5.2常见传感器的工作原理及应用提升检测-2021-2022学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第二册（word含答案）

5.2常见传感器的工作原理及应用提升检测
一、单选题
1.当你走近某些宾馆、酒店的大门时，门就会自动为你打开；当你走进门之后，门又在你身后自动关上．你觉得这可能是将下列哪种外界信息转换为有用的信息(??
)
A.?温度?????????????????????????????????B.?紫外线?????????????????????????????????C.?可见光?????????????????????????????????D.?红外线
2.下述仪器或装置没有用到传感器的是(　　)
A.?自动报警器??????????????????????B.?弹簧测力计??????????????????????C.?电视遥控器??????????????????????D.?红外线探测仪
3.用遥控器调换电视机的频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程．下列属于这类传感器的是（??
）
A.?红外报警装置?????????????????????????????????????????????????????B.?走廊照明灯的声控开关
C.?自动洗衣机中的压力传感装置?????????????????????????????D.?电饭煲中控制加热和保温的温控器
4.人类社会已经进入了信息化时代，下列选项中不属于现代信息技术的三大基础的是（　　）
A.?信息的拾取???????????????????????B.?信息的推广???????????????????????C.?信息的处理???????????????????????D.?信息的传输
5.下列说法中不正确的是（　　）
A.?摄像机实际上是一种将光信号转变为电信号的装置
B.?电磁波中电场能量最大时，磁场能量为零；磁场能量最大时，电场能量为零
C.?摄像机在1s内要传送25幅画面
D.?电视机实际上是一种将电信号转变为光信号的装置
6.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
7.关于传感器及其工作原理，下列说法正确的是（　　）
A.?传感器是把电学量转换为非电学量，以便进行测量、传输、处理和控制
B.?硫化镉制作的光敏电阻在被光照射时，随着光照的增强，其电阻值变小
C.?金属热电阻比热敏电阻的化学稳定性好，测温范围大，灵敏度高
D.?霍尔元件能够检测磁场及其变化，其原理是法拉第电磁感应定律
8.在变电所里，需要用交流电流表去监测电路上的强电流，由于电网中的电流通常会超出一般电流表的量程，因此常使用电流互感器．下列能正确反映电流互感器工作原理的是（?????
）
A.????????B.????????C.????????D.?
9.街道务的路灯江海里的航标灯都要求夜晚亮白天关闭利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄天的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的（　　）
A.?压敏性???????????????????????????B.?光敏性???????????????????????????C.?热敏性???????????????????????????D.?三特性都利用了
10.如图所示，用小灯泡模仿光控电路，
之间为斯密特触发器，
为光敏电阻，
为可变电阻；
为继电器的线圈，
为它的常开触点。下列说法错误的是（??
）
A.?天色变暗时，
端输入高电平，继电器吸引
，路灯点亮
B.?要想在天色更暗时路灯才会点亮，应把
的阻值调大些
C.?要想在天色更暗时路灯才会点亮，应把
的阻值调小些
D.?二极管的作用是继电器释放
时提供自感电流的通路，防止损坏集成电路
11.电动自行车是一种应用广泛的交通工具，其速度控制是通过转动右把手实现的，这种转动把手称为“霍尔转把”，属于传感器非接触控制.转把内部有永久磁铁和霍尔器件等，截面如图甲开启电源时，在霍尔器件的上、下面之间加一定的电压，形成电流，如图乙.随着转把的转动，其内部的永久磁铁也跟着转动，霍尔器件能输出控制车速的电压，已知电压与车速关系如图丙.以下关于“霍尔转把”叙述正确的是（??
）
A.?为提高控制的灵敏度，永久磁铁的上、下端分别为N、S极
B.?按图甲顺时针转动电动车的右把手，车速将变快
C.?图乙中从霍尔器件的左、右侧面输出控制车速的霍尔电压
D.?若霍尔器件的上、下面之间所加电压正负极性对调，将影响车速控制
12.如图所示，矩形霍尔元件长为c、宽为a、高为h，单位体积内的载流子数为n，载流子带电量为-q。当该元件通有向右的电流I，处于垂直上表面向下、磁感应强度为B的匀强磁场中时，稳定后该元件的（??
）
A.?后表面的电势高于前表面的电势?????????????????????????B.?前、后表面的电势差不断增大
C.?前、后表面的电势差恒为
????????????????????????????D.?前、后表面的电势差恒为
13.在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，在导体内的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象就是霍尔效应，这个电势差也被叫做霍尔电压。同时在导体内形成霍尔电场
，利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域。如图所示，在匀强磁场
（磁场方向垂直于前后表面），有一载流导体，已知上表面宽为
，侧面高为
（已在图中标出），若通过导体的电流为
，电压表示数为
，电子的电荷量为
，导体单位体积内的自由电子数为
，下列说法中正确的是（??
