第五章 传感器 单元测试题（word解析版）

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第二册
第五章
传感器
单元测试题（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共40分）
1．如图所示，额温枪因其具有快速、无接触测温的特点，广泛应用在各类新型冠状病毒防控场所．额温枪核心部件的传感器是（　　）
A．位移传感器
B．声音传感器
C．力传感器
D．红外温度传感器
2．下列哪一项不是现代传感器的应用（
）
A．当你走近自动门时，门会自动打开
B．电梯的两门靠拢接触到人体时，门会自动打开而不会夹伤人
C．电饭煲能自动加热和保温而不会把饭烧焦
D．将自己的银行卡插进自动取款机里能取钱，而不必麻烦银行工作人员
3．如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻为r．不称重物时，滑片P在A端；称重物时，在压力作用下使滑片P下滑，滑动变阻器接入电路的阻值发生变化，通过电流表的示数即可显示被称物体的重量值．在P滑动过程中，弹簧始终未超出弹性限度．则闭合开关S后，下列说法不正确的是（　　）
A．不称重物时电路中有电流
B．所称物体越重，电源两端电压越高
C．所称物体越重，滑动变阻器R两端电压越低
D．所称物体越重，电源的总功率越大
4．下列有关传感器的判断正确的是（
）
A．传感器是将电学量（电压、电流等）转化成非电学量（压力、温度、位移等）的装置
B．把霍尔元件放入磁场中，由于电磁感应现象，在元件的电极间产生感应电动势
C．金属热电阻的电阻率随温度升高而减小
D．干簧管是一种能够感知磁场的传感器
5．传感器是一种采集信息的重要器件，如图所示传感器是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力F作用于可动膜片电极上时，有以下说法：其中正确的是（　　）
①若F向上压膜片电极，电路中有从a到b的电流
②若F向上压膜片电极，电路中有从b到a的电流
③若F向上压膜片电极，电路中不会出现电流
④若电流表有示数，则说明压力F发生了变化
A．②④
B．①④
C．③④
D．①③
6．压敏电阻能够把压力这个力学量转换为电阻这个电学量，压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，在升降机中将重物放在压敏电阻上，压敏电阻接在如图甲所示的电路中，R为定值电阻，电流表示数随时间变化如图乙所示，某同学根据电流表的示数变化情况推断升降机的运动状态，下列说法中正确的是（　　）
A．0~时间内，升降机可能匀速运动
B．0~时间内，升降机一定匀速上升
C．~时间内，升降机可能匀速上升
D．~时间内，升降机一定匀加速上升
7．抗击新型冠状病毒期间，由于无法外出，某同学在家利用所学物理知识设计能显示拉力大小的电子健身器材，如图所示是原理图。轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起（弹簧的电阻不计，P与R1间的摩擦不计），弹簧劲度系数为100N/cm。定值电阻R0=5Ω，ab是一根长为5cm的均匀电阻丝，阻值R1=25Ω，电源输出电压恒为U=3V，理想电流表的量程为0～0.6A。当拉环不受力时，滑片P位于a端。下列关于这个电路的说法正确的是（　　）
A．当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0A
B．当拉力为400N时，电流表指针指在0.3A处
C．当拉力为400N时，电流表指针指在0.5A处
D．该健身器材能测量力的范围是0～400N
8．如图甲所示，M是一个小型理想变压器，原、副线圈匝数之比n1：n2=10：1，接线柱a、b接一正弦交变电源，电压如图乙所示。变压器右侧部分为一火警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器（电阻随温度升高而减小），R1为一定值电阻。下列说法中正确的是（　　）
A．电压表V1示数为22V
B．输入电压瞬时值表达式为u=220sin100πt（V）
C．当R2所在处出现火警时，电流表A的示数变小
D．当R2所在处出现火警时，电压表V2的示数变大
9．将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中，如图所示。在箱子的上顶板和下底板装有压力传感器，箱子可以沿竖直轨道运动。当箱子以a＝2.0
