1、- 1 -实验十二 传感器的简单使用高效演练强化提升1.(2018保定模拟)酒精测试仪用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车及其他严禁酒后作业人员的现场检测,它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器。酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化,在如图所示的电路中,不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻,这样,显示仪表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系。如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻 r的倒数与酒精气体的浓度 c 成正比,那么,电压表示数 U 与酒精气体浓度 c 之间的对应关系正确的是 ( )A.U 越大,表示 c 越小,c 与 U 成反比B.U 越大,表示 c 越小,但 c 与 U
2、 不成反比C.U 越大,表示 c 越大,c 与 U 成正比D.U 越大,表示 c 越大,但 c 与 U 不成正比【解析】选 D。酒精气体传感器和定值电阻串联在电路中,电压表测 R0两端的电压。根据酒精气体传感器的电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比,得: =kc(k 是比例系数),根据欧姆定律得: = ,整理得:U= ,由数学知识知,U 越大,c 越大,但两者不成正比,故 D 项正确。2.电流传感器可以像电流表一样测量电流,它的优点是反应非常快,可以捕捉到瞬间的电流变化,还可以与计算机相连,能在很短的时间内画出电流随时间的变化图象。按图甲连接电路,提供 8 V 直流电源,先使开关 S 与 1 相连
3、,电源向电容器充电,这个过程可在瞬间完成,然后把开关 S 掷向 2,电容器通过电阻 R 放电,传感器将电流信息传入计算机,屏上显示出电流随时间变化的I-t 曲线,如图乙。(1)图乙中画出的竖直狭长矩形(图乙最左端),它面积的物理意义是_- 2 -_。 (2)估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量是_C。 (3)根据以上数据估算,电容器的电容是_F。 【解析】(1)根据图象的含义,因 Q=It,所以竖直狭长矩形的面积表示为在 0.1 s 内电容器的放电量。(2)根据横轴与纵轴的数据可知,一个格子的电量为 0.0810-3 C,由大于半格算一个,小于半格舍去,因此图象所包含的格子个数为 70,所以
4、释放的电荷量是 0.0810-3 C70=5.610-3 C。(3)根据电容器的电容 C= 可知,C= F=7.010-4 F。答案:(1)在 0.1 s 内电容器的放电量 (2)5.610 -3 (3)7.010 -43.(2018郑州模拟)电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度,将光敏电阻 Rx和定值电阻 R0接在 9 V 的电源上,光敏电阻阻值随光强变化关系如表所示:光强 E/cd 1 2 3 4 5电阻值/ 18 9 6 3.6“光强”表示光强弱程度的物理量,符号为 E,单位坎德拉(cd)(1)当光照强度为 4 坎德拉(cd)时光敏电阻 Rx的大小为_。 (2)其原理是光照增强
5、,光敏电阻 Rx阻值变小,施加于玻璃两端的电压降低,玻璃透明度下降,反之则玻璃透明度上升。若电源电压不变,R 0是定值电阻,则下列电路图中符合要求的是_(填序号)。 - 3 -(3)现已知定值电阻 R0为 12 ,用电压表测得光敏电阻两端的电压为 3 V,则此时光照强度为多少?【解析】(1)由表格数据可知,光敏电阻 Rx与光强 E 的乘积均为 18 cd 不变,则当 E=4 cd 时,光敏电阻的阻值:R x= =4.5 。(2)选 C。由题意可知,光敏电阻 Rx与定值电阻 R0串联连接,光照增强时,光敏电阻 Rx阻值减小,电路中的总电阻减小,由 I= 可知,电路中的电流增大,由 U=IR 可知
6、,R 0两端的电压增大,因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以 Rx两端的电压减小,反之,光照减弱时,光敏电阻 Rx阻值增大,R 0两端的电压减小,R x两端的电压增大,则玻璃并联在 R0两端时不符合,玻璃并联在 Rx两端时符合,故 A 项错误,C 项正确;若玻璃与电源并联,光照变化时,玻璃两端的电压不变,故 B、D 项错误。(3)当 R0=12 ,光敏电阻两端的电压 Ux=3 V 时,因串联电路中总电压等于各分电压之和,R 0两端的电压:U0=U-Ux=9 V-3 V=6 V,因串联电路中各处的电流相等,所以电路中的电流 I= = ,即 = ,解得:R x=6 ,此时光照强度 E=3 cd