）
A.?洛伦兹力对电子做正功
B.?磁感应强度大小为
C.?导体内形成的霍尔电场
D.?若图中的电流
是电子的定向运动产生的，则上表面比下表面地势高。
14.利用霍尔效应制作的霍尔元件,广泛应用于测量和自动控制等区域,如图是霍尔元件的工作原理示意图,磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下,通入图示方向的电流I,C、D两侧面会形成电势差
下列说法正确的是（
??）
A.?电势差
仅与材料有关
B.?仅增大磁感应强度时,电势差
变大
C.?若霍尔元件的载流子是自由电子,则电势差
D.?在测定地球赤道上方的地磁场强弱时,霍尔元件的工作面应保持水平
15.关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是（??
）
A.?非电信息→敏感元件→处理电路→电信息???????????B.?电信息→处理电路→敏感元件→非电信息
C.?非电信息→敏感元件→电信息→处理电路???????????D.?非电信息→处理电路→敏感元件→电信息
16.目前有一种磁强计，用于测定地磁场的磁感应强度．磁强计的原理如图所示，电路有一段金属导体，它是长为a、宽为b、高为c的长方形，放在沿y轴正方向的匀强磁场中，导体中通有沿x轴正方向、大小为I的电流．已知该金属导体单位长度中的自由电子数为n，电子电荷量为e，金属导电过程中，自由电子所做的定向移动可视为匀速运动.两电极M、N均与金属导体的前后两侧接触，用电压表测出金属导体前后两个侧面间的电势差为U.则磁感应强度的大小和电极M、N的正负为（???
）
A.?
，M正、N负??????B.?
，M负、N正??????C.?
，M负、N正??????D.?
，M正、N负
二、综合题
17.某科技小组设计了一种“车辆闯红灯违规记录仪”，在路面停止线前侧埋上压敏电阻，其阻值随压力的变化如图甲所示，和压敏电阻组合的仪器如图乙所示，仪器主要由控制电路和工作电路组成，控制电路中的光控开关接收到红光时会自动闭合，接收到绿光或黄光时会自动断开；控制电路中电源的电动势为9V，内阻为2Ω，继电器线圈电阻为8Ω，滑动变阻器连人电路的电阻为50Ω；当控制电路中的电流大于0.06A时，衔铁会被吸引，从而启动工作电路，电控照相机拍照记录违规车辆。
（1）当红灯亮时，若车辆越过停止线，电流表A的示数会变________（选填“大”或“小”）。
（2）质量超过________kg的车辆闯红灯时才会被拍照记录（重力加速度为10m/s2）。
（3）若要增大“车辆闯红灯违规记录仪”的灵敏度，即违规车辆的质量比第（2）问结果小，也会被拍照记录，则滑动变阻器的滑片应向________（选填“a”或“b”）端滑动。
18.逻辑电路在电子线路中有着重要的应用。某同学利用“非”门电路设计了一个路灯自动控制门电路，天黑了，让路灯自动接通；天亮了，让路灯自动熄灭。如图中RG是一个光敏电阻，当有光线照射时，光敏电阻的阻值会显著减小；R是可调电阻，起分压作用。“非”门电路能将输入的高压信号转变为低压信号，或将低压信号转变为高压信号。J为路灯总开关控制继电器，它在获得高压时才启动(图中未画路灯电路)。
（1）当天黑时，RG变________(选填“大”或“小”)，“非”门电路获得________电压，J得到________电压。(后两空均选填“高”或“低”)
（2）如果路灯开关自动接通时天色还比较亮，现要调节自动控制装置，使它在天色较黑时才会自动接通开关，应将R调________(选填“大”或“小”)一些。
19.有一种测量压力的电子秤，其原理图如图所示．E是内阻不计、电动势为6
V的电源．R0是一个阻值为300
Ω的限流电阻．G是由理想电流表改装成的指针式测力显示器．R是一个压敏电阻，其阻值可随压力大小变化而改变，其关系如下表所示．C是一个用来保护显示器的电容器．秤台的重力忽略不计，试分析：
（1）利用表中的数据归纳出电阻R随压力F变化的函数式R＝________
Ω；
（2）若电容器的耐压值为5
V，该电子秤的最大称量值为________N；
（3）如果把电流表中电流的刻度变换成压力刻度，则该测力显示器的刻度________．(选填“均匀”或“不均匀”)
答案解析
1.【答案】
D
【解析】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，导致门被打开，
故答案为：D。
【分析】当物体的温度比较低的时候，发出的辐射波长比较长，处于红外波段，当物体温度升高时，辐射的波长变短。
2.【答案】
B
【解析】自动报警器是利用了光敏电阻，电视遥控器和红外线探测仪是利用了红外线，弹力测力计是根据弹簧的伸长量和拉力成正比工作的，没有用到传感器，
故答案为：B
【分析】分析各种仪器或装置工作原理。