m/s2的加速度竖直向上做匀减速运动时，上顶板的压力传感器显示的压力为6.0
N，下底板的压力传感器显示的压力为10.0
N。取g＝10
m/s2，下列说法正确的是（　　）
A．金属块的质量是0.5
kg
B．若上顶板压力传感器的示数是下底板压力传感器的示数的一半，则箱子是静止的
C．若上顶板压力传感器的示数为零，则轻弹簧的长度保持不变
D．若上顶板压力传感器的示数为零，则箱子有竖直向上的加速度大于或等于10
m/s2
10．利用半导体材料可以制成（　　）
A．标准电阻
B．热敏电阻
C．光敏电阻
D．晶体管
第II卷（非选择题）
二、实验题（共15分）
11．如图所示，某同学利用光敏电阻R（光照越强电阻越小）和继电器设计了一个简单的自动照明系统，天黑时灯泡自动开启，天亮时灯泡自动熄灭。继电器线圈的电阻为50Ω，当线圈中的电流大于10mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器供电的电池电动势E=1.5V，内阻可忽略不计，图中的“电源”是为灯泡供电的电源。
(1)应该把灯泡接在______（填“A、B端”或“C、D端”）。
(2)已知滑动变阻器R'的最大阻值为50Ω，下面两种规格的光敏电阻应该选择______（填“甲”或“乙”）。
光敏电阻甲：白天正午时电阻最小值为5Ω，完全没有光照时电阻最大值为300Ω；
光敏电阻乙：白天正午时电阻最小值为2Ω，完全没有光照时电阻最大值为50Ω。
(3)若第(2)问中所选光敏电阻在下午7点钟时的阻值为其最大阻值的，如果要使此时灯泡刚好自动开启，滑动变阻器R'的接入电阻应该为______Ω；若想让灯泡开启时间提前，应将滑动变阻器R'的接入电阻调______（填“大”或“小”）。
12．某同学设计了一个简易的温控装置，实验原理电路图如图所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当通过继电器的电流超过15mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约20n，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示。
t/°C
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
Rt/Ω
199.5
145.4
108.1
81.8
62.9
49.1
（1）提供的实验器材有∶电源E1（3V，内阻不计）、电源E2（6V，内阻不计）滑动变阻器R1（0~200Ω）滑动变阻器R2（0~500Ω）、热敏电阻Rt、继电器、电阻箱（0~999.9Ω）开关S、导线若干。为使该装置能实现对30~80°C之间任一温度的控制，电源E应选用_______（选填“E1”或“E2”），滑动变阻器R应选用_____（选填“R1”或“R2”）。
（2）欲使衔铁在热敏电阻为50°C时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是_____①。
（填写各步骤前的序号）
①将热敏电阻接入电路
②观察到继电器的衔铁被吸合
③断开开关，将电阻箱从电路中移除
④合上开关，调节滑动变阻器的阻值
⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1Ω
（3）若按（2）步骤正确操作后，发现在温度达到50°C时加热器仍在加热。说明热敏电阻在50°C时的阻值比表格中给出的阻值______。（填“偏大"或“偏小”）
三、解答题（共45分）
13．如图所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔与负温度系数热敏电阻RT的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间。若往RT上擦一些酒精，表针将如何偏转？若用热吹风机对RT加热，表针又将如何偏转？请说明理由。
14．什么是传感器？它的作用是什么？简述一下你对传感器的认识和理解。
15．压敏电阻的阻值随所受压方的增大而减小。某同学利用压敏电阻设计了判断小李运动状态的装置。其工作原理如图（a）所示。将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上、中间放置一个绝缘重球。小球向右做直线动过程中，电流表的示数随时间的变化如图（b）所示。请分析在t1一t2时间内和t2一t3时间内小车的运动情况。
