第五章 传感器 单元检测（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
单元检测（解析版）
第I卷（选择题）
一、选择题（共40分）
1．关于传感器，下列说法不正确的是（
）
A．光敏电阻在有光照射时，电阻会变大
B．压力传感器是将力学量转化为电学量的装置
C．传感器是将非电学量转化为电学量的装置
D．传感器广泛应用于信息采集系统
2．在新冠肺炎疫情防控期间，测量体温成为重要的防疫措施之一。医学上常用的水银体温计可以在家庭中使用，红外测温枪在居民区、办公楼、商场等公共场所广泛应用。某同学查阅资料，获得以下信息：自然界中任何高于绝对零度的物体都在随时随地的向外辐射能量。单位时间内，物体表面单位面积上所发射的总辐射能叫辐射功率，辐射功率与该物体的温度有确定的关系，非接触式温度测量即是测量辐射功率的大小，并由此得到一个与该物体温度成一定关系的信号。红外测温枪是能够测量物体辐射功率大小并转化为物体温度的仪器。根据以上信息和学过的知识，他做出如下判断。其中正确的是（　　）
A．水银体温计可以用来测量沸水的温度
B．水银体温计离开人体后，水银迅速流回水银泡
C．红外测温枪向人体发射红外线，从而测量人体温度
D．红外测温枪测量人体温度时，离人体越远，显示温度越低
3．目前许多国产手机都有指纹解锁功能，用的指纹识别传感器是电容式传感器，如图所示。指纹的凸起部分叫“嵴”，凹下部分叫“峪”。传感器上有大量面积相同的小极板，当手指贴在传感器上时，这些小极板和正对的皮肤表面部分形成大量的小电容器，这样在嵴处和峪处形成的电容器的电容大小不同，此时传感器给所有的电容器充电后达到某一电压值，然后，电容器放电，电容小的电容器放电较快，根据放电快慢的不同，就可以探测到嵴和峪的位置，从而形成指纹图像数据，根据文中信息，下列说法正确的是（　）
A．用指纹的照片蒙在传感器上，也可以实现手机解锁功能
B．手指轻按和重按均可以解锁，说明形成的电容大小是相同的
C．潮湿的手指头不能形成指纹识，是因为嵴和峪没有电容差别了。
D．在峪处形成的电容器放电较慢
4．下列器件应用光传感器的是
A．话筒
B．火灾报警器
C．测温仪
D．电子秤
5．电磁学的成就极大地推动了人类社会的进步。下列说法正确的是（　　）
A．甲图是某品牌的无线充电手机利用电磁感应方式充电的原理图，无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是“电流的磁效应”
B．在乙图中，开关由闭合变为断开，则断开瞬间触头C马上离开触点
C．在丙图中，钳形电流表是利用电磁感应原理制成的，它的优点是不需要切断导线，就可以方便地测出通过导线中交变电流的大小
D．丁是电容式话筒的电路原理图，声波的振动会在电路中产生恒定的电流
6．图甲虚线框内所示是电子秤测量部分的原理图，压力传感器的电阻R随压力F的变化如图乙所示。开关闭合后，压力传感器两端的电压恒为6.0
V。电流表的量程为0.6
A。电表的内阻、踏板和压杆的质量可以忽略不计。则电子秤（　　）
A．最大称量值为1500
N
B．压力传感器的电阻最小为0
C．空载时，电流表的读数为20mA
D．称重为900N时，电阻R为110Ω
7．图甲是在温度为10℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1=20
kΩ，R2
=10
kΩ，R3
=40
kΩ，Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示。当a、b端电压Uab
≤
0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当a、b端电压Uab>0时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在（
）
A．10℃
B．20℃
C．35℃
D．45℃
8．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正确的是（　　）
A．甲图的传感器可以用来测量角度
B．乙图的传感器可以用来测量液面的高度
C．丙图的传感器可以用来测量压力
D．丁图的传感器可以用来测量速度
