高中物理利用传感器制作简单的自动控制装置试题

有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R（是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器）、显示体重的仪表G（实质是理想电流表），设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3A，电源电动势为12V，内阻为2Ω，电阻R随压力变化的函数式为R=30-0.02F（F和R的单位分别是N和Ω）。下列说法正确是                                                                                                                   （   ）

A．该秤能测量的最大体重是1300N

B．体重为1300N应标在电流表G刻度盘2A刻度处

C．该秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表G刻度盘0刻度处

D．该秤零刻线应标在电流表G刻度盘的最右端

如题17图所示的电容式话筒就是一种电容式传感器，其原理是：导电性振动膜片与固定电极构成了一个电容器，当振动膜片在声压的作用下振动时，两个电极之间的电容发生变化，电路中电流随之变化，这样声信号就变成了电信号．则当振动膜片向左振动时，以下说法中正确的是

①电容器电容值增大
②电容器带电荷量减小
③电容器两极板间的场强增大
④电阻R上电流方向自左向右

A．①③

B．①④

C．②③

D．②④

酒精测试仪用于机动车驾驶人员是否酗酒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，电压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的倒数与酒精气体的浓度成正比，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越大，c与U成正比

B．U越大，表示c越大，但是c与U不成正比

C．U越大，表示c越小，c与U成反比

D．U越大，表示c越小，但是c与U不成反比

运用玻意耳定律可以测量小晶体的密度，实验步骤如下：
Ⅰ．取适量小晶体，用天平测出其质量，然后将小晶体装入注射器内；
Ⅱ．缓慢推动活塞至某一位置，记录活塞所在位置的容积刻度V₁，通过压强传感器、数据采集器从计算机上读取此时气体的压强P₁；
Ⅲ．重复步骤Ⅱ，记录活塞在另一位置的容积刻度V₂和读取相应的气体的压强P₂；
Ⅳ．处理记录的数据，算出小晶体的密度．

（1）为了减小实验误差，现采用作直线图线的方法来处理表格中的实验数据．按此要求，右边方格图的纵坐标应标明的物理量是_____________，横坐标则应标明_____________，根据表格数据在方格图中画出相应图线；

（2）如果图线的斜率用k表示，则注射器内小晶体的体积v₀与容积刻度V、气体的压强P的关系表达式为：v₀=__________________；
（3）实验测得这些小晶体的质量为6.48×10^-3kg，则小晶体的密度大小为________kg/m³．

工业生产中需要物料配比的地方，常用“吊斗式”电子秤，图1所示的是“吊斗式”电子秤的结构图，其中实现称质量的关键性元件是拉力传感器．拉力传感器的内部电路如图2所示，R₁、R₂、R₃是定值电阻，R₁=20kΩ，R₂=10kΩ，R₀是对拉力敏感的应变片电阻，其电阻值随拉力变化的图象如图3所示，已知料斗重1×10³N，没装料时U_ba=0，g取10m/s²．下列说法中正确的是

A．R3阻值为40 kΩ

B．装料时，R0的阻值逐渐变大，Uba的值逐渐变小

C．应变片电阻一般是用半导体材料制成的

D．应变片电阻的作用是把力学量转换为电学量

某同学利用光电门传感器设计了一个研究小物体自由下落时机械能是否守恒的实验，实验装置如图所示，图中A、B两位置分别固定了两个光电门传感器．实验时测得小物体上宽度为d的挡光片通过A的挡光时间为t₁，通过B的挡光时间为t₂．为了证明小物体通过A、B时的机械能相等，还需要进行一些实验测量和列式证明．

（1）（单选）选出下列必要的实验测量步骤

A．用天平测出运动小物体的质量m

B．测出A、B两传感器之间的竖直距离h

C．测出小物体释放时离桌面的高度H

D．用秒表测出运动小物体通过A、B两传感器的时间△t

（2）若该同学用d和t的比值来反映小物体经过A、B光电门时的速度，并设想如果能满足________________________关系式，即能证明在自由落体过程中小物体的机械能是守恒的．
（3）该同学的实验设计可能会引起明显误差的地方是（请写出一种）：
____________________________________________________________________________．

实验小组为了测量一栋26层的写字楼每层的平均高度（层高）及电梯运行情况，请一质量为m="60" kg的同学站在放于电梯的水平地板上的体重计上，体重计内安装有压力传感器，电梯从一楼直达26楼，已知t=0至t="1" s内，电梯静止不动，与传感器连接的计算机自动画出了体重计示数随时间变化的图线，如下图．求：
（1）电梯启动和制动时的加速度大小：
（2）该大楼每层的平均层高．

