传感器的应用(有答案)

课后巩固作业

限时：45分钟

总分：100分

一、选择题(包括10小题，每小题7分，共70分)

1．有一电学元件，温度升高时电阻却大幅度减小，则这种元件可能是( )

A ．金属导体

C ．半导体 B ．绝缘体 D ．超导体

解析：金属导体温度升高时电阻增大；绝缘体温度升高时电阻保持绝缘；对于超导体，在其临界温度以下，温度升高电阻仍为零，高于临界温度，温度升高电阻往往增大；某些半导体材料受到光照或者温度升高时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，于是导电性有明显增强，电阻大幅度减小．

答案：

C

2．如图是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U ，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在电路中的其他量发生变化，使声音信号被话筒转化为电

信号，其中导致电容变化的原因可能是电容两极板间的( )

A ．距离变化

C ．介质变化 B ．正对面积变化 D ．电压变化

解析：振动膜前后振动，使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化，从而将声音信号转化为电信号．

答案：A

3．如图所示，电吉他的弦是磁性物质，当弦振动时，线圈中产生感应电流，感应电流输送到放大器、喇叭，把声音播放出来，下列说法正确的是(

)

A ．电吉他是光电传感器

B ．电吉他是温度传感器

C ．电吉他是声音传感器

D ．弦改用尼龙材料原理不变

解析：由电吉他发声原理可知是将声音变化转变为电流的变化，C 对，A 、B 、D 错．

答案：C

4．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：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．

答案：B

5．关于传感器的作用，下列说法正确的有( )

A ．通常的传感器可以直接用来进行自动控制

B ．传感器可以用来采集信息

C ．传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量

D ．传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量

解析：传感器是将感受到的非电学量转化为电学量的仪器，不同的传感器感受不同的信号，B 、C 对．

答案：BC

6．某楼梯口的电灯开关装有传感器，天黑时，出现声音才能发光，而白天即使有声音，电灯也不能发光，该开关中有两种传感器，它们可能是( )

A ．热敏电阻和光敏电阻

B ．金属热电阻和光敏电阻

C ．热敏电阻和霍尔元件

D ．光敏电阻和驻极体话筒

解析：两种传感器分别把声音信号转换为电信号，把光信号转换为电信号，所以选项D 正确．

答案：D

7．唱卡拉OK 用的话筒，内有传感器．其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转化为电信号．下列说法正确的是( )

A ．该传感器是根据电流的磁效应工作的

B ．该传感器是根据电磁感应原理工作的

C ．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变

D ．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势

解析：当声波使膜片前后振动时，金属线圈就跟着振动，从而使处于永磁体的磁场中的线圈切割磁感线，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流，从而将声音信号转化为电信号，这就是电磁感应原理．

答案：B

8．下列说法正确的是( )

A ．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号

B ．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器的作用是控制电路的通断

C ．电子秤所使用的测力装置是力传感器

D ．热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量 解析：话筒是将声信号转换成电信号，故A 项错．

答案：BCD

9．右图中电容式话筒的右侧有一固定不动的金属板b ，与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀上金属层的振动膜a 构成一个电容器，a 、b 分别通过导线与恒定电源两极相接，声源S 做位移x ＝A sin200πt 的振动，则( )

A ．a 振动过程中，a 、b 板之间的电场强度不变

B ．a 振动过程中，话筒会产生电磁波

C ．导线ac 中电流的频率为1 000 Hz

D ．a 向右位移最大时，a 、b 板间的电容最大

解析：由于振动，a 、b 两极板间形成振荡的电场从而形成电磁波，导线内形成振荡电流．a 向右位移最大时，两极板间距最小，电

ω容最大．导线中电流的频率等于声源S 振动的频率f ＝＝100 Hz，2π

所以选B 、D.

答案：

BD

10．如右图所示，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R 0，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 与电流大小I 的关系为( )

E ⎫⎛A ．G ＝ 2－IR ⎪kL ⎝

⎝0⎭⎛E ⎫B ．G ＝ IR 1⎪kL ⎝0⎭⎛E ⎫C ．G ＝ IR 1⎪kL ⎭D ．G ＝kIL

L －Δx 解析：物体在地磅上，所以mg ＝k Δx ，在回路中，因为R ＝x

mg ⎫R ⎛L E ，所以R x ＝L ·L －k . 因为整个回路I ＝，所以E ＝R 0⎝⎭R 0＋R x

⎛E ⎫⎛⎫Lk ⎛R mg ⎫ ⎪ ⎪ 2－2R －2R －I 0IR 0⎭Lk ，所以选Lk ⎭，所以⎝0I ⎭R 0＝mg ，所以G ＝⎝⎝

A.

答案：A

二、非选择题(第11题14分，第12题16分，共30分)

11．加速度计是测定物体加速度的仪器．在现代科技中，它已成为导弹、飞机、潜艇或宇宙飞船等制导系统的信息源．如下图为应变式加速度计的示意图．当系统加速时，加速度计中的敏感元件也处于加速状态．敏感元件由两弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件的下端可在滑动变阻器R 上自由滑动，当系统加速运动时，敏感元件发生位移并转移为电信号输出．

已知敏感元件的质量为m ，两侧弹簧的劲度系数均为k ，电源电动势为E ，电源内阻不计，滑动变阻器的总电阻值为R ，有效长度为l ，静态时，输出电压为U 0，试推导加速度a 与输出电压U 的关系式．

解析：设静态时滑动变阻器的滑片距左端为x ，则敏感元件的输

E R E 出电压为U 0＝R l x ＝l . ①

再设系统向左加速时滑片右移Δx ，则敏感元件的动力学方程为2k Δx ＝ma . ②

E R 此时敏感元件的输出电压为U ＝R l (x ＋Δx ) ．③

2kl (U －U 0)综合①②③三式可得a ＝mE

若U >U 0，系统的加速度方向水平向左；

若U

12．用下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、后壁上各安装一个由力敏电阻组合成的压力传感器，用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg 的滑块，滑块可无摩擦地滑动，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面显示屏上读出．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6.0 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． 解析：

传感器上所显示出的力的大小即弹簧对传感器的压力，根据牛顿第三定律知，此即为弹簧上的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小．(1)如右图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力F 1＝14 N，右侧弹簧对滑块向左的推力R 2＝6.0 N．滑块所受合力产生加速度a 1，

F 1－F 214－6.0根据牛顿第二定律有F 1－F 2＝ma 1. 得a 1＝m ＝ m/s2＝2.0

4.0 m/s2.

a 1与F 1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F 1′＝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F 2′＝20 N ，滑块所受合

F 2′力产生加速度a 2，由牛顿第二定律得：F 合＝F 2′＝ma 2. 解得：a 2＝m

＝－10 m/s2. 负号表示方向向后(向左) ．