9．传感器已广泛应用在生产、生活中，下列关于传感器的说法正确的是（　　）
A．给货车称重的地磅使用了压力传感器
B．酒店大厅的自动门使用了光传感器
C．空调的控温系统使用了温度传感器
D．夜间自动打开的路灯使用了红外线传感器
10．如图所示是某居民小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻，R2为定值电阻，A、B接监控装置，则（　　）
A．当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压增大
B．当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压减小
C．当仅增大R2的阻值时，A、B之间的电压增大
D．当仅减小R2的阻值时，A、B之间的电压增大
第II卷（非选择题）
二、实验题（共15分）
11．如图甲所示，是某种材料制成的电阻随摄氏温度变化的图象，若用该电阻与电池（电动势，内阻不计）、电流表（量程为，内阻不计）、电阻箱串联起来，连接成如图乙所示的电路，用该电阻做测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“金属电阻温度计”。
（1）该热敏电阻最有可能的是由____________制作而成的（选填字母）
A、金属合金材料
B、半导体硅材料
C、塑料材料
（2）电流刻度逐渐变大，材料所处环境对应的温度在___________；（选填"变大”或“变小”）
（3）若电阻箱阻值，当电流为时对应的温度数值为________。
12．图甲所示是大型机械厂里用来称重的电子吊秤，其中称重的关键元件是拉力传感器，其工作原理是：挂钩上挂上重物，拉力传感器中拉力敏感电阻丝在拉力作用下发生形变，拉力敏感电阻丝的电阻也随着发生变化，再经过相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成将重物的重力变换为电信号的过程。
小明找到了一根拉力敏感电阻丝RL，其阻值随拉力变化的图象如图乙所示，小明设计了合适的电路图并按图制成了一个简易“吊秤”。实验室提供了如下器材：
电源E（电动势为15V，内阻约2Ω）；
灵敏毫安表（量程为10mA，内阻约50Ω）；
滑动变阻器R（最大阻值为10kΩ）；
RL接在A、B两接线柱之间，通过光滑绝缘小滑环可将重物吊起；
开关S和导线若干。
（1）请在图丙中帮助小明将设计的实验电路图补充完整________。
（2）小明根据设计好的电路图，连接好实验电路，完成下列操作：
a．滑环下不吊重物时，调节滑动变阻器，当电流表为某一合适示数时，读出电流表的示数I1；
b．滑环下吊上待测重物，测出电阻丝与竖直方向的夹角为θ，保持滑动变阻器滑片位置不变，读出此时电流表的示数I2。
设RL?F图象的斜率为k，待测重物的重力G的表达式为G＝_____________（用物理量的符号表示）。
（3）小明在实验的过程中不慎将灵敏毫安表烧坏，现手头只有量程为2mA、内阻（标称值）为200Ω的电流表，还有定值电阻R1（50Ω）、定值电阻R2（10Ω）可供选择，为了使实验顺利进行，小明决定改装电流表，将2mA的量程扩大至10mA，小明改装的方法是电流表应该和定值电阻________（选填“串联”或“并联”），且定值电阻应选择________（在空格内填写字母代号）。
（4）由于量程为2mA、内阻为200Ω的电流表内阻的真实值比标称值略大，导致改装后的电流表示数与真实示数相比______（选填“偏大”或“偏小”），应该使选择的定值电阻阻值适当______（选填“增大”“减小”或“不变”）。
三、解答题（共45分）
13．如图甲表示某金属丝的电阻随摄氏温度变化的情况。把这段金属丝与电池、电流表串联起来（图乙），用这段金属丝做测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的电阻温度计。请判断：如果电池的电动势和内阻都是不变的，电流表上代表、的两点，哪个应该标在电流比较大的刻度上？
14．随着生活质量的提高，自动干手机已进入许多家庭。洗手后，将手靠近自动干手机，机内的传感器使电热器加热，热空气从机内喷出，将手烘干。请查阅资料，选择干手机使用的一种传感器，简要分析其工作原理。