3.【答案】
A
【解析】解：用遥控器调换电视机的频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程．
A、红外线报警装置是感应红外线去转换成电学量，从而引起报警．而遥控器调换电视机的频道的过程，也发出红外线．故A正确；
B、走廊照明灯的声控开关，实际是将声波转化成电信号的过程，故B不正确；
C、自动洗衣机中的压力传感装置，是将压力转化成电信号的过程，故C不正确；
D、电饭煲中控制加热和保温的温控器，是将温度转化成电信号的过程，故D不正确．
故选：A．
【分析】用遥控器调换电视机的频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程．
4.【答案】
B
【解析】现代信息技术的三大基础是：信息的拾取，信息的处理，信息的传输；故ACD错误，B正确；
故选：B．
【分析】凡是能扩展人的信息功能的技术，都是信息技术．可以说，这就是信息技术的基本定义．它主要是指利用电子计算机和现代通信手段实现获取信息、传递信息、存储信息、处理信息、显示信息、分配信息等的相关技术．
5.【答案】
B
【解析】A、摄像机实际上是一种光电传感器，是一种能将光信号转变为电信号的装置，故A正确；
B、电磁波是电磁场在空间的传播，能量并不是相互转化的，故B错误；
C、摄像机在1s内可以传送25幅画面，播放时利用人体的视觉暂留效应得到动态图画，故C正确；
D、电视机实际上是一种将电信号转变为光信号和声信号的装置，故D正确；
故选B．
【分析】传感器是指：能感受规定的被测量件并按照一定的规律（数学函数法则）转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成．
6.【答案】
D
【解析】额温枪核心部件的传感器是红外温度传感器。
故答案为：D。
【分析】测温枪的传感器主要是红外线温度传感器。
7.【答案】
B
【解析】A．传感器能够把非电学量转化为电学量，以便进行测量、传输、处理和控制，A不符合题意；
B．硫化镉制作的光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，随着光照的增强，载流子增多，导电性变好，B符合题意；
C．金属热电阻比热敏电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差，C不符合题意；
D．霍尔元件能够检测磁场及其变化，它是根据霍尔效应原理制成的，不是根据法拉第电磁感应定律，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】传感器时把非电学量转化为电学量，以便进行测量、传输、处理和控制；硫化镉制作的光敏电阻随光照强度的增大其材料的阻值变小，导电性变好；金属热电阻比热敏电阻的灵敏度差；霍尔元件是根据霍尔效应原理制成的。
8.【答案】
B
【解析】由理想变压器的原副线圈的电流之比可知，电流与匝数成反比．则电流互感器应串连接入匝数较多的线圈上．同时一次绕组匝数很少，且串在需要测量的电流的线路中．B符合题意；
故答案为：B．
【分析】由于要测量电流的大小，所以其变压器输入端应该串联进入电路，由于测量的电流大小小于其输入电流的大小，所以利用匝数之比可以判别其输出端的匝数要大于输入端的匝数。
9.【答案】
B
【解析】根据题意可知灯要求夜晚亮白天熄，说明电路和光照有关，所以这是利用了半导体的光敏性，压敏性与压力有关，热敏性与温度有关，均不符合题意，ACD不符合题意，B符合题意。
故答案为：B。
【分析】由于灯的要求与光照强度有关，所以是利用了半导体的光敏性。
10.【答案】
C
【解析】A．光较暗时，光敏电阻较大，则
两端的电势差较大，则
端的电势较高，
端输入高电平，继电器吸引
，路灯点亮，A正确，不符合题意；
BC．当
端电势较高时，路灯会亮，为了天更暗时路灯才会亮，应该将
端的电势稍稍降低一些，即可以将
的阻值调大些，B正确，不符合题意；C错误，符合题意；
D．由电路的结构特点可知，二极管具有单向导电性，作用是继电器释放
时提供自感电流的通路，防止电流流过集成电路，造成损坏，D正确，不符合题意。
故答案为：C。
【分析】光线变暗时，由于A点电势高导致继电器吸引开关则路灯点亮；把电阻R1的阻值变大则天色要更暗时其A点的电势才会比较大；二极管的作用是防止其Ja提供自感通路进而损坏电路。
11.【答案】
B
【解析】A．由于在霍尔器件的上、下面之间加一定的电压，形成电流，当永久磁铁的上、下端分别为N、S极时，磁场方向与电子的移动方向平行，则电子不受洛伦兹力作用，霍尔器件不能输出控制车速的霍尔电压，A不符合题意；
B．当按图甲顺时针转动电动车的右把手，霍尔器件周围的磁场增强，则霍尔器件输出控制车速的霍尔电压增大，因此车速将变快，B符合题意；
