了方便地进行测量、传输、处理和控制 D.电磁感应是把磁学的量转换为电学的量,所以电磁感应也是传感器 答案:C 解析:传感器是指一种元件或装置,它能感受力、温度、光、声、磁、化学成分等 非电学量,并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量,或转换为电路 的通断,选项 A、B 错误;其作用和目的是更方便地测量、传输、处理、控制非电 学量,找出非电学量和电学量之间的对应关系,选项 C 正确;电磁感应是原理,不是 元件和装置,不能称为传感器,选项 D 错误。 3.下图为一种温度自动报警器的原理图,在水银温度计的顶端封入一段金属丝,以 下说法正确的是( ) A.温度升高至 74 ℃时,灯 L1 亮报警
B.温度升高至74℃时，灯L2亮报警 C温度升高至78℃时，灯L1亮报警 D.温度升高至78℃时，灯L2亮报警 答案D 解析：当温度低于78℃时，继电器线圈中没有电流，此时灯L1亮：当温度升高到 78℃时，继电器线圈中有电流，磁铁吸下衔铁，灯L2被接通，所以灯L2亮报警，故选 项A、B、C错误，D正确。 4.传感器是把非电学量（如高度、温度、压力等）的变化转换成电学量变化的一种 元件，它在自动控制中有着广泛的应用。下图是一种测定液面高度的电容式传感 器的示意图。金属棒与导电液体构成一个电容器，将金属棒和导电液体分别与直 流电源的两极相连接，从电容C和导电液与金属棒间的电压U的变化就能反映 液面的升降情况，下列判断正确的是() 金属棒 电介质电介质 导电液 A.电源接通后，电容C减小，反映h减小 B.电源接通后，电容C减小，反映h增大 C.电源接通再断开后，电压U减小，反映h减小 D.电源接通再断开后，电压U减小，反映h增大 答案：AD 解析：分析题图可知，电容器的两个极板分别是金属棒与导电液，h增大表示电容器 的正对面积增大，电容就增大，h减小，C减小，选项A正确，B错误；充电后断开，则电 荷量Q不变，U-2U减小，则C增大，说明h增大，选项C错误，D正确。 5.如图所示，干簧管放在磁场中时两个舌簧能被磁化。关于干簧管，下列说法正确 的是() NS A.干簧管接入电路中相当于电阻的作用 B.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的 C.干簧管接入电路中相当于开关的作用 D.干簧管是作为电控元件以实现自动控制的 答案：CD
B.温度升高至 74 ℃时,灯 L2 亮报警 C.温度升高至 78 ℃时,灯 L1 亮报警 D.温度升高至 78 ℃时,灯 L2 亮报警 答案:D 解析:当温度低于 78 ℃时,继电器线圈中没有电流,此时灯 L1 亮;当温度升高到 78 ℃时,继电器线圈中有电流,磁铁吸下衔铁,灯 L2 被接通,所以灯 L2 亮报警,故选 项 A、B、C 错误,D 正确。 4.传感器是把非电学量(如高度、温度、压力等)的变化转换成电学量变化的一种 元件,它在自动控制中有着广泛的应用。下图是一种测定液面高度的电容式传感 器的示意图。金属棒与导电液体构成一个电容器,将金属棒和导电液体分别与直 流电源的两极相连接,从电容 C 和导电液与金属棒间的电压 U 的变化就能反映 液面的升降情况,下列判断正确的是( ) A.电源接通后,电容 C 减小,反映 h 减小 B.电源接通后,电容 C 减小,反映 h 增大 C.电源接通再断开后,电压 U 减小,反映 h 减小 D.电源接通再断开后,电压 U 减小,反映 h 增大 答案:AD 解析:分析题图可知,电容器的两个极板分别是金属棒与导电液,h 增大表示电容器 的正对面积增大,电容就增大,h 减小,C 减小,选项 A 正确,B 错误;充电后断开,则电 荷量 Q 不变,U=𝑄 𝐶 ,U 减小,则 C 增大,说明 h 增大,选项 C 错误,D 正确。 5.如图所示,干簧管放在磁场中时两个舌簧能被磁化。关于干簧管,下列说法正确 的是( ) A.干簧管接入电路中相当于电阻的作用 B.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的 C.干簧管接入电路中相当于开关的作用 D.干簧管是作为电控元件以实现自动控制的 答案:CD