15．如图所示，图（a）为热敏电阻的R-t图像，图（b）为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温温控电路，继电器线圈的电阻为100Ω。当线圈的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电电池的电动势E=9.0V，不计内阻。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。
(1)恒温箱内的加热器应接在A、B端还是C、D端？
(2)如果要使恒温箱内的温度保持在50℃，可变电阻R′的阻值应调节为多少？
16．有一仪器中电路如图所示，其中M是质量较大的金属块，将仪器固定在一辆汽车上，汽车启动时和急刹车时，发现其中一盏灯亮了，试分析是哪一盏灯亮了．
参考答案
1．A
【详解】
A．光敏电阻光照增强，光敏电阻的阻值减小，故A错误；
B．压力传感器是将力学量转化为电学量的装置，故B正确；
C．传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，故C正确；
D．现在传感器广泛应用于信息采集系统，代替人完成很多工作，故D正确。
本题选不正确的，故选A。
2．D
【详解】
A．水银体温计量程不高于40℃，则不可以用来测量沸水的温度，选项A错误；
B．体温计存储水银的玻璃泡上方有一段缩口。测量体温时，水银膨胀通过该处上升，当体温计离开人体后，水银因温度降低而收缩，水银柱便在该处断开，使上面的水银柱不能退回玻璃泡中，选项B错误；
C．红外测温枪接收人体发射出来的红外线，从而测量人体温度，选项C错误；
D．红外测温枪测量人体温度时，离人体越远，接收到人体辐射出来的功率越少，显示温度越低，选项D正确。
故选D。
3．C
【详解】
A．用指纹的照片蒙在传感器上，由于没有指纹上凸起部分“嵴”和凹下部分“峪”，则不可以实现手机解锁功能，选项A错误；
B．手指轻压和重压，手指和小极板之间的距离不同，形成的电容大小是不同的，故B错误；
C．潮湿的手指头是因为指纹之间被水填充，嵴和峪就不能形成电容差别了，所以不能形成指纹识别，故C正确；
D．电容较小的电容器放电较快，在峪处形成的电容器电容较小，所以在峪处形成的电容放电较快，故D错误。
故选C。
4．B
【解析】
A、话筒能将声音信号转化为电信号，属于声音传感器，故A错误；
B、火灾报警器是应用了光传感器，故B正确；
C、测温器是热敏电阻，是应用热传感器的，故C错误；
D、电子称的主要部件是压力传感器，电子秤是把力转换为电压这个电学量，故D错误．
点睛：传感器作为一种将其它形式的信号与电信号之间的转换装置，在我们的日常生活中得到了广泛应用，不同传感器所转换的信号对象不同，我们应就它的具体原理进行分析．
5．C
【详解】
A．甲图是某品牌的无线充电手机利用电磁感应方式充电的原理图，无线充电时，发射线圈部分的工作原理是“电流的磁效应”，
无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是“电磁感应”所以A错误；
B．在乙图中，开关由闭合变为断开，则断开瞬间触头C不会马上离开触点，因为B线圈中有感应电流产生，则触头慢慢离开触点，所以B错误；
C．在丙图中，钳形电流表是利用电磁感应原理制成的电流互感器，它的优点是不需要切断导线，就可以方便地测出通过导线中交变电流的大小，所以C正确；
D．丁是电容式话筒的电路原理图，声波的振动会在电路中产生周期性变化的电流，所以D错误；
故选C。
6．C
【详解】
A．由图像得到
知
，当电阻R=0时，压力
但回路中的电阻不可能为零，则压力最大值不可能为1500N，故A错误；
B．压力传感器的电阻为零时，电源短路，则压力传感器的电阻最小不可能为零，故B错误；
C．空载时，F=0，根据图像知此时R=300Ω，由
故C正确；
D．当F=900N，由
可得
R=120Ω
故D错误。
故选C。
7．C
【详解】
由题意得，当时，恒温箱保持稳定，根据串并联电路电压与电阻的关系可知
只有也为2：1的时候，才有
所以可知电阻值为20kΩ，从图乙可以看出，电阻为20kΩ时，温度为35摄氏度。
故选C。
8．ABC
【详解】
A．从甲图可以看出，θ变化，能引起动片与定片正对面积变化，由
