2020年基于核心素养下的34个中考物理特色专题 专题17 传感器问题（含解析）.doc

专题17 传感器问题传感器它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按一定规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。即传感器能将被测信号量的微小变化转换成电信号的变化。近几年来，各地年中考出现以传感器件为背景的试题，综合考查学生的基础知识和技能。希望毕业班学生在中考复习时要重视这类问题。【例题1】距离传感器是一种测量距离的仪器，它发出的超声波遇到物体后反射回传感器，传感器收到信号后自动计算出物体与传感器的距离，并显示物体的s-t图象。已知超声波在空气中的速度是340m/s。（1）若传感器在发出信号后0.01s收到从物体反射回来的信号，物体距传感器多远？（2）若显示物体的s-t图象如图甲，物体在0至15s的运动情况如何？为什么？（3）另外一物体在f=10n的水平拉力作用下，沿水平地面做直线运动。传感器显示物体的s-t图象如图乙。求：在0至15s物体受到的摩擦力是多大？（写出分析过程）【答案】见解析。【解析】（1）s=vt=3400.012 m =1.7m（2）物体处于静止状态。因为物体运动的路程s没有随时间t改变。（3）由图可知该物体运动的路程s与t成正比，说明物体在做匀速运动，故受力平衡则f=f=10n【例题2】如图甲是某种型号的轿车，车的质量为600kg，每个轮胎与地面的接触面积为200cm2。一次该车在一段平直的公路上匀速行驶，遇到车速监控检测点。检测点的距离传感器从向车发出超声波信号到接收到信号共用了0.6s。在连接距离传感器的计算机屏幕上显示的该车运动的st图像如图乙所示（超声波在空气中传播速度为340m/s）。求：该小轿车空载时对地面的压强。超声波信号遇到小车时，小车与检测监控点的距离。若小车在运动中所受阻力大小为3000n，则小车在10s内牵引力所做的功。【答案】见解析。【解析】f=g=mg=600kg10n/kg=6000np=f/s=6000n/（0.024）m2=7.5104pas=vt=340m/s0.6s=204m s=s/2=102mv=s/t=80m/4s=20m/sw=fs=3000n20m/s10s=6105j【例题3】如图甲所示是某电器中的一个电路，r是热敏电阻，其阻值随温度变化的图象如图乙所示；电源电压u保持不变，r0为定值电阻。闭合开关电路工作时，随着工作环境温度的升高，电压表的示数_（选填“变大”、“变小”或“不变”）；电路消耗的电功率的表达式p=_（用题中所给字母表示）；已知当温度为40时，定值电阻与热敏电阻的阻值相等，则温度由40上升到100时，定值电阻r0先后消耗的电功率之比是_。 【答案】变大；9:16【解析】抓住图像的特点，分别找出温度由40、100时，热敏电阻的阻值，结合已知条件确定定值电阻r0的阻值，欧姆定律公式和电功率公式分别把前后温度不同时定值电阻消耗的电功率，用数学表达式表示出来，然后就很容易求出比值。由乙图可知热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，故由欧姆定律可得电路中电流增大，由欧姆定律得，r0两端的电压增加，即电压表示数增大。