解析：干簧管能感知磁场，因为两个舌簧由软磁性材料制成，当周围存在磁场时，两 个舌簧被磁化，就会相互吸引，所以是当作开关来使用，作为控制元件以实现自动 控制的，选项C、D正确。 6.电容式话筒的工作原理如图所示。D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。在膜片向右运动的过程中有( B 声波)》 到 大 M 250V 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 答案：AC 解析：在膜片向右运动的过程中，相当于电容器两板间距d变小，由C=品可知，电 容变大，选项A正确，B错误；由Q=CU知，电容器充电，选项C正确，D错误。 二、非选择题 7.用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度。 该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个压力传感器。用两根相同的轻弹 簧夹着一个质量为2kg的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传 感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出。现将装置沿运 动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后。汽车静止时，传感器a、b的 示数均为10N(g取10m/s2)。 传 传 器 T00000000 0000000 器 (1)若传感器a的示数为14N,b的示数为6N,求此时汽车的加速度大小和方向。 (2)当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零？ 答案：(1)4m/s2方向向右(2)以方向向左、大小为10m/s2的加速度运动 解析：(1)如图所示，依题意得左侧弹簧对滑块向右的推力F1=14N,右侧弹簧对滑 块的向左的推力F2=6N,滑块所受合力产生加速度a1。 根据牛顿第二定律有
解析:干簧管能感知磁场,因为两个舌簧由软磁性材料制成,当周围存在磁场时,两 个舌簧被磁化,就会相互吸引,所以是当作开关来使用,作为控制元件以实现自动 控制的,选项 C、D 正确。 6.电容式话筒的工作原理如图所示。D 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。在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 答案:AC 解析:在膜片向右运动的过程中,相当于电容器两板间距 d 变小,由 C= 𝜀r𝑆 4π𝑘𝑑可知,电 容变大,选项 A 正确,B 错误;由 Q=CU 知,电容器充电,选项 C 正确,D 错误。 二、非选择题 7.用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度。 该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个压力传感器。用两根相同的轻弹 簧夹着一个质量为 2 kg 的滑块,滑块可无摩擦滑动,两弹簧的另一端分别压在传 感器 a、b 上,其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出。现将装置沿运 动方向固定在汽车上,传感器 b 在前,传感器 a 在后。汽车静止时,传感器 a、b 的 示数均为 10 N(g 取 10 m/s2 )。 (1)若传感器 a 的示数为 14 N,b 的示数为 6 N,求此时汽车的加速度大小和方向。 (2)当汽车以怎样的加速度运动时,传感器 a 的示数为零? 答案:(1)4 m/s2 方向向右 (2)以方向向左、大小为 10 m/s2 的加速度运动 解析:(1)如图所示,依题意得左侧弹簧对滑块向右的推力 F1=14 N,右侧弹簧对滑 块的向左的推力 F2=6 N,滑块所受合力产生加速度 a1。 根据牛顿第二定律有