7、。答案:(1)4.5 (2)C (3)3 cd- 4 -4.(2018衡水模拟)某兴趣小组为了研制一台“电子秤”,找到一个力电转换传感器,该传感器的输出电压正比于受压面的正压力,实验操作时,先调节传感器输入端的电压(要求从零开始调节),使力电转换传感器在空载时的输出电压为零,而后在其受压面上放一物体,即可测得与物体的质量成正比的输出电压。(1)如图所示,E 为直流电源,S 为开关;R 为滑动变阻器;V 为电压表,在图中用笔画线代替导线连接成实验电路图。(2)若将质量为 m0的砝码放在力电转换传感器的受压面上,电压表的示数为 U0;然后取下砝码,再将待测质量为 m 的物体放在力电转换传感器的受压
8、面上,电压表的示数为 U,则待测物体的质量 m=_。 【解析】(1)要求力电转换传感器的输入电压可调,并且可使电压的调节范围尽可能大,所以滑动变阻器采用分压式接法,如图所示。(2)由以上测量的原理可知,U 0=km0g,U=kmg得:m= m0答案:(1)见解析图 (2) m0【加固训练】传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的一种元件,在自动控制中有着相当广泛的应用。有一种测量人体重的电子秤,其测量部分的原理图如图中的虚线框所示,它主要由压力传感器 R(电阻会随所受压力大小发生变化的可变电阻),显示体重大小的仪表 A(实质是理想的电流表)组成,压力传感器表面能承受的最大
9、压强为 1107 Pa,且已知压力传感器 R 的电阻与所受压力的关系如表所示。设踏板和压杆的质量可以忽略不计,接通电源后,压力传感器两端的电压恒为 4.8 V,请回答:- 5 -压力 F/N 0 250 500 750 1 000 1 250 1 500 电阻 R/ 300 270 240 210 180 150 120 (1)把 R 写成关于 F 的函数关系:R=_。 (2)该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘上的示数为_mA 处。 (3)如果某人站在该秤踏板上,电流表刻度盘的示数为 20 mA,则这个人的体重是_N。 【解析】(1)F=0 时,R=300 ;当 F=1 00
10、0 N 时,R=180 所以: = =- ,得:R=300- F。(2)由压力传感器 R 的电阻与所受压力的关系如表中所示,可得:F=0,R=300 ,由闭合电路欧姆定律:I= =1.610-2A=16 mA即该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘 16 mA 处。(3)由闭合电路欧姆定律:R= = =240 由表中数据得,F=500 N,如果某人站在该秤踏板上,电流表刻度盘的示数为 20 mA,则此人的体重是 500 N。答案:(1)300- F (2)16 (3)5005.“用霍尔元件测量磁场”的实验中,把载流子为带负电的电子 e 的霍尔元件接入电路,如图甲所示,电流为 I,
11、方向向右,长方体霍尔元件长、宽、高分别为 a=6.00 mm、b=5.00 mm、c=0.20 mm,处于竖直向上的恒定匀强磁场中。- 6 -(1)前后极板 M、N,电势较高的是_(选填“M 极”或“N 极”)。 (2)某同学在实验时,改变电流的大小,记录了不同电流下对应的 UH值,如表所示:I/mA 1.3 2.2 3.0 3.7 4.4UH/mV 10.2 17.3 23.6 29.1 34.6请根据表格中的数据,在坐标乙中画出 UH-I 图象。已知该霍尔元件单位体积中自由载流子个数为n=6.251019 m-3,则根据图象,由公式 I=nebcv,可算出磁场 B=_T(保留 2 位有效数
12、字)。 (3)有同学认为 代表了霍尔元件的电阻,请问这种想法正确吗?请说明理由: _。 【解析】(1)因电子的运动方向与电流方向相反,依据左手定则,可知,电子受到的洛伦兹力方向偏向 N 极,那么 M 极的电势偏高。(2)依据表格数据,作出 UH-I 图象,如图所示:- 7 -根据 e =eBv,则有:U H=Bbv,而 I=nebcv,可得,U H= I,然而依据 UH-I 图象,可知,其斜率为 k7.8;因此磁场 B=7.86.251019 m-31.610-190.210-3=0.016 T。(3)UH是外电压,那么 代表了外电阻,而霍尔元件的电阻,即为内电阻,因此不正确,原因电流 I 不是由 UH产生的。答案:(1)M 极 (2)图象见解析图 0.016(3)不正确,电流 I 不是由 UH产生的