电路总电阻为r总=r+r0，根据p=u2/r总得电路总的电功率p=u2/（r+r0）当温度为40时，定值电阻与热敏电阻的阻值相等，即r1=r0=200 定值电阻消耗的电功率p1=i12r0= u2r0/（r1+r0）2= 200u2/（400）2=u2/800100时，热敏电阻的阻值r=100 r0=200 这时定值电阻消耗的电功率p2=i22r0= u2r0/（r2+r0）2=200u2/（300）2=2u2/900则温度由40上升到100时，定值电阻r0先后消耗的电功率之比是p1：p2= u2/800：2u2/900=9:161如图甲是某生产流水线上的产品输送及计数装置示意图其中s为激光源，r1为光敏电阻（有光照射时，阻值较小；无光照射时，阻值较大），r2为定值保护电阻，a、b间接“示波器”（示波器的接入对电路无影响）水平传送带匀速前进，每当传送带上的产品通过s与r1之间时，射向光敏电阻的光线会被产品挡住若传送带上的产品为均匀正方体，示波器显示的电压随时间变化的关系如图乙所示已知计数器电路中电源两极间的电压恒为6v，保护电阻r2的阻值为400则（）a有光照射时光敏电阻r1的阻值为800b有光照射和无光照射时保护电阻r2两端的电压之比为1：2c有光照射和无光照射时光敏电阻的阻值之比为1：2d每lh通过s与r1之间的产品个数为6000个【答案】d【解析】（1）由甲图可知：r1、r2串联，由光敏电阻有光照射时阻值较小可知，当有光照射时，r1的阻值变小，电路的总电阻变小；根据i=可知，电路中的电流变大；根据u=ir可知，r2两端的电压变大；根据串联电路总电压等于各分电压之和可知，r1两端的电压变小，即r1两端的电压较低，由图象知r1的电压u1=2v，则u2=uu1=6v2v=4v，电路中的电流：i=0.01a，光敏电阻的阻值：r1=200，故a不正确（2）r1无激光照时，由图象可得u1=4v，u2=uu1=6v4v=2v，所以，有光照射和无光照射时保护电阻r2两端的电压之比u2：u2=4v：2v=2：1，故b不正确；i=0.005a，此时电阻r1的阻值：r1=800，所以，光照射和无光照射时光敏电阻的阻值之比r1：r1=200：800=1：4，故c不正确；（3）由图象可知：每经过0.6s，就有一个产品通过计数装置n=6000个，故d正确2.如图所示，长1.6m、粗细均匀的金属杆可以绕o点在竖直平面内自由转动，一拉力位移传感器竖直作用在杆上，并能使杆始终保持水平平衡该传感器显示其拉力f与作用点到o点距离x的变化关系如图所示据图可知金属杆重（）a5 n b10 n c20 n d40 n【答案】b 【解析】根据图像知道fx=8n m设杆重力为g, 对应力臂为l=0.8 m根据杠杆平衡条件有fx=glg= fx/l=8n m/0.8 m=10n 3压敏电阻的阻值是随所受压力的增大而减小的小聪同学想设计一个通过电表示数反映压敏电阻所受压力大小的电路，要求压力增大时电表示数增大以下电路不符合要求的是（）a b c d【答案】d【解析】在串联电路中，用电器两端电压与其阻值成正比；在并联电路中，干路电流等于支路电流之和；支路电流与其阻值成反比由图知：a压敏电阻与定值电阻并联当压力增大时，压敏电阻阻值减小，并联电路总电阻减小，电源电压一定，所以干路电流增大，电流表示数增大符合要求；b压敏电阻与定值电阻并联当压力增大时，压敏电阻阻值减小，两端电压一定，所以电流表示数增大符合要求；c压敏电阻与定值电阻串联当压力增大时，压敏电阻阻值减小，根据串联电路用电器两端电压与其阻值成正比知，压敏电阻两端电压减小，所以定值电阻两端电压增大，电压表示数增大符合要求；d压敏电阻与定值电阻串联当压力增大时，压敏电阻阻值减小，根据串联电路用电器两端电压与其阻值成正比知，压敏电阻两端电压减小，所以电压表示数减小不符合要求4图是一种输液时所用报警电路：电源电压恒定，r为定值电阻，闭合开关s，贴在针口处的传感器m接触到从针口处漏出的药液后，其电阻rm发生变化，导致电压表的示数增大而触犯警报器（图中未画出）报警，则m接触药液后（）am的电阻rm变大b电路消耗的总功率变大c电压表与电流表的示数乘积不变d电压表与电流表的示数之比变大【答案】b【解析】由电路图可知，定值电阻r与传感器电阻m串联，电压表测r两端的电压，电流表测电路中的电流由题意可知，m接触药液后，警报器报警，电压表v的示数增大，由i=的变形式u=ir可知，电压表示数增大时，电路中的电流变大，即电流表的示数变大，则电压表与电流表的乘积变大，故c错误；由p=ui可知，电源电压不变时，电路消耗的总功率变大，故b正确；由r=可知，电路中的总电阻变小，因串联电路中总电阻等于各分电压之和，所以，m的电阻rm变小，故a错误；由r=可知，电压表v与电流表a的比值等于定值电阻r的阻值，则电压表与电流表的比值不变，故d错误5. 