F1-F2=mal 可得a1=B=46m/s2=4m/s2 m a1与F1同方向，即向前（向右）。 (2)归传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F1'=0。因两弹簧相同，左侧弹簧伸 长多少，右侧弹簧就缩短多少，所以右侧弹簧的弹力变为F2'=20N。 滑块所受合力产生加速度2，由牛顿第二定律得 F6=F2'=ma2 可得a-长-10mS,方向向左。 m 拓展提高 选择题（第1~3题为单选题，第4~5题为多选题） 1.如图所示，两块水平放置的金属板距离为d,用导线、开关S与一个n匝的线圈 连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中。两板间放一台小压力传感器，压力 传感器上表面静止放置一个质量为m、电荷量为+g的小球。S断开时传感器上 有示数，S闭合时传感器上恰好无示数。则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量 变化率分别是( B 传感器 A.正在增强，中=mgd 9△E q B正在减弱架 mgd ng C正在减弱芒= q D.正在增强，她=mg4 '△t ng 答案D 解析：S闭合时传感器上恰好无示数，说明小球受竖直向上的电场力，且电场力大小 等于重力，则上极板带负电，由楞次定律可判断磁场B正在增强，根据法拉第电磁 感应定律得E=品-U,又9日mg,得0=器故选项D正确。 2.下图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，滑动变阻器接入电路的有效电阻最大，电流较小：称物体时，在压力作用下滑 片P下滑，使滑动变阻器的有效电阻变小，电流变大。这样把电流对应的重力值刻 在刻度盘上，就可以读出被称物体的重力值。若滑动变阻器上A、B间距离为1， 最大阻值等于定值电阻的阻值Ro,已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系 数为k,则所称重物的重力G与电流I的关系为()
F1-F2=ma1 可得 a1= 𝐹1 -𝐹2 𝑚 = 14-6 2 m/s2=4 m/s2 a1 与 F1 同方向,即向前(向右)。 (2)a 传感器的读数恰为零,即左侧弹簧的弹力 F1'=0。因两弹簧相同,左侧弹簧伸 长多少,右侧弹簧就缩短多少,所以右侧弹簧的弹力变为 F2'=20 N。 滑块所受合力产生加速度 a2,由牛顿第二定律得 F 合=F2'=ma2 可得 a2= 𝐹2 ' 𝑚 =10 m/s2 ,方向向左。 拓展提高 选择题(第 1~3 题为单选题,第 4~5 题为多选题) 1.如图所示,两块水平放置的金属板距离为 d,用导线、开关 S 与一个 n 匝的线圈 连接,线圈置于方向竖直向上的变化磁场 B 中。两板间放一台小压力传感器,压力 传感器上表面静止放置一个质量为 m、电荷量为+q 的小球。S 断开时传感器上 有示数,S 闭合时传感器上恰好无示数。则线圈中的磁场 B 的变化情况和磁通量 变化率分别是( ) A.正在增强, Δ𝛷 Δ𝑡 = 𝑚𝑔𝑑 𝑞 B.正在减弱, Δ𝛷 Δ𝑡 = 𝑚𝑔𝑑 𝑛𝑞 C.正在减弱, Δ𝛷 Δ𝑡 = 𝑚𝑔𝑑 𝑞 D.正在增强, Δ𝛷 Δ𝑡 = 𝑚𝑔𝑑 𝑛𝑞 答案:D 解析:S 闭合时传感器上恰好无示数,说明小球受竖直向上的电场力,且电场力大小 等于重力,则上极板带负电,由楞次定律可判断磁场 B 正在增强,根据法拉第电磁 感应定律得 E=nΔ𝛷 Δ𝑡 =U,又 q· 𝑈 𝑑 =mg,得 Δ𝛷 Δ𝑡 = 𝑚𝑔𝑑 𝑛𝑞 ,故选项 D 正确。 2.下图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,滑动变阻器接入电路的有效电阻最大,电流较小;称物体时,在压力作用下滑 片 P 下滑,使滑动变阻器的有效电阻变小,电流变大。这样把电流对应的重力值刻 在刻度盘上,就可以读出被称物体的重力值。若滑动变阻器上 A、B 间距离为 l, 最大阻值等于定值电阻的阻值 R0,已知两弹簧的总弹力与形变量成正比,比例系 数为 k,则所称重物的重力 G 与电流 I 的关系为( )
