考点55 传感器-备战2022年高考物理考点一遍过.doc
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1、一、传感器1定义:传感器是能把力、温度、光、声、化学成分等物理量,按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量(通常是电压、电流等电学量),或转换为电路的通断的元件。2工作原理:非电学量敏感元件转换器件转换电路电学量二、常见传感器元件名称输入物理量输出物理量变化规律干簧管磁场电路通断有磁场电路接通,无磁场电路断开金属热电阻温度电阻温度越高,电阻率越大热敏电阻温度电阻温度越高,电阻率越小光敏电阻光强电阻光照越强,电阻率越小电容式位移传感器位移电容,改变r、S、d霍尔元件磁感应强度电压应变片形变电压拉伸电阻变大,压缩电阻变小双金属片温度电路通断热膨胀系数不同,升高相同温度,膨胀程度不同感温铁氧
2、体温度电路通断常温具有铁磁性,温度高于居里温度失去铁磁性热敏电阻是传感电路中常用的电子元件,其电阻Rt随温度t变化的图线如图甲所示。如图乙所示电路中,热敏电阻Rt与其他电阻构成闭合电路,水平放置的平行金属板中带电质点P处于静止状态,不考虑电流表和电压表对电路的影响,当Rt所在处温度升高时,则A电压表读数减小 B电流表读数减小C质点P将向上运动 DR3上消耗的功率增大【参考答案】A【详细解析】当Rt所在处温度升高时,Rt减小,电路总电阻减小,电流变大,路端电压减小,R1电压变大,电容器两端电压减小,则质点P将向下运动,C错误;R3两端电压减小,R3上消耗的功率减小,D错误;R3电流减小,则电流表
3、读数变大,B错误;R2电流变大,两端电压变大,则电压表读数变小,A正确。【名师点睛】电阻类传感器主要分为金属热电阻和半导体材料电阻两类,前者的电阻率随温度升高而增大,后者的电阻率随温度升高或光照增强而减小。含电阻类传感器的电路问题本质上一般是动态电路问题,解题时要注意外部环境条件和传感器元件电阻的变化趋势。1某温控电路的原理如图所示,是半导体热敏电阻,R是滑动变阻器,某种仪器要求在的环境中工作,当环境温度偏高或偏低时,控制器会自动启动降温或升温设备,下列说法中正确的是A环境温度降低,的阻值减小B环境温度升高,变大C滑片P向下移动时,变大D调节滑片P的位置能改变降温和升温设备启动时的临界温度【答
4、案】D【解析】A、RM是半导体热敏电阻,环境温度降低时,RM的阻值增大,故A错误;B、环境温度升高时,RM的阻值减小,根据串联电路中电压与电阻成正比,可以知道Uab变小,故B错误;C、滑片P向下移动时,R增大,总电流减小,则Uab变小,故C错误;D、调节滑片P时,可改变Uab,从而改变升温和降温设备启动时的临界温度,所以D选项是正确的。综上所述本题答案是D。2(2019·张家界市第一中学高三月考)热敏陶瓷是一类电阻率随温度发生明显变化的新型材料,可用于测温。某同学利用实验室提供的一种电阻阻值随温度呈线性变化(关系式为:Rt=kt+b,其中k0,b0,t为摄氏温度)的热敏电阻,把一灵敏
5、电流计改装为温度计。除热敏电阻和灵敏电流计外,还用到如下器材:1直流电源(电动势为E,内阻不计);2滑动变阻器;3单刀双掷开关;4标准温度计;5导线及其他辅助材料。该同学设计电路如下图所示,按如下步骤进行操作。(1)按电路图连接好器材。(2)将滑动变阻器滑片P滑到_(填“a”或“b”)端,单刀双掷开关S掷于_(填“c”或“d”)端,调节滑片P使电流计满偏,并在以后的操作中保持滑片P位置不动,设此时电路总电阻为R,断开电路。(3)容器中倒入适量开水,观察标准温度计,每当标准温度计示数下降5,就将开关S置于d端,并记录此时的温度t和对应的电流计的示数I,然后断开开关。请根据温度计的设计原理和电路图
6、,写出电流与温度的关系式(用题目中给定的符号)I=_。(4)根据对应温度记录的电流计示数,重新刻制电流计的表盘,改装成温度计。根据改装原理,此温度计表盘刻度线的特点是:低温刻度在_(填“左”或“右”)侧,刻度线分布是否均匀?_(填“是”或“否”)。【答案】(2)a c (3) (4)右 否【解析】(2)根据实验的原理可知,需要先选取合适的滑动变阻器的电阻值,结合滑动变阻器的使用的注意事项可知,开始时需要将滑动变阻器滑片P滑到a端,乙保证电流表的使用安全;然后将单刀双掷开关S掷于c端,调节滑片P使电流表满偏,设此时电路总电阻为R,断开电路;(3)当温度为时,热敏电阻的阻值与摄氏温度的关系为:,根