如图所示是检测酒精浓度的测试仪原理图，图中电源电压恒定为8v，r1为定值电阻，酒精气体传感器r2的阻值随酒精气体浓度的增大而减小。当酒精浓度为0时，r2=60，此时电压表示数为2v。以下说法错误的是（ ）a. 若酒精气体浓度越大，电压表和电流表示数都越大b. 定值电阻r1的阻值为20c. 酒精浓度为0时，电路消耗的总功率为0.6wd. 若电流表示数达到0.2a时，表示酒驾，此时r2消耗的电功率为0.8w【答案】c【解析】a由电路图可知，电阻r1和r2串联，电压表测r1两端的电压，电流表测电路中的电流，若酒精气体浓度越大，则r2减小，电路的总电阻减小，由欧姆定律可知，电流变大，根据u=ir，电压表示数变大，故a正确。bc当酒精浓度为0时，r2=60，此时电压表示数为2v。根据串联电路的电压关系，r2的电压u2=u-u1=8v-2v=6v，电压表示数为r2电压的倍，根据串联分压原理，定值电阻r1的阻值为，故b正确。此时，串联电路的总电阻r=r1+r2=20+60=80，电路消耗的总功率为，故c错误。d若电流表示数达到0.2a时，酒精气体传感器的电阻，此时r2消耗的电功率为，故d正确。6.某小组同学利用由硫化镉半导体材料制成的光敏电阻、电压恒定的电源、电流表、电键和导线组成电路，并用强度相同的不同光，做了如图（a）、（b）、（c）所示的三次实验。下列说法正确的是（ ）a.“探究由光敏电阻的阻值特性与照射的光线种类的关系”b.比较（a）和（b）两图可以发现：该光敏电阻的电阻值特性与红外光线无关。c.比较（a）和（c）两图可以发现：在电压一定时，用强度相同的可见光线或紫外光线照射到由硫化镉半导体材料制成的光敏电阻上，通过光敏电阻的电流是不相等的，用紫外光线照射时通过的电流较大，因此该光敏电阻的电阻特性与紫外光线有关，用紫外光线照射时其电阻值较小。d.根据上述研究情况，可以提出一个进一步研究的问题是“是否所有的光敏电阻的电阻特性与紫外光线有关？”。【答案】acd 【解析】a.有（a）（b）（c）三个图可以看到不同光线照射同一电阻时，通过控制电压相同，来观察电流是否相同，来进一步了解电阻阻值是否变化。所以研究的问题是“探究由光敏电阻的阻值特性与照射的光线种类的关系”。b.比较（a）和（b）两图可以发现：在电压一定时，用强度相同的可见光线或紫外光线照射到由硫化镉半导体材料制成的光敏电阻上，通过光敏电阻的电流是相等的，该光敏电阻的电阻值特性与红外光线无关。这里一定要控制电源电压不变，强度相同的可见光线或紫外光线。c.在电压一定时，用强度相同的可见光线或紫外光线照射到由硫化镉半导体材料制成的光敏电阻上，通过光敏电阻的电流是不相等的，用紫外光线照射时通过的电流较大，因此该光敏电阻的电阻特性与紫外光线有关，用紫外光线照射时其电阻值较小。d.是否所有的光敏电阻的电阻特性与紫外光线有关？其他答案合理给分.7在创客比赛中，晓光设计了一个暖箱温度显示器，如图甲所示，其原理是利用电压表的示数表示暖箱内的温度，已知电源电压恒定为4v，r0的阻值为150，r1是热敏电阻，图乙是它的阻值-温度的关系图象，当暖箱内温度为60时，电压表的示数是 v；电压表的量程为03v，则暖箱内的最高温度是 若将r0换用阻值更大的电阻，则暖箱内能达到的最高温度将 （选填“升高”“降低”或“不变”）。