AG-(2点)M BG=(辰W cG=(货+M D.G=kll 答案A 解析物体在地磅上，所以G=Ax,在回路中，国为e=所以R品·() R 因为整个回路1则E=2R,)解得G=(2是)k选项A正确。 3.传感器在日常生活中的应用越来越广泛，温度传感器（实质是自动开关）是其中 的一种。某一食品消毒柜就是利用温度传感器来自动控制电路的。常温下，该温 度传感器是闭合的：当温度达到某一设定值时，传感器自动断开，从而切断整个电 路。下列关于该消毒柜的几种电路图中（图中S为电源开关）连接正确的是( 温度传感器 温度传感器消毒柜 消毒柜 ·电源。 。电源 A B 消毒柜 温度传感器 温度传感器 消毒柜 电源 电源。 C D 答案：A 解析：题图A中温度传感器和消毒柜串联，电源开关闭合后，传感器闭合时，消毒柜 工作，传感器断开时，消毒柜停止工作，符合题意，故选项A正确：题图B、C、D中 温度传感器和消毒柜并联，消毒柜的工作情况与传感器闭合、断开无关，不符合题 意，故选项B、C、D错误。 4.演示位移传感器的工作原理如图乙所示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变 阻器的金属滑杆P,通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小x。假设电压 表是理想电压表，则下列说法正确的是(
A.G=(2- 𝐸 𝐼𝑅0 )kl B.G=( 𝐸 𝐼𝑅0 -1)kl C.G=( 𝐸 𝐼𝑅0 + 1)kl D.G=kIl 答案:A 解析:物体在地磅上,所以 G=kΔx;在回路中,因为𝑙-Δ𝑥 𝑅𝑥 = 𝑙 𝑅0 ,所以 Rx= 𝑅0 𝑙 · (𝑙- 𝐺 𝑘 ); 因为整个回路 I= 𝐸 𝑅0+𝑅𝑥 ,则 E=I(2𝑅0 - 𝑅0𝐺 𝑙𝑘 );解得 G=(2- 𝐸 𝐼𝑅0 )lk,选项 A 正确。 3.传感器在日常生活中的应用越来越广泛,温度传感器(实质是自动开关)是其中 的一种。某一食品消毒柜就是利用温度传感器来自动控制电路的。常温下,该温 度传感器是闭合的;当温度达到某一设定值时,传感器自动断开,从而切断整个电 路。下列关于该消毒柜的几种电路图中(图中 S 为电源开关)连接正确的是( ) 答案:A 解析:题图 A 中温度传感器和消毒柜串联,电源开关闭合后,传感器闭合时,消毒柜 工作,传感器断开时,消毒柜停止工作,符合题意,故选项 A 正确;题图 B、C、D 中 温度传感器和消毒柜并联,消毒柜的工作情况与传感器闭合、断开无关,不符合题 意,故选项 B、C、D 错误。 4.演示位移传感器的工作原理如图乙所示,物体 M 在导轨上平移时,带动滑动变 阻器的金属滑杆 P,通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小 x。假设电压 表是理想电压表,则下列说法正确的是( )
0 -xM■→x A.物体M运动时，电源内的电流不会发生变化 B.物体M运动时，电压表的示数会发生变化 C.物体M不动时，电路中没有电流 D.物体M不动时，电压表没有示数 答案：AB 解析：电压表不分流，故滑杆移动不会改变电路的总电阻，也就不会改变电路中的 总电流，故选项A正确，C错误：电压表测量滑杆P与左侧电阻之间的电压，故电压 表示数随物体M的移动而变化，故选项B正确D错误。 5.家用电热灭蚊器电热部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等导体 材料组成的电阻器，其电阻率p与温度1的关系如图所示。由于这种特性，PTC元 件具有发热、控温双重功能。若电热灭蚊器环境温度低于1，以下判断正确的是 () 0t1 A.