7、据闭合电路的欧姆定律可得:。(4)由上式可知,温度越高,电流表中的电流值越小,所以低温刻度在表盘的右侧;由于电流与温度的关系不是线性函数,所以表盘的刻度是不均匀的。随着电子技术的发展,霍尔传感器被广泛应用在汽车的各个系统中。其中霍尔转速传感器在测量发动机转速时,情景简化如图(a)所示,被测量转子的轮齿(具有磁性)每次经过霍尔元件时,都会使霍尔电压发生变化,传感器的内置电路会将霍尔电压调整放大,输出一个脉冲信号,霍尔元件的原理如图(b)所示。下列说法正确的是A霍尔电压是由于元件中定向移动的载流子受到电场力作用发生偏转而产生的B若霍尔元件的前端电势比后端低,则元件中的载流子为负电荷C在其它条件不变
8、的情况下,霍尔元件的厚度c越大,产生的霍尔电压越低D若转速表显示1 800 r/min,转子上齿数为150个,则霍尔传感器每分钟输出12个脉冲信号【参考答案】BC【详细解析】A载流子受磁场力而偏转,故A错误;B由左手定则可判断出载流子受力向前端偏转,若前端电势变低,意味着载流子带负电,故B正确;C达到平衡时满足,其中,解得霍尔电压,c越大,UH越小,故C正确;D每个轮齿经过,都会引发一次脉冲,则每分钟脉冲数量为270 000个,故D错误。1霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电势差的效应,人们利用霍尔效应制成测量磁场的磁传感器。这类磁传感器测出的是磁感应强度沿轴线方向的分量。如图甲所
9、示,某同学将磁传感器调零后探究条形磁铁附近的磁场,计算机显示磁感应强度为正,他接下来用探头同样的取向研究长直螺线管(电流方向如图乙所示)轴向的磁场,以螺线管轴线的中心点为坐标原点,沿轴线向右为x轴正方向,建立坐标系。下列图象中可能正确的是【答案】A【解析】由电流方向可知,螺线管的左端为N极,右端为S极,螺线管轴线上磁场向左,因为探头取向不变,故磁感应强度为正,BD错误;螺线管内部轴线上磁感应强度大小恒定,螺线管外部轴线上磁感应强度向两侧递减,A正确,C错误。2电动自行车是一种应用广泛的交通工具,其速度控制是通过转动右把手实现的,这种转动把手称“霍尔转把”,属于传感器非接触控制。转把内部有永久磁
10、铁和霍尔器件等,截面如图甲。永久磁铁的左右两侧分别为N、S极,开启电源时,在霍尔器件的上下面之间加一定的电压,形成电流,如图乙。随着转把的转动,其内部的永久磁铁也跟着转动,霍尔器件能输出控制车速的霍尔电压,己知电压与车速关系如图丙,以下关于“霍尔转把”叙述正确的是A为提高控制的灵敏度,应该使永久磁铁的上下端分別为N、S极B按图甲顺时针转动电动车的右把手(手柄转套),车速将变快C图乙中从霍尔器件的前后面输出控制车速的霍尔电压D若霍尔器件的上下面之间所加电压正负极性对调,将影响车速控制【答案】B【解析】由于在霍尔器件的上下面之间加一定的电压,形成电流,当永久磁铁的上下端分别为N、S极时,磁场与电子
11、的移动方向平行,则电子不受洛伦兹力作用,那么霍尔器件不能输出控制车速的电势差,故A错误;当按图甲顺时针转动把手,导致霍尔器件周围的磁场增加,那么霍尔器件输出控制车速的电势差增大,因此车速变快,故B正确;根据题意,结合图乙的示意图,那么永久磁铁的N、S极可能在左、右侧面,或在前、后表面,因此从霍尔器件输出控制车速的电势差,不一定在霍尔器件的前后面,也可能在左右侧面,故C错误;当霍尔器件的上下面之间所加电压正负极性对调,从霍尔器件输出控制车速的电势差正负号相反,但由图丙可知,不会影响车速控制,故D错误;故选B。传感器是一种采集信息的重要器件。如图所示是一种压力传感器。当待测压力F作用在可动膜片电极
12、上时,可使膜片发生形变,引起电容的变化,将电容器、灵敏电流计和电源串联接成闭合电路,那么A当F向上压膜片电极时,电容将减小B当F向上压膜片电极时,电容不变C若电流计有示数,则压力F发生变化D若电流计有示数,则压力F不发生变化【参考答案】C【详细解析】AB当F向上压膜片电极时,板间距离减小,由电容的决定式可知电容器的电容将增大故A、B错误;CD当F变化时,电容变化,而板间电压不变,由Q=CU,故电容器所带电荷量Q发生变化,电容器将发生充、放电现象,回路中有电流,电流计有示数;反之,电流计有示数时,压力F必发生变化,故C正确,D错误。1如图是自动调温式电熨斗,下列说法正确的是A常温时上下触点是接触
13、的B双金属片温度升高时,上金属片形变较大,双金属片将向下弯曲C原来温度控制在80 断开电源,现要求60 断开电源,应使调温旋钮下调一些D由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态,应使调温旋钮下移一些【答案】ABD【解析】常温工作时,上下触点是接通的,当温度升高时,上层金属片形变大,双金属片向下弯曲,电路断开,AB正确;原来温度上升到80 时断开电源,现在要求60 时断开电源,则断开电源时,双金属片向下弯曲的程度小,弹性铜片触电的位置较高,即应使调温旋钮上调一些,C错误;由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态时,温度要升高,则应使调温旋钮下移一些,在双金属片向下弯曲程度更大时使电路断开,D正确