【答案】2；100；降低。【解析】由电路图可知，热敏电阻r1与定值电阻r0串联，电压表测r0两端的电压。（1）由图象可知，当暖箱内温度为60时，r1150，因串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以，电路中的电流：ia，电压表的示数：u0ir0a1502v；（2）由图象可知，当温度升高时，热敏电阻r1的阻值减小，电路的总电阻减小，由i可知，电路中的电流变大，电压表的示数变大，所以当电压表的示数为3v时，暖箱内的温度最高，因串联电路中各处的电流相等，所以，此时电路中的电流：ia，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以，热敏电阻r1两端的电压：u1uu0大4v3v1v，此时热敏电阻的阻值：r150，由图象可知，暖箱内的最高温度是100；（3）暖箱内的温度最高时，r0两端的电压为3v不变，电源电压恒定为4v，则热敏电阻两端的电压为1v也不变，将r0换用阻值更大的电阻时，通过r0的电流变小，通过热敏电阻的电流也变小，由r可知，热敏电阻的阻值变大，由图象可知，暖箱内能达到的最高温度将降低。8.图甲是某小区高层住宅电梯结构的示意图，它主要是由轿厢、滑轮、配重、缆绳及电动机等部件组成，小明家住该小区某栋楼的16楼，他乘电梯从1楼匀速升到16楼用时50s，已知每层楼的高度为3m小明重600n轿厢重5400n，动滑轮和细绳的重力以及摩擦力均忽略不计，针对此时程，解答下列问题（1）拉力f的功率为多大？（2）动滑轮a提升小明的机械效率为多少？（3）图乙是该电梯超载自动报警系统工作原理的示意图，在工作电路中，当电梯没有超载时，触点k与触点a接触，闭合开关s，电动机正常工作，当电梯超载时，触点k与触点b接触，电铃发出报警铃声，即使闭合开关s，电动机也不工作，在控制电路中，已知电源电压为6v，保护电阻r2=100，电阻式压力传感器r1的阻值随乘客压力（f压）大小变化如图丙所示，电磁铁线圈的阻值忽略不计，当电磁铁线圈电流超过0.02a时，电铃就会发出警报声，若乘客人均重为700n，该电梯最多可以乘载多少人？【答案】（1）拉力f的功率为18000w；（2）动滑轮a提升小明的机械效率为0%；（3）该电梯最多可以乘载12人【解析】本题考点有欧姆定律的应用、滑轮（组）的机械效率、功率的计算（1）拉力f=（g+g轿厢）=3000n，轿厢上升的高度h=153m=45m，拉力移动距离s=2h=245m=90m，拉力做的功w总=fs=3000n90m=270000j，拉力的功率p=18000w；（2）滑轮提升小明做的有用功：w有用=gh=600n45m=27000j，动滑轮a提升小明的机械效率=100%=100%=10%；（3）由欧姆定律得：电路总电阻r=300，此时压力传感器的电阻值r1=rr2=300100=200，根据图象可知此时的最大压力为9000n，电梯承载的人数=12人9压力传感器是电子秤中的测力装置，可视为阻值随压力而变化的压敏电阻。小刚从某废旧电子秤上拆下一个压力传感器，探究其阻值与所受压力大小（不超过250n）的关系，如图是小刚设计的实验电路图。电源电压恒定，r0为定值电阻，r1为压力传感器。（1）连接电路时开关应，电路中r0的作用是。（2）闭合开关，发现电流表无示数，电压表示数接近电源电压，电路出现的故障是；排除故障后，逐渐增大r1受到的压力，闭合开关，读出电流表和电压表的示数，计算出对应的r1的阻值，记录如表，第5次测深时，电压表示数为4v电流表示数为0.2a此时r1的阻值为欧。请根据表中的数据在图2中画出r1随f变化的关系图象。