- 实验：传感器的应用
- 共123题
如图所示为一种加速度仪的示意图。质量为m的振子两端连有劲度系数均为k的轻弹簧，电源的电动势为E，不计内阻，滑动变阻器的总阻值为R，有效长度为L，系统静止时滑动触头位于滑动变阻器正中，这时电压表指针恰好在刻度盘正中。求：
（1）系统的加速度a（以向右为正）和电压表读数U的函数关系式。
（2）将电压表刻度改为加速度刻度后，其刻度是均匀的还是不均匀的？为什么？
（3）若电压表指针指在满刻度的3/4位置，此时系统的加速度大小和方向如何？
正确答案
解：（1）当振子向左偏离中间位置x距离时，由牛顿第二定律得
电压表的示数为
由以上两式解得
（2）均匀，因为加速度a与电压表示数U是一次函数（线性关系）
（3）当滑动触头滑到最右端时，电压表最大示数
代入③式解得
在日常生活中我们会利用传感器、控制器和执行器等元器件来组成各种报警系统．现在可以提供以下元器件：A光传感器，B声传感器，C红外传感器，D与门控制器，E或门控制器，F非门控制器，G小灯泡，H蜂鸣报警器．
请按以下要求选择合适的元器件（用上面元器件前的字母）填入相应的括号内．
白天灯亮，夜晚有人靠近灯亮：
传感______⇒控制______⇒执行______．
正确答案
（1）白天指示灯自动点亮，夜晚自动熄灭，说明传感器能感受光的变化，需要光传感器；
夜晚如果有人靠近，灯自动点亮，当人离开后，指示灯自动熄灭，可以使用红外传感器控制指示灯；
（2）由题意知，只需可见光或红外线中的一种就可以控制指示灯亮与灭，因此控制器为：“或”门控制器；
（3）由题意可知，执行器是小灯；
故答案为：（1）AC；（2）E；（3）G．
一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随t变化的关系如图中实线①所示，由于环境温度以及熨烫的衣服厚度、干湿等情况不同，熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大范围内波动，易损坏衣物。
有一种用主要成分为BaTiO3被称为“PTC”的特殊材料作发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点，PTC 材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示，根据图线分析：
（1）为什么处于冷态的PTC熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快？
（2）通电一段时间电熨斗温度t自动稳定在T____＜t ＜T____范围之内。（填下标数字）
正确答案
（1）由于冷态时PTC材料电阻较小，由
（2）6，7
如图所示“神舟”五号飞船发射升空时，火箭内测试仪平台上放一个压力传感器，传感器上面压一质量为M的物体，火箭点火后从地面向上加速升空，当升到某一高度时，加速度为
正确答案
解：设此时火箭升空高度为H，此处重力加速度为g'，则有F－Mg'=Ma
由万有引力定律得(R+H)2g'=R2g
又
解得
如图甲、乙所示是A和B两位同学在科技活动中自制的利用电压表示数来指示物体质量的电子秤原理图，托盘与电阻可忽略的弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计，滑动变阻器的滑动端与弹簧连接，当托盘中没有放物体时，电压表示数为零设变阻器总电阻为R，总长为l，电源电动势为E，内阻为r，限流电阻阻值为R0，弹簧劲度系数为k，不计一切摩擦和其他阻力，电压表为理想电表，推导图甲和图乙中电压表示数Ux与物体质量m的关系式，说明哪位同学设计的方案更可取。
正确答案
设托盘中放质量为m的物体时，滑动变阻器的上端到滑动端的长度为x，电压表示数为Ux，据题意有mg= kx，
对于甲图有
对于乙图有Ux=
对比两式可知，前式中Ux与m成正比，便于测量；而后式中Ux与m不成正比，不便于测量。依据可操作性原则可知A同学设计的原理图更可取。
图示为某同学在探究活动中设计的一种电子秤，已知电源的电动势为E，内阻不计，电阻分布均匀的可变电阻总长为L，总电阻为R，弹簧的劲度系数为k，连接电压表的导线可自由伸缩，不测量时指针P在a处（如图中虚线所示），使电压表的示数与所称重力对应便成为电子秤。
（1）不称重时，图中的电压表的示数为_____________。
（2）所称物体的重力G与电压表的示数U以及E、k、L的关系为_____________。
（3）该设计的电路对应电表上重力刻度线是否均匀？_____________。
正确答案
（1）0
（2）
（3）是
用煤气烧水时，如果水开了，不及时关掉煤气，时间长了，会发生火灾，请设计一报警器，水开时，能及时报警，提醒主人及时关掉煤气？
正确答案
如图所示，当t上升到一定温度，Rt变得较小，AB间电压变得较大，使蜂鸣器D工作报警
如图所示
（1）图甲是____的电容式传感器，原理是__________________；
（2）图乙是____的电容式传感器，原理是__________________；
（3）图丙是____的电容式传感器，原理是__________________；
（4）图丁是____的电容式传感器，原理是__________________。
正确答案
（1）角度；当动片旋进的角度不同时，电容器的正对面积不同，电容不同
（2）液体；导电液体相当于电容器的一个极板，当液体深度发生改变时，相当于两极板的正对面积发生改变，电容也随之改变
（3）压力；当作用在一个电极的压力改变时，金属片的形变也发生改变，两极板的距离发生改变，电容也发生改变
（4）位移；电介质板和物体固定在一起，当物体发生一小段位移时，插入两极板间的电介质发生变化，导致电容发生变化
解决楼道的照明问题，某中学一研究性学习小组决定在楼道内安装一个传感器与控制电灯的电路相接。当楼道内有走动而发出声响时，电灯即被电源接通而发光，这种传感器为______________传感器，它输入的是______________信号，经传感器转换后，输出的是______________信号。
正确答案
声电，声，电
下图所示的电容式话筒是何种传感器？说明它的工作原理．
正确答案
电容式话筒也是利用电容器的电容与极板间距离的关系来工作的，话筒的振动膜涂有薄薄的金属层，膜后相距几十微米处有一个金属片，它们构成电容器的两个极板．声波使振动膜发生振动，电容器的电容不断变化，电容器产生充、放电电流，声信号就被话筒转化为电信号输出。
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