14、。2如图是电饭锅的结构图,如果感温磁体的“居里温度”为103 ,下列说法中正确的是A常温下感温磁体具有较强的磁性,能自动吸起永磁体,通电加热B当温度超过103 时,感温磁体的磁性消失,弹簧推动杠杆断开触点C饭熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会超过103 ,这时开关按钮不会跳起D常压下只要锅内有水,锅内的温度不可能达到103 ,开关按钮就不会自动跳起【答案】BD【解析】开始煮饭时,用手压下开关按钮,永磁体与感温磁体相吸,手松开后,按钮不再恢复到图示状态,电路接通,电饭锅加热,因此永磁体不是自动被吸引的,A错误;饭熟后,水分被大米吸收,锅底温度升高,当温度升至“居里点”103 时,感温磁体失去磁性
15、,在弹簧作用下,切断电源,开关按钮跳起,B正确,C错误;如果在1标准大气压下用电饭锅烧水,水在沸腾后温度为100 ,不会自动断电,D正确。1如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图:罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时外罩光电三极管接收不到LED发出的光呈现高电阻状态,发生火灾时,下列说法正确的A进入罩内的烟雾遮挡了光线,使光电三极管电阻更大,检测电路检测出变化发出警报B发生火灾时,光电三极管温度升高,电阻变小,检测电路检测出变化发出警报C发生火灾时,进入罩内的烟雾对光有散射作用,部分光线照到光电三极管上,电阻变小,发出警报D发生火灾时,进入罩内的烟
16、雾对光有折射作用,部分光线照到光电三极管上,电阻变小,发出警报2(2019·内蒙古集宁一中高二期末)随着科学的发展与生活水平的提高,传感器已经进入日常生活。如图所示为某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置,为光敏电阻(随光照强度的增强,阻值减小)、为定值电阻,接监控装置。则下列说法正确的是当有人通过遮蔽光线时,之间的电压升高当有人通过遮蔽光线时,之间的电压降低当仅増大的阻值时,之间的电压升高当仅减小的阻值时,之间的电压升高ABCD3(2019·四川高二期末)如图所示,是温度自动报警器的工作原理图图中1是电磁铁、2是衔铁、3是触点、4是水银温度计(水银导电)则下列说法正
17、确的是A温度高于警戒温度时,电铃不报警、指示灯亮B温度低于警戒温度时,电铃报警、指示灯熄灭C温度高于警戒温度时,指示灯亮、电铃报警D温度低于警戒温度时,指示灯亮、电铃不响4(2019·陕西高二期末)霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器,已发展成一个品种多样的磁传感器产品族,得到广泛应用。如图为某霍尔元件的工作原理示意图,该元件中电流I由正电荷定向运动形成,下列说法错误的是AM点电势比N点电势高B用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度C用霍尔元件能够把磁学量转换为电学量D若保持电流I恒定,则霍尔电压UH与B成正比例5(2019·辽宁实验中学高二期中)压敏电阻的阻值随所受压力的增
18、大而减小。某实验小组在升降机水平地板上利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置。其工作原理如图甲所示,将压敏电阻、定值电阻R、电流显示器、电源E连成电路,在压敏电阻上放置一个绝缘重物。0t时间内升降机停在某一楼层处,t1时刻升降机开始运动,从电流显示器中得到电路中电流i随时间t变化的情况如图乙所示。则下列判断正确的是At1t2时间内绝缘重物处于超重状态Bt2t3时间内绝缘重物处于失重状态C升降机开始时可能停在10楼,从t1时刻开始,经向下加速、匀速、减速,最后停在1楼D升降机开始时可能停在1楼,从t1时刻开始,经向上加速、匀速、减速,最后停在10楼6(2019·北京高三)某同学按如
19、图1所示连接电路,利用电流传感器研究电容器的放电过程。先使开关S接1,电容器充电完毕后将开关掷向2,可视为理想电流表的电流传感器将电流信息传入计算机,屏幕上显示出电流随时间变化的It曲线,如图2所示。定值电阻R已知,且从图中可读出最大放电电流I0,以及图线与坐标轴围成的面积S,但电源电动势、内电阻、电容器的电容均未知,根据题目所给的信息,下列物理量不能求出的是A电容器放出的总电荷量B电阻R两端的最大电压C电容器的电容D电源的内电阻7如图所示为一种常见的身高体重测量仪,测量仪顶部向下发射超声波,超声波经反射后返回,被测量仪接收,测量仪可记录发射和接收的时间间隔。测量仪底部有一压力传感器,其输出电
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