16．如图，电磁继电器和热敏电阻R1等元件组成了恒温箱控制电路，R1处于恒温箱内。电源电动势E=6V，内阻不计，继电器线圈的电阻R0=100Ω。下右图为热敏电阻的R1－t图象，且已知在50～150范围内，热敏电阻的阻值随温度的变化规律是：R1t=常数，电阻R2是可变电阻。当线圈中的电流增加到20mA时，继电器的衔铁被吸合，已知此时可变电阻R2=125Ω，恒温箱保持60恒温。左图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。
(1)60时，热敏电阻R1的阻值是多少？
(2)应该把恒温箱的加热器接在A、B端还是C、D端？
(3)如果要使恒温箱内的温度保持100，可变电阻R2的阻值应调为多少？
(4)欲将恒温箱的温度调高一些，应将R2的阻值调大还是调小？
参考答案
1．D
【详解】
额温枪核心部件的传感器是红外温度传感器。
故选D。
2．D
【详解】
A．宾馆的自动门是把人反射出来的红外线转化为电信号，利用了传感器，故A不符合题意；
B．电梯的两门靠拢接触到人体时，门会自动打开而不会夹伤人，应用了压力传感器，故B不符合题意；
C．电饭锅工作当温度达到某特定值时，永磁体与感温磁体开始分离，会自动切断电源，利用了温度传感器，故C不符合题意；
D．将自己的银行卡插进自动取款机里可以取钱，而不必麻烦银行工作人员，应用了磁记录技术，与现代传感器无关，故D符合题意。
故选D。
3．B
【解析】
【详解】
不称重时，P在A端，接入电路的电阻最大，电流最小，但不为零，故A正确；
所称物体越重，P越向下，接入的电阻越小，电流越大，根据U=E-Ir知路端电压越小，R0的电压U0=IR0越大，所以滑动变阻器分压越小；
总功率P总=EI，E不变，I增大，总功率增大，故B错误，CD正确；此题选择不正确的选项，故选B．
4．D
【详解】
A．传感器是将非电学量（压力、温度、位移等）转化成电学量（电压、电流等）的装置，故A错误；
B．把霍尔元件放入磁场中，载流子在洛伦兹力的作用下偏转，使霍尔元件的上、下两面出现电势差，故B错误；
C．金属热电阻的阻值率随温度的升高而增大，故C错误；
D．干簧管是磁控开关，故D正确。
故选D。
5．A
【详解】
若F
向上压膜片电极，使得电容器极板间的相对距离变小，电容变大，电容器和电源相连电压不变，由
知Q变大，电源对电容器充电，外电路中产生顺时针方向的瞬时电流，电路中有从b到a的电流，电流表也就有示数了，直到再次充满。
只要压力F发生变化，极板间距离就变化，电容也就变化，电容器就要进行充、放电，电流表就有示数。故A正确，BCD错误。
故选A。
6．A
【解析】
【详解】
AB．0~t1时间内，电流不变，则电阻R不变，说明重物对压敏电阻的压力不变，则加速度不变，所以升降机可能匀速运动，可能匀变速运动，故A正确，B错误；
CD．t1~t2时间内，电流随时间增大，则电阻减小，所以压力增大，根据牛顿第二定律可知加速度变化，所以升降机不可能匀速上升，不可能匀加速上升，故CD错误。
故选A。
7．B
【详解】
当拉环不受力时，滑片P在a端，由欧姆定律得
I==0.1A
故A错误；
BC．拉力为400N时，由F=kΔx，则
Δx=4cm
对应的电阻为RaP=20，R1接入电路的电阻RPb=5，由欧姆定律得
I′==0.3A
故B正确，C错误；
D．在P移动到b点时Δx′=5cm，由F=kΔx，拉力最大
F=500N
故D错误。
故选B。
8．AB
【详解】
A．由图象可知，输入的电压有效值为220V，变压器的电压与匝数成正比，由此可得副线圈的电压为
所以电压表V1示数为22V，故A正确；
B．由电动势随时间变化的规律可知，周期为0.02s，交流电的角速度
所以输入电压瞬时值表达式为
u=220sin100πt（V）
故B正确；
CD．当出现火警时，温度升高，电阻R2减小，副线圈的电流变大，所以原线圈电流即电流表A示数增大，则R1的电压要增大，由于副线圈的总电压不变，所以R2的电压即电压表示数V2要减小，故CD错误。
故选AB。
9．AD
【详解】
A．下底板传感器的示数等于轻弹簧的弹力F，金属块受力分析情况如图所示
上顶板的压力N＝6.0
N、弹簧的弹力F＝10.0
N和重力mg，加速度为a，方向向下，有
mg＋N－F＝ma
可求得金属块的质量
m＝0.5
kg
选项A正确；
B．当上顶板传感器的示数是下底板传感器示数的一半时，弹簧的弹力仍是F，则上顶板压力为，设箱和金属块的加速度为a1，则有
mg＋－F＝ma1
解得a1＝0，表明箱处于静止或做匀速直线运动，选项B错误；