次数123456f/n050100150200250r1/6050403010（3）通过实验探究可归纳出，r1的阻值随压力f大小变化的关系式为 ，当r的阻值为32时，r1上受到的压力是n，若此压力为压力传感器在电子称正常工作时受到的压力，则电子秤应显示kg。【答案】（1）断开；保护电路；（2）r1断路；20；（3）r1600.2f；140；14。【解析】（1）为了保护电路，连接电路时，开关应断开；因为串联电阻起分压作用，所以电路中串联电阻r0是为了保护电路；（2）电流表无示数，电路发生断路，电压表等于电源电压，则与电压表并联的电阻丝r1断路；根据欧姆定律i知，第5次电阻值为：r120；把压力大小作为横坐标，把电阻大小作为纵坐标，在坐标系中描点连线即可得压敏电阻r1的阻值随压力f的大小变化的图象，如图：（3）根据r1的阻值随压力f的大小变化的图象可知，压敏电阻r1的阻值与压力f成一次函数关系，设它们的关系式为r1kf+b。把f50n，r150和f100n，r140代入式可得：5050k+b，40100k+b联立方程可得：k0.2，b60，所以它们的关系式为r1600.2f；把r32代入r1600.2f，即32600.2f，解得f140n，因为压力等于重力，所以gf140n，物体的质量：m14kg。10.新农村建设让农村面貌焕然一新许多楼房顶部装有自动供水水箱，箱体重1250n，与水平楼顶接触面积为1.5m2为了控制进水量，在水箱顶部安装压力传感器，如图所示，a物体通过细线与压力传感器相连接，压力传感器相等于拉线开关，a的密度是2.5103kg/m3，a重为25n当压力传感器受到竖直向下的拉力等于25n时闭合，电动水泵向水箱注水；当拉力等于15n时断开，电动水泵停止向水箱注水（1）求未装水时整个水箱对楼顶的压强是多少？（压力传感器及连接线质量不计，g取10n/kg）（2）通过计算说明当水面与a上表面相平时，电动水泵能否停止注水？（g取10n/kg，连接线体积不计）【答案】（1）1030pa （2）水面与a 物体上表面相平时，电动水泵停止注水【解析】（1）未装水时整个水箱对楼顶的压力f=g=1520n+25n=1545n，则p=f/s=1545n/1.5/m2=1030pa；（2）由电动水泵向水箱注水；当拉力等于15n时断开，可知，此时a受到的浮力f浮=g-f拉=25n-15n=10n，a的质量m=g/g=25n/10n/kg =2.5kg，由=m/v可得，a的体积v=m/=2.5kg/2.5103kg/m3=110-3m3，当水面与a上表面相平时，v排=v=110-3m3，此时a受到的浮力f浮=gv排=1.0103kg/m310n/kg110-3m3=10n，则f浮=f浮1，即当水面与a上表面相平时，电动水泵停止注水11智能自动化管理是未来社会的发展趋势，如图甲所示为某工作室的自动化光控电路图，其中光敏电阻r的阻值随照度变化的关系如图乙所示（照度表示物体被照明的程度，单位是ix）。请你回答下列问题：（1）电磁继电器是利用电流 效应工作的，当光照强度增强时，光敏电阻将 ，控制电路中的电流将 （选填“变大”“变小”或“不变”）。长时间使用后，控制电路中的电流将降低，若在相同的情况下接通电路，则光照强度 。（选填“增强”“减弱”或“不变”）。（2）当开关s闭合时，光敏电阻上的照度大于或等于0.41x时，警示灯l亮，已知控制电路的电源电压为22v，电磁继电器的线圈电阻为10，此时控制电路中的电流是多大？（3）若使电流达到0.2a时，光敏电阻上的照度大于或等于0.41x时警示灯l亮，试通过计算说明怎样改装控制电路。（注：可以添加必要的元件）【答案】（1）磁；变小；变大；增强；（2）此时控制电路中的电流是0.44a；（3）可以在控制电路中串联接入一个 60的电阻。