现代技术中，传感器是指这样一类元件：它能够将诸如力、温度、光、声、化学成分等大量电学量按照一定规律转换为电学量。如图所示的装置就是一种测压强的传感器。图中A、B为大小、形状完全相同的金属板，它们构成一个电容器，其中A权被固定，两金属板的正对面积为S。金属板是空气的介电常数为，静电力常量为k。C、D是两根完全一样的轻质弹簧，它们的劲度系数为两弹簧一端固定，另一端与金属板B上的绝缘杆相连。传感器未工作时，弹簧处于自然长度，两金属板间的距离为
（1）现将两金属板与直流电源相连对电容器进行充电，充至电容器两极间电压为U后与电源断开。由于两金属板带电导致的两板间距的变化忽略不计，求电容器所带电荷量；
（2）若仅已知现对极板B的右侧施加一均匀向左的待测压强P，甲同学说：可以通过测量施加压强前后两极板间的电压U₀，对压强进行测量；乙同学说：可以通过测量施加压强前后电容器的带电量对压强进行测量。
a．你选择上述哪种方法，指出这种方法中开关所处的状态，并简要说明理由。
b．根据你选择的方法，通过推导写出压强的表达式。

现代汽车在制动时，有一种ABS系统，它能阻止制动时车轮抱死变为纯滑动．这种滑动不但制动效果不好，而且易使车辆失去控制．为此需要一种测定车轮是否还在转动的装置．如果检测出车辆不再转动，就会自动放松制动机构，让轮子仍保持缓慢转动状态．这种检测装置称为电磁脉冲传感器，如图甲，B是一根永久磁铁，外面绕有线圈，它的左端靠近一个铁质齿轮，齿轮与转动的车轮是同步的．图乙是车轮转动时输出电流随时间变化的图象．

（1）说明为什么有电流输出？
（2）若车轮转速减慢了，图象会变成怎样？（画在图乙上）

利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域。
如图1，将一金属或半导体薄片垂直置于磁场中，在薄片的两个侧面间通以电流I时，另外两侧间产生电势差，这一现象称为霍尔效应。其原因是薄片中的移动电荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累，于是间建立起电场，同时产生霍尔电势差。当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时，和达到稳定值，的大小与和以及霍尔元件厚度之间满足关系式＝，其中比例系数称为霍尔系数，仅与材料性质有关。

（1）设半导体薄片的宽度（间距）为，请写出和的关系式;若半导体材料是电子导电的，请判断图1中哪端的电势高;[
（2）已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为，电子的电荷量为，请导出霍尔系数的表达式。（通过横截面积的电流，其中是导电电子定向移动的平均速率）;
（3）图2是霍尔测速仪的示意图，将非磁性圆盘固定在转轴上，圆盘的周边等距离地嵌装着个永磁体，相邻永磁体的极性相反。霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近。当圆盘匀速转动时，霍尔元件输出的电压脉冲信号图像如图3所示。
a.若在时间内，霍尔元件输出的脉冲数目为，请导出圆盘转速N的表达式。
b.利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程。除此之外，请你展开"智慧的翅膀"，提出另一个实例或设想。

有一种测量人体重的电子秤，其原理如图中虚线内所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R（是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器）、显示体重的仪表G（实质是理想电流表）。设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3A，电源电动势为12V，内阻为2Ω，电阻R随压力变化的函数式为R =30–0.02F（F和R的单位分别是N和Ω）。下列说法正确是[      ]

A．该秤能测量的最大体重是1400N

B．该秤能测量的最大体重是1300N

C．该秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表G刻度盘0.375A处

D．该秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表G刻度盘0.400A处

由门电路构成的一简单路灯控制电路如图所示，其中R’为光敏电阻，光照时电阻很小，R为变阻器，L为灯泡。其工作情况是：当光敏电阻受到光照时，灯L不亮，不受光照时，灯L亮。虚框内该逻辑电路是     门电路。若路灯系统发生了故障，无论有无光照灯L都亮，经检查发现光敏电阻工作正常，则发生该故障的原因是              。

温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中，它是利用热敏电阻的随温度变化而变化的特性工作的.在图甲中，电源的电动势E="9.0" V，内电阻可忽略不计；G为灵敏电流表，内阻R_g保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度变化关系如图乙的Rt图线所示.闭合开关S，当R的温度等于20℃时，电流表示数I₁="2" mA，则当电流表的示数I₂="3.6" mA时，热敏电阻R的温度是多少摄氏度？

某同学利用图（a）所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图（b）所示。实验中小车（含发射器）的质量为200g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到。回答下列问题：

（1）根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成        （填“线性”或“非线性”）关系。
（2）由图（b）可知，a-m图线不经过原点，可能的原因是         。
（3）若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力      mg 作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是 ，钩码的质量应满足的条件是       。

电容式传感器是用来将各种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，从而又可推出另一个物理量的值的变化，如图所示是四种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不正确的是（ ）

A． 如图的传感器可以用来测量角度

B． 如图的传感器可以用来测量液面的高度

C． 如图的传感器可以用来测量压力

D．

如图的传感器可以用来测量速度