C．当上顶板的压力恰好等于零时，有
mg－F＝ma2
解得
a2＝－10
m/s2
“－”号表示加速度方向向上，若箱和金属块竖直向上的加速度大于10
m/s2，弹簧将被进一步压缩，金属块要离开上顶板，上顶板压力传感器的示数也为零，选项C错误；
D．只要竖直向上的加速度大于或等于10
m/s2，不论箱是向上加速还是向下减速运动，上顶板压力传感器的示数都为零，选项D正确；
故选AD。
10．BCD
【详解】
标准电阻是几乎不受温度影响的电阻，一般是用锰铜合金或镍铜合金制作的。利用半导体材料可以制成热敏电阻、光敏电阻和晶体管。选项BCD正确，A错误。
故选BCD。
11．A、B端
甲
25
大
【详解】
(1)[1]当光照较强时，线圈中的电流大，所以白天线圈中的电流是大的，此时线圈中的电流应该大于，衔铁吸合，灯泡此时熄灭，所以应该把灯泡接在A、B端；
(2)[2]已知电池电动势，当线圈中的电流等于时，回路中的总阻值为，所以灯泡要想晚上开启，回路中的总阻值得大于，因为滑动变阻器R'的最大阻值为，继电器线圈的电阻为，所以光敏电阻接入阻值需要大于时，灯泡才会开启，所以光敏电阻应该选甲。
(3)[3]光敏电阻在下午7点钟时的阻值为其最大阻值的，此时光敏电阻的阻值为75Ω，要使此时灯泡刚好自动开启，则滑动变阻器R'的接入电阻
[4]想让灯泡开启时间提前，说明开启时光敏电阻的阻值比下午7点钟时光敏电阻的阻值小，则滑动变阻器R'的接入电阻应调大。
12．E2
R2
⑤④②③①
偏大
【详解】
(1)[1]要想控制30°C时的情况，此时热敏电阻的阻值199.5Ω，需要的最小电动势
还要考虑滑动变阻器的阻值，电源电动势为3V太小，因此电源应选择电动势为6V的E2；
[2]滑动变阻器采用限流接法，继电器的电流为
I=15mA=
0.015A
总电阻
由表中数据可知，当温度为80°时，滑动变阻器阻值应为
因此滑动变阻器应采用R2。
(2)[3]要使时被吸合，由表格数据可知，电阻为108.1，为了使衔铁在热敏电阻为
时被吸合，应先用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1，再合上开关，调节滑动变阻器
的阻值，直到观察到继电器的衔铁被吸合，此时再断开开关将电阻箱取下，换下热敏电阻即
可实现实验目的。故步骤为⑤④②③①。
(3)[4]发现在温度达到50°C时加热器仍在加热。说明通过继电器的电流没有超过15mA，衔铁未被吸合，说明热敏电阻在50°C时的阻值比表格中给出的阻值偏大。
13．见解析
【详解】
负温度系数的热敏电阻是指阻值随温度升高而减小的热敏电阻，若往其上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热导致热敏电阻温度降低，电阻增大，因为欧姆表的零刻度线在表盘右侧，故欧姆表指针将向左偏转；若用热吹风机对其加热，温度升高，电阻减小，故欧姆表的指针向右偏转。
14．见解析
【详解】
传感器是指能够将感受到的非电学量，按照一定规律转换成电学量输出的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，敏感元件和转化元件二合一的也很多。
传感器的种类很多，根据其利用的物质的特性不同可分为：物理传感器、化学传感器、生物传感器。
根据其被测量的不同可以分为：声、光、压力、位移、加速度、温度等传感器。
根据具体工作原理的不同可分为：电阻式、电容式、电感式、光电式、热电式、压电式、磁电式等传感器。
15．在t1一t2时间内小车做变加速运动；在t2一t3时间内小车做匀加速直线运动。
【详解】
由图像可知，0~t1和
t2一t3时间内电流不变，说明电阻不变，即重球对压敏电阻的压力不变，小车做匀加速直线运动；t1一t2时间内，电流增大，说明电阻减少，即重球对压敏电阻的压力改变，即小车做变加速运动。
故在t1一t2时间内小车做变加速运动，在t2一t3时间内小车做匀加速直线运动。
16．(1)；(2)AB；(3)；(4)调大
【详解】
(1)因可变电阻R2=125Ω，电流是20mA，电压6V，则根据欧姆定律可得
解得
(2)由图可知，热敏电阻R1的阻值随温度的升高而减小，可见温度越高，电路中的电流越大，当电流达到20mA时，继电器的衔铁被吸合，电路应当断开，所以应该把恒温箱的加热器接在A、B端；
(3)由题意可知，R1t=常数，当温度是100时，则有
解得
(4)恒温箱的温度越高，热敏电阻的阻值越小，相同电流情况下，可变电阻应越大，则欲将恒温箱的温度调高一些，应将R2的阻值调大