可知引起电容变化，由
可知引起电信号变化，故甲图的传感器可以用来测量角度，故A正确；
B．从乙图可以看出，液体深度h变化，能引起正对面积变化，由
可知引起电容变化，由
可知引起电信号变化，故乙图的传感器可以用来测量液面的高度，故B正确；
C．从丙图可以看出，压力的变化，能引起两极间距离变化，由
可知引起电容变化，由
可知引起电信号变化，故丙图的传感器可以用来测量压力，故C正确；
D．从丁图可以看出，s的变化，能引起介电常数的变化，由
可知引起电容变化，由
可知引起电信号变化，故丁图的传感器可以用来测量距离x，故D错误．
故选ABC．
9．AC
【详解】
A．给货车称重的地磅是利用了压力传感器，故A正确；
B．一般人体都有恒定的体温，一般在37°，所以会发出特定波长10um左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。人走向门口时，门会自动打开，是因为安装了红外线传感器。从而能感知红外线，导致酒店大厅的自动门被打开，故B错误；
C．空调的控温系统使用了温度传感器来控制其电路工作，故C正确；
D．路灯要求夜晚亮、白天熄，则白天有光，黑夜没有光，则是由光导致电路的电流变化，所以电路中光传感器导致电阻变化，实现动控制，因此是利用半导体的光敏性，即为光电传感器，故D错误。
故选AC。
10．BC
【详解】
AB．R1是光敏电阻，有光照射时，阻值变小，当有人通过而遮蔽光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B间的电压U=IR2减小，选项A错误，B正确；
C．由闭合电路欧姆定律得
U=E-I（R1+r）
当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B间的电压U增大，选项C正确；
D．当仅减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压U减小，选项D错误。
故选BC。
11．A
变小
100
【详解】
（1）[1]该热敏电阻的特性为随温度升高，阻值增大，构成正温度系数的敏感电阻，则一定是金属材料，故选A；
（2）[2]根据闭合电路的欧姆定律可知电流刻度逐渐变大，即电阻逐渐减小，对应的材料所处环境对应的温度在变小；
（3）[3]若电阻箱阻值，当电流为时，由闭合电路的欧姆定律有
解得
而热敏电阻随温度的函数为
代入阻值解得温度为
12．
并联
R1
偏小
增大
【详解】
(1)[1]如图所示
（2）[2]对待测重物受力分析，由平衡条件得
2Fcosθ=G
由题图乙得
F=，R0=103Ω
由闭合电路欧姆定律得
R0=-（R＋Rg＋r），RL=-（R＋Rg＋r）
故
RL－R0=－
联立解得
G=
（3）[3][4]将2mA的电流表的量程扩大至10mA，根据并联分流原理，电流表应该和定值电阻并联，由并联电路电压相等可知
IgRg=（I－Ig）R′
解得
R′=50Ω
故选择R1。
（4）[5]改装的电流表的分流电阻分得的电流偏大，改装后电流表示数比真实值偏小。
[6]根据改装电流表的原理，内阻真实值比标称值大，并联的分流电阻也应比50Ω大，故应适当增大分流电阻的阻值。
13．标在电流较大的刻度上
【详解】
由图甲知，温度越高，电阻阻值越大，根据闭合电路的欧姆定律
当电阻越小电流越大，所以温度较低的点即标在电流较大的刻度上。
14．见解析
【详解】
一切物体都会向外辐射红外线，温度越高，辐射的红外线越多。手靠近干手机，红外线传感器通过接收身体表面辐射出来的红外线来启动加热装置工作，属于红外线传感器。
15．(1)
AB
端；(2)。
【详解】
(1)
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AB
端。
(2)
当温度达到50℃时，加热电路就要断开，此时的继电器的衔铁要被吸合，即控制电路的电流要到达20mA=0.02A，根据闭合电路欧姆定律可得，
解得：
16．汽车启动时绿灯亮，急刹车时红灯亮
【详解】
汽车启动时，金属块M由于惯性，相对汽车向后运动，绿灯所在的支路被接通，所以绿灯亮；汽车急刹车时，由于惯性，金属块M相对汽车向前运动，红灯所在的支路被接通，所以红灯亮。