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传感器对信号的转化
1．关于传感器，下列说法正确的是( )
A．全部传感器都是由半导体材料做成的
B．金属材料也可以制成传感器
C．干簧管是一种能够感知电场的传感器
D．传感器肯定是通过感知电压的变化来传递信号的
答案 B
解析 有些传感器不是由半导体材料做成的，A不正确、B项正确；干簧管是一种感知磁场的传感器，C错误、D错误．
图3－1－4
2．如图3－1－4所示是变隙电感式压力传感器的结构图．它由膜盒、铁芯、衔铁及线圈等组成，衔铁与膜盒的上端连在一起．依据变隙电感式压力传感器的结构图分析其工作原理．
答案 见解析
解析 当压力进入膜盒时，膜盒的顶端在压力F的作用下产生与压力F大小成正比的位移，于是衔铁也发生移动，从而使气隙发生变化，流过线圈的电流也发生相应的变化，电流表A的指示值反映了被测压力的大小．
热敏电阻的应用
图3－1－5
3．如图3－1－5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，发觉小灯泡亮度变化是变暗，发生这一现象的主要缘由是( )
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
答案 C
解析 电阻丝的电阻率随温度的上升而增大，电阻也增大，电路中电流减小，依据P＝I2R知，小灯泡的实际功率减小，所以变暗．
图3－1－6
4．如图3－1－6所示是观看电阻值随温度变化状况的示意图，现在把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化状况正确的是( )
A．假如R为金属热电阻，读数变大，且变化格外明显
B．假如R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显
C．假如R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化格外明显
D．假如R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化不明显
答案 C
解析 假如R为金属热电阻，则读数变大，但不会格外明显，故A、B均错．假如R为热敏电阻，读数变化应格外明显．故选C.
(时间：60分钟)
题组一 传感器的概念
1．关于传感器，下列说法正确的是( )
A．全部传感器都是由半导体材料做成的
B．金属材料也可以制成传感器
C．干簧管是一种能够感知电场的传感器
D．传感器肯定是通过感知电压的变化来传递信号的
答案 B
解析 有些传感器不是由半导体材料做成的，A不正确、B项正确；干簧管是一种感知磁场的传感器，C错误、D错误．
2．下列说法正确的是( )
A．传感器担负着信息采集的任务
B．干簧管是一种磁传感器
C．传感器不是电视遥控接收器的主要元件
D．传感器是力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具
答案 ABD
解析 传感器相当于人的器官，给机器供应一些信息，A正确；依据定义知B、D正确；遥控器的主要元件是传感器，C错误．
3．关于干簧管，下列说法中正确的是( )
A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用
B．干簧管是依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把握的
答案 CD
解析 干簧管是感知磁场的元件，接入电路中相当于开关的作用，选C、D.
题组二 传感器对信号的转化
4．用遥控器调换电视机频道的过程，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．电饭煲中把握加热和保温的温控器
答案 A
解析 遥控器是利用红外线传输信号的，故A项正确．
5.
图3－1－7
传感器是把非电学物理量(如位移、压力、流量、声强等)转换成电学量的一种元件．如图3－1－7所示为一种电容式传感器，电路可将声音信号转化为电信号．电路中a、b构成一个电容器，b是固定不动的金属板，a是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜．若声源S发出频率恒定的声波使a振动，则a在振动过程中( )
A．a、b板之间的电场强度不变
B．a、b板所带的电荷量不变
C．电路中始终有方向不变的电流
D．向右位移最大时，电容器的电容量最大
答案 D
解析 a、b始终跟电源相连，电势差U不变，由于a、b间距离变化，由E＝知场强变化，A错误；由C＝知d变化时C变化，a向右位移最大时，电容最大，D正确；由Q＝CU知a、b所带电荷量变化，电路中电流方向转变，B、C错误．
6．电容式传感器是用来将非电信号转变为电信号的装置．由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，如图3－1－8所示是四个电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，下列说法正确的是( )
图3－1－8
A．甲图的传感器可以用来测量角度
B．乙图的传感器可以用来测量液面的高度
C．丙图的传感器可以用来测量压力
D．丁图的传感器只能用来测量速度
答案 ABC
7．有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近干手机能使传感器工作，是由于( )
