高中物理巩固练习传感器及其应用应用实例

【巩固练习】一、选择题1．下列关于电饭锅的说法中正确的是（）A．电饭锅中的温度传感器其主要元件是氧化铁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，水开后能自动断电D．用电饭锅煮饭时，若温控开关自动断电后，它不能自动复位2．关于光传感器的应用，下列说法正确的是（）A．火灾报警器是利用烟雾对光的反射来工作的B．火灾报警器中的光电；极管平时收不到发光二极管LED发出的光，呈现高电阻状态C．机械式鼠标器的传感器是红外发射管D．当鼠标在桌面上移动时，红外接收管接收到的是断续的红外脉冲3．传感器的种类多种多样，其性能也各不相同，空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内使用的传感器是（）A．生物传感器B．红外传感器C．温度传感器D．压力传感器4．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换为电信号的过程。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5．某城市为了节约能源，合理适时地使用路灯，要求夜晚亮、白天熄，利用半导体的某种特性制成自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制。这是利用半导体的（）A．压敏性B．光敏性C．热敏性D．三种特性都利用了6．如图所示是一火警报警器电路的示意图，其中恐为用半导体热敏材料制成的传感器，这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而增大。值班室的显示器为电路中的电流表，电源两极之间接一报警器。当传感器R3所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是（）A．I变大，U变小B．I变小，U变大C．I变小，U变小D．I变大，U变大7．下列关于光传感火灾报警器说法正确的是（）A．发光二极管、光电三极管都是由半导体材料制成的B．光电三极管与光敏电阻一样都是光敏感元件，都是将光信号转换为电信号C．发光二极管发出的是脉冲微光D．如果把挡板撤去，火灾报警器照样工作8．（2016莆田校级模拟）某种角速度计，其结构如图所示。当整个装置绕轴OO′转动时，元件A相对于转轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压，电压传感器(传感器内阻无限大)接收相应的电压信号。已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k、自然长度为l，电源的电动势为E、内阻不计。滑动变阻器总长也为l，电阻分布均匀，装置静止时滑片P在变阻器的最左端B端，当系统以角速度ω转动时，则()A．电路中电流随角速度的增大而增大B．电路中电流随角速度的增大而减小C．弹簧的伸长量为D．输出电压U与ω的函数式为9．如图所示是温度报警器电路示意图，下列关于此电路的分析正确的是（）A．当RT的温度升高时，RT减小，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声B．当RT的温度升高时，RT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RT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RT时，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声10．如图所示的光控电路用发光二极管LED模拟路灯，RG是光敏电阻。A为斯密特触发器输入端，在天黑时路灯（发光二极管）会点亮。下列说法正确的是（）A．天黑时，Y处于高电压B．天黑时，Y处于低电平C．当R1调大时，天更暗时，灯（发光二极管）点亮D．当R1调大时，天较亮时，灯（发光二极管）就能点亮11．演示位移传感器的工作原理如图所示，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，假设电压表是理想的，则下列说法中正确的是（）A．物体M运动时，电路中的电流会发生变化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，电压表没有示数二、填空题12．对于与门电路，当输入________时，输出是“1”；对于或门电路，当输入________时，输出是“1”；对于非门电路，当输入________时，输出是“1”。13．斯密特触发器是一种特殊的________门电路，它能将连续变化的________信号，转变为连续变化的________14．机械式鼠标器的内部中的光传感器接收到的是断续的________，输出相应的________信号。15．烟雾散射式火灾报警器内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平常光电三极管收不到LED发出的光，呈现________电阻状态。当有烟雾时因其对光的散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变________。与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。16．如图所示为一实验小车利用光电脉冲测量车速和行程的装置示意图，A为光源，曰为光电接收器，A、B均固定在车身上，C为小车的车轮，D为与c同轴相连的齿轮。车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被曰接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间内的脉冲数为n，累计脉冲数为N，则要测出小车的速度和行程还必须测量的物理数据是________；小车速度的表达式为v=________；行程的表达式为s=________。三、解答题17．有自动控制功能的蔬菜大棚，要靠传感器感知作物生长所需的各种信息。如图为蔬菜大棚内信息采集与自动控制示意图。试结合图上信息，分析讨论：（1）在种植蔬菜大棚中要用到哪些传感器？它们的作用是什么？（2）为了控制大棚中的蔬菜的生长条件，还需要哪些设施与传感器配合使用。18．(2016湖北省部分重点高中联考)利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等。图甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U­I关系图线。