通电后，其电功率先增大后减小 B通电后，其电功率先减小后增大 C.当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在1或2不变 D.当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在1~2间的某一值不变 答案：AD 解析：从题图上可以看出，如果通电前PT℃的温度K1,通电后由于发热的缘故，温 度升高致使电阻率减小，发热功率将进一步增大，形成正反馈效应，致使温度大于 1,随着温度的升高，电阻率也增大，功率将减小，形成负反馈效应，发热功率的减小 制约了温度的进一步升高。故温控点在~2，即温度保持在1~2间的某一值。故 选项A、D正确。 挑h战创新 角速度计可测得航天器自转的角速度ω，其结构如图所示。当系统绕OO轴转动 时，元件A在光滑杆上发生滑动，并输出电信号成为航天器的制导信号源。已知 A质量为m,弹簧的劲度系数为k,原长为6，电源电动势为E,内阻不计，滑动变阻器
A.物体 M 运动时,电源内的电流不会发生变化 B.物体 M 运动时,电压表的示数会发生变化 C.物体 M 不动时,电路中没有电流 D.物体 M 不动时,电压表没有示数 答案:AB 解析:电压表不分流,故滑杆移动不会改变电路的总电阻,也就不会改变电路中的 总电流,故选项 A 正确,C 错误;电压表测量滑杆 P 与左侧电阻之间的电压,故电压 表示数随物体 M 的移动而变化,故选项 B 正确,D 错误。 5.家用电热灭蚊器电热部分的主要部件是 PTC 元件,PTC 元件是由钛酸钡等导体 材料组成的电阻器,其电阻率 ρ 与温度 t 的关系如图所示。由于这种特性,PTC 元 件具有发热、控温双重功能。若电热灭蚊器环境温度低于 t1,以下判断正确的是 ( ) A.通电后,其电功率先增大后减小 B.通电后,其电功率先减小后增大 C.当其产生的热量与散发的热量相等时,温度保持在 t1 或 t2 不变 D.当其产生的热量与散发的热量相等时,温度保持在 t1~t2 间的某一值不变 答案:AD 解析:从题图上可以看出,如果通电前 PTC 的温度 t<t1,通电后由于发热的缘故,温 度升高致使电阻率减小,发热功率将进一步增大,形成正反馈效应,致使温度大于 t1,随着温度的升高,电阻率也增大,功率将减小,形成负反馈效应,发热功率的减小 制约了温度的进一步升高。故温控点在 t1~t2,即温度保持在 t1~t2 间的某一值。故 选项 A、D 正确。 挑战创新 角速度计可测得航天器自转的角速度 ω,其结构如图所示。当系统绕 OO'轴转动 时,元件 A 在光滑杆上发生滑动,并输出电信号成为航天器的制导信号源。已知 A 质量为 m,弹簧的劲度系数为 k,原长为 l0,电源电动势为 E,内阻不计,滑动变阻器
总长为1，电阻分布均匀，系统静止时滑动变阻器滑片P在中点，与固定接头Q正 对。当系统以角速度o转动时，求： E (I)弹簧形变量x与ω的关系式： (2)电压表的示数U与角速度ω的函数关系。 答案(1)x=mw k-mo2 (2)U=mω21nE l(kmw2)】 解析：当系统绕OO轴转动时，A在光滑杆上发生滑动，使弹簧发生形变，滑片P也 随之移动。 (1)由牛顿第二定律有r=mo2R,R=10+x 即r=mo2(6+x),x=mwL k-mw2 (2)电压表的示数U-E=mu二 l(k-mw2°
总长为 l,电阻分布均匀,系统静止时滑动变阻器滑片 P 在中点,与固定接头 Q 正 对。当系统以角速度 ω 转动时,求: (1)弹簧形变量 x 与 ω 的关系式; (2)电压表的示数 U 与角速度 ω 的函数关系。 答案:(1)x= 𝑚𝜔 2 𝑙0 𝑘-𝑚𝜔2 (2)U= 𝑚𝜔 2 𝑙0𝐸 𝑙(𝑘-𝑚𝜔2 ) 解析:当系统绕 OO'轴转动时,A 在光滑杆上发生滑动,使弹簧发生形变,滑片 P 也 随之移动。 (1)由牛顿第二定律有 kx=mω2R,R=l0+x 即 kx=mω2 (l0+x),x= 𝑚 𝜔 2 𝑙0 𝑘-𝑚𝜔2。 (2)电压表的示数 U=𝑥 𝑙 E= 𝑚𝜔 2 𝑙0𝐸 𝑙(𝑘-𝑚𝜔2 )