A．转变湿度 B．转变温度
C．转变磁场 D．转变电容
答案 D
解析 依据自动干手机工作的特征，手靠近干手机电热器工作，手撤离后电热器停止工作，人是一种导体，可以与其他导体构成电容器．手靠近时相当于连接一个电容器，可以确定干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近转变了电容大小，故D正确；用湿度和温度来驱动电热器工作，理论上可行，但是假如干手机是由于温度、湿度的变化工作就成了室内烘干机．
8．一种半导体材料称为“霍尔材料”，用它制成的元件称为“霍尔元件”，这种材料有可定向移动的电荷，称为“载流子”，每个载流子的电荷量大小为1个元电荷量，即q＝1.6×10－19 C，霍尔元件在自动检测、把握领域得到广泛应用，如录像机中用来测量录像磁鼓的转速、电梯中用来检测电梯门是否关闭以及自动把握升降电动机的电源的通断等．
在一次试验中，一块霍尔材料制成的薄片宽ab＝1.0×10－2m、长bc＝4.0×10－2 m、厚h＝1×10－3m，水平放置在竖直方向上的磁感应强度B＝1.5 T的匀强磁场中，bc方向通有I＝3.0 A的电流，如图3－1－9所示，沿宽度产生1.0×10－5 V的横向电压．
图3－1－9
(1)假定载流子是电子，a、b两端中哪端电势较高？
(2)薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率多大？
答案 (1)a (2)6.7×10－4 m/s
解析 (1)依据左手定则可确定a端电势高．
(2)当导体内由于载流子有沿电流方向所在的直线定向运动时，受洛伦兹力作用而产生横向分运动，产生横向电场，横向电场的电场力与洛伦兹力平衡时，导体横向电压稳定．设载流子沿电流方向所在直线定向移动的速度为v，横向电压为Uab，横向电场强度为E，电场力为Fe＝eE＝e，磁场力FB＝evB，平衡时e＝evB，
得v＝＝6.7×10－4 m/s.
题组三 热敏电阻的应用
9.
图3－1－10
如图3－1－10所示，是家用电冰箱的压缩启动装置的电路．其中的运行绕阻是电冰箱在工作时电动机定子，由于沟通是单相的，启动时必需依靠启动绕阻的挂念才能产生旋转磁场，在启动绕阻的支路中串联有一个PTC元件，这是一种以酞酸钡为主要材料的热敏电阻器，电流流过PTC元件，元件发热，它的电阻率随温度上升而发生显著变化，当电动机正常转动以后，PTC元件温度较高，电阻很大，启动绕阻电流很小．以下推断正确的是( )
A．电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少
B．电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少
C．电冰箱启动后，启动绕阻功率不变，运行绕阻功率是变化的
D．电冰箱启动后，启动绕阻功率是变化的，运行绕阻功率不变
答案 BD
解析 启动时，由于PTC元件温度低，电阻小，故耗电多，B正确；启动后，随PTC元件温度上升，PTC元件电阻增大，通过启动绕阻的电流减小，故启动绕阻功率是变化的，而运行绕阻电压不变，故功率不变，则D正确．
10．(2021～2022嘉兴市高二第一学期期末)温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的．如图3－1－11甲所示，电源的电动势E＝9 V，内阻不计；G为灵敏电流表，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其电阻阻值与温度的变化关系如图乙所示．闭合开关S，当R的温度等于20 ℃时，电流表示数I1＝2 mA；当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻的温度是( )
图3－1－11
A．60 ℃ B．80 ℃ C．100 ℃ D．120 ℃
答案 D
解析 在20 ℃时，E＝(Rg＋R1)I1，得Rg＝500 Ω，在温度为t时，E＝(Rg＋R2)I2，即9＝(500＋R2)×3.6×10－3，得R2＝2000 Ω，从图乙中可以看出t＝120 ℃，故选D.
11．如图3－1－12所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C为电容器．当环境温度降低时( )
图3－1－12
A．电容器C的带电荷量增大
B．电压表的读数增大
C．电容器C两板间的电场强度减小
D．R1消耗的功率增大
答案 AB
解析 当环境温度降低时，R2变大，电路的总电阻变大，由I＝知I变小，又U＝E－Ir，电压表的读数U增大，B正确；又由U1＝IR1及P1＝I2R1可知U1变小，R1消耗的功率P1变小，D错误；电容器两板间的电压U2＝U－U1，U2变大，由场强E′＝，Q＝CU2可知Q、E′都增大，故A正确、C错误．
12．自己设计一个以热敏电阻为传感器的简易自动报警器，当温度过高时，小灯泡亮或响铃报警．所用的试验器材可能有电磁继电器、电铃、小灯泡、热敏电阻、干电池、滑动变阻器、开关．
答案 试验电路如下图所示．
当温度上升时，热敏电阻的阻值减小，通过电磁继电器螺线管的电流增大，磁性增加，吸下金属片，触点接通，灯泡亮或电铃响，起到报警作用．通过调整滑动变阻器的阻值，可以达到调整报警温度的目的．
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