(1)实验室提供的器材有：电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围0～10Ω)、滑动变阻器B(阻值范围0～100Ω)、电动势为6V的电源(不计内阻)、小灯泡、开关、导线若干。该同学做实验时，滑动变阻器选用的是________(选填“A”或“B”)；请在图乙的方框中画出该实验的电路图。(2)如果将该小灯泡接入丙图所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3A，电源电动势为3V。则此时小灯泡的电功率为________W，电源的内阻为________Ω。19．电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器，他们一般具有加热和保温功能，其工作原理大致相同。图甲为某种电热式电器的简化电路图，主要元件有电阻丝R1，R2和自动开关S。（1）当自动开关S闭合和断开时，用电器分别处于什么状态？（2）用电器由照明电路供电（U=220V），设加热时用电器的电功率为400W，保温时用电器的电功率为40W，则R1和R2分别为多大？（3）若将图甲中的自动开关S换成理想的晶体二极管D，如图乙所示，其他条件不变，求该用电器工作1h消耗的电能。20．请设计一个用光敏电阻来模拟路灯的自动夜开昼关的电路。提供的仪器：光敏电阻、小灯泡、电源、继电器、滑动变阻器、开关、导线若干。21．如图所示是一个报警器装置的逻辑电路图。RT是一个热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，R是一个阻值较小的分压电阻，A为斯密特触发器输入端。（1）为什么在高温时电铃会响起？（2）为了提高电路的灵敏度，即将报警温度调得低些，那么R的值应该大一些还是小一些？22．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分别为触点开关，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）【答案与解析】一、选择题1．【答案】BD【解析】电饭锅中的温度传感器其主要元件是铁氧体，故A错，B选项正确。因水开时温度约为100℃，达不到居里温度103℃，故不能自动断电，则选项C错。温控开关只能手动闭合，故D正确。2．【答案】BD【解析】烟雾散射式火灾报警器内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板，平常光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态，选项B正确；当有烟雾时，因其对光的散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小，与传感器连接的电路检测出这种变化并发出警报，选项A错误；机械式鼠标器的传感器是红外接收管，选项C错误；当鼠标移动时，红外接收管就收到断续的红外脉冲，输出相应的电脉冲信号，选项D正确。3．【答案】C【解析】空调机根据温度调节工作状态，所以内部使用了温度传感器，故C正确。4．【答案】A【解析】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，所以A选项正确。5．【答案】B【解析】题目中半导体应能感知光照强度变化，并输出电信号，控制电路通断，所以利用了半导体的光敏性，故B正确。6．【答案】D【解析】首先弄清电路的结构：R2与R3并联，再与R1串联，当R3所在处出现火情时，R3的温度升高，则B的电阻增大，故整个外电路的电阻增大，总电流减小，路端电压U增大，R1两端电压减小，则R2两端电压增大，所以I增大。选项D正确。本题考查了闭合电路的欧姆定律和传感器的有关知识。7．【答案】AB【解析】发光二极管工作时是持续发光的，挡板撤去，光始终照到光电三极管上，始终发出警报，和有无火灾无关。8．【答案】D【解析】系统在水平面内以角速度ω转动时，无论角速度增大还是减小，BC的总电阻不变，根据闭合电路欧姆定律得知，电路中电流保持不变，故A、B错误；设系统在水平面内以角速度ω转动时，弹簧伸长的长度为x，则对元件A，根据牛顿第二定律得kx＝mω2(l＋x)，又输出电压，联立两式得，，故C错误，D正确。9．BC【解析】当墨温度升高时，电阻减小，A端电势升高到某一数值，Y端电势突然降低，蜂鸣器导通发出警报，A错B对。当增大R，时，A端电势升高到某一数值，Y端电势突然降低，电流通过蜂鸣器，发出报警声，C对D错。10．【答案】BC【解析】天黑时，R。阻值增大到一定值，斯密特触发器输入端A的电压上升到某个值，输出端Y突然由高电平跳到低电平，R1调大时，A端电压降低，只有天更暗时，RG电阻更大时，路灯才点亮，故B、C正确。11．【答案】B【解析】电压表为理想电表，则电压表不分流，故触头移动时不会改变电路的电阻，也就不会改变电路中的电流，故选项A错误；电压表测得的是触头P左侧电阻分得的电压，故示数随物体M的移动，亦即触头的运动而变化，故选项B正确，选项c、D错误。二、填空题12．【答案】都同时为“1”有一个为“1”为“0”13．【答案】非模拟数字14．【答案】红外线脉冲电脉冲15．【答案】高小16．【答案】车轮半径R和齿轮的齿数P【解析】小车的速度等于车轮周长与单位时间内车轮转动圈数的乘积。设车轮的半径为R，单位时间内车轮转动圈数为k，则有v=2πRk。若齿轮的齿数为P，则齿轮转一圈电子电路显示的脉冲数即为P，已知单位时间内的脉冲数为n，所以单位时间内齿轮转动圈数为。由于齿轮与车轮同轴相连，他们在单位时间内转动圈数相等，即。由以上两式可得，。同理，设车轮转动的累计圈数为k＇，则有s=2πRk＇，且，所以。可见，要测出小车的速度v和行程s，除单位时间内的脉冲数n和累计脉冲数N外，还必须测出车轮半径R和齿轮的齿数P。三、解答题17．【答案】见解析【解析】（1）在蔬菜大棚中要用到检测光照的光敏传感器；检测温度的温度传感器；检测空气湿度和土壤湿度的湿度传感器；检测二氧化碳浓度的二氧化碳浓度传感器等。（2）配套设施有：调节光照的遮阳棚，调整温度的加热装置与通风装置，调整湿度的通风加湿装置和喷淋器，调整二氧化碳浓度的自动排气装置。18．【答案】(1)A；实验电路图如图所示；(2)0.69，2.33【解析】(1)由于小灯泡电阻较小，电路应该设计成电流传感器外接。根据实验原理，描绘小灯泡伏安特性曲线，应采用分压电路，为便于调节，滑动变阻器应选择A。(2)电流传感器的示数为0.3A，由小灯泡的U­I图像（甲）可知，丙中小灯泡的电压值约为2.3V，小灯泡的电功率为P=UI=2.3×0.3W=0.69W；小灯泡的电阻为，由闭合电路欧姆定律，代入数据可得电源的内阻r=2.33Ω。19．【答案】（1）S闭合时加热S断开时保温（2）121Ω1089Ω（3）0.22kW·h【解析】（1）S闭合，处于加热状态；S断开，处于保温状态。（2）由电功率公式得/r