【解析】（1）电磁继电器是利用电流磁效应工作的，当光照强度增强时，由图乙知，光敏电阻将变小，根据电阻的串联，总电阻变小，由欧姆定律可知，控制电路中的电流将变大；长时间使用后，控制电路中的电流将降低，若在相同的情况下接通电路，需要增大电流，由欧姆定律可知，要减小光敏电阻的阻值，由图乙知，则光照强度增强；（2）当照度等于 0.4lx 时，由图知，光敏电阻的阻值r40，根据欧姆定律和电阻的串联可得，此时控制电路中的电流为：i0.44a；（3）当电流达到 0.2a 时，由欧姆定律可得控制电路中的总电阻：r总110，由于此时的总电阻大于原来的总电阻，所以应在控制电路中串联一个电阻；当照度等于 0.4lx 时，警示灯l亮，光敏电阻的阻值仍然为r40，根据电阻的串联，串联电阻的阻值：r串r总r光r线110401060，即可以在控制电路中串联接入一个 60的电阻。12.图甲为热敏电阻的rt图象，图乙为用此热敏电阻r和继电器组成的恒温箱的简单温控电路，继电器线圈的电阻为150欧，当线圈中电流大于或等于28毫安时，继电器的衔铁被吸合，为继电器线圈供电的电池的电压为6伏，图中的“电源”是恒温箱加热器的电源（1）从图甲中可得50时热敏电阻的阻值为欧（2）恒温箱的加热器应接在a、b端还是c、d端？（3）若恒温箱内的温度达到100时，通过计算分析恒温箱加热器是否处于工作状态？（4）若在原控制电路中，串联接入一个可变电阻，当该电阻增大时，所控制的恒温箱内的最高温度将（选填“变大”“不变”或“变小”）【答案】（1）90；（2）恒温箱的加热器应接在a、b端；（3）若恒温箱内的温度达到100时，通过计算分析恒温箱加热器不处于工作状态；（4）变大；【解析】（1）分析图甲可知，50时热敏电阻的阻值为90；（2）a、b当温度较低的时候，热敏电阻的电阻较大，电路中的电流较小，此时继电器的衔铁与ab部分连接，此时是需要加热的，恒温箱内的加热器要工作，所以该把恒温箱内的加热器接在a、b 端（3）当温度达到100时，据甲图可知，此时的电阻是50，继电器线圈的电阻为150，所以该电路的电流是：i=0.03a=30ma，所以其大于28ma，故恒温箱不处于工作状态；（4）据题意可知，“当线圈中电流大于或等于28毫安时，继电器的衔铁被吸合”即恒温箱会停止工作，故可知，若在控制电路中串联一个电阻后，电路电阻变大，同样情况下，使得电路电流变小，故控制电路达到28ma时所用的时间会更长，故可知，保温箱的加热时间会更长，故保温箱内的温度会更高13.阅读短文，回答问题：力传感器在电子秤中的应用电子秤所使用的测力装置是力传感器常见的一种力传感器由弹簧钢和应变片组成，其结构示意图如图甲所示弹簧钢右端固定，在其上、下表面各贴一个相同的应变片若在弹簧钢的自由端施加向下的作用力f，则弹簧钢发生弯曲，上应变片被拉伸，下应变片被压缩力越大，弹簧钢的弯曲程度越大应变片结构如图乙所示，其中金属电阻丝的阻值对长度变化很敏感给上、下金属电阻丝提供相等且大小不变的电流，上应变片两引线间电压为u1，下应变片两引线间电压为u2，传感器把这两个电压的差值u（uu1u2）输出，用来反映力f的大小金属电阻丝的阻值随温度会发生变化，其变化情况如图丙所示为消除气温变化对测量精度的影响，需分别在上、下应变片金属电阻丝与引线之间串联一只合适的电阻，进行温度补偿串联合适的电阻后，测量结果不再受温度影响（1）这种力传感器是将力的大小转换为 (电流/电压)的装置（2）外力f增大时，下列说法正确的是 a上、下应变片金属电阻丝电阻都增大b上、下应变片金属电阻丝电阻都减小c上应变片金属电阻丝电阻减小，下应变片金属电阻丝电阻增大d上应变片金属电阻丝电阻增大，下应变片金属电阻丝电阻减小（3）传感器输出的电压u随外力f增大而 （4）进行温度补偿时，应给上金属电阻丝串联阻值随温度升高而 的电阻，下金属电阻丝串联阻值随温度升高而 的电阻（5）如果未进行温度补偿，自由端受到相同的力f作用，该传感器下应变片两端的电