C．根据题意，结合图乙的示意图，永久磁铁的N、S极可能在左、右侧面或在前、后表面，因此从霍尔器件输出控制车速的霍尔电压不一定在霍尔器件的左、右侧面，也可能在前、后面，C不符合题意；
D．当霍尔器件的上、下面之间所加电压正负极性对调，从霍尔器件输出控制车速的霍尔电压正负号相反，由图丙可知，不会影响车速控制，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】当霍尔元件上下面为磁场方向时其磁场方向和电流方向平行则霍尔元件中不能输出霍尔电压；当顺时针转动右把手时其磁场强度变大则霍尔电压增大其车速将变大；由于不知道磁场的方向不能判别霍尔电压的位置；当上下面所加的电压反向时不会影响到车速的控制。
12.【答案】
D
【解析】A．霍尔元件中的载流子受到洛伦兹力向后表面偏转，后表面带负电，前表面带正电荷，说明后表面的电势低于前表面的电势，A不符合题意；
B．载流子不仅受洛伦兹力，同时受指向前后表面的电场力，电场力和洛伦兹力相等时，载流子不再偏转，前、后表面形成稳定的电势差U，B不符合题意；
CD．设载流子的定向移动速率为v，由平衡关系可得
由电流的微观表达式可得
联立可得
C不符合题意，D符合题意。
故答案为：D。
【分析】利用左手定则可以判别洛伦兹力的方向进而判别前后表面的电势高低；当电场力和洛伦兹力相等时其电势差保持不变；利用电场力和洛伦兹力相等可以求出电势差的表达式。
13.【答案】
B
【解析】A．洛伦兹力在任何情况下都不做功，A不符合题意；
BC．当电压表示数稳定为U时，根据受力平衡有：
根据匀强电场电场强度与电势差的关系有：
根据电流为观表达式有：
联立可得：
B符合题意，C不符合题意；
D．电流
是电子的定向运动产生的，电子定向移动方向与电流方向相反，故由左手定则可以判断电子向上表面偏转，所以上表面电势低于下表面，D不符合题意。
故答案为：B。
【分析】洛伦兹力对电子不做功；利用电场力和洛伦兹力平衡可以求出磁感应强及电场强度的大小；利用左手定则可以判别电子的偏转进而比较电势的高低。
14.【答案】
B
【解析】AB．根据CD间存在电势差，之间就存在电场，电子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡，设霍尔元件的长宽高分别为a、b、c，则有：
I=nqvS=nqvbc
则：
n由材料决定，故U与材料有关；U还与厚度c成反比，与宽b无关，同时还与磁场B与电流I有关，A不符合题意、B符合题意。
C．根据左手定则，电子向C侧面偏转，C表面带负电，D表面带正电，所以D表面的电势高，则UCD＜0．C不符合题意。
D．在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，应将元件的工作面保持竖直，让磁场垂直通过。D不符合题意。
故答案为：B
【分析】利用电场力和洛伦兹力相等可以求出电势差的表达式；利用左手定则可以判别电势的高低；利用赤道上磁场的方向可以判别元件的放置。
15.【答案】
A
【解析】传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，工作处理的一般流程是：先由非电学量，比如：光信号、压力信号等，通过敏感元件后，由电路处理，变为电信号，从而得以工作，A符合题意BCD不符合题意。
故答案为：A
【分析】传感器一定是把非电信息通过元件再加以电路，最后转化为电信息。
16.【答案】
B
【解析】根据左手定则知，电子向外侧偏转，则导体M极为负极，N极为正极.
自由电子做定向移动，视为匀速运动，速度设为v，则单位时间内前进的距离为v，单位长度内的自由电子数为n，则总电子个数为:nv，电量为:nev，有
，电子受电场力和洛伦兹力平衡，有
，解得:
，B符合题意，A，C，D不符合题意；故答案为：B.
【分析】利用左手定则可以判别导体的正负极；利用洛伦兹力和电场力相等可以求出磁感应强度的大小。
17.【答案】
（1）大
（2）500
（3）b
【解析】(1)当红灯亮时，若车辆越过停止线，压敏电阻所受压力增大，阻值减小，控制电路中总电阻减小，电流增大，电流表得示数会变大；(2)设压敏电阻阻值为R时，控制电路中得电流等于0.06A，则
解得
由图甲可知，此时压敏电阻受到得压力为5×103N，则汽车的质量为500kg，所以质量超过500kg的车辆闯红灯时才会被拍照记录。(3)若要增大“车辆闯红灯违规记录仪”的灵敏度，即车辆质量小于500kg也要拍照，当车辆小于500kg，压敏电阻阻值大于
，此时若要拍照，电路中的总电阻不大于150Ω，就要减小接入电路的滑动变阻器的阻值，滑片应该向b端滑动。
【分析】（1）当红灯亮起时，其压敏电阻受到的压力大其阻值小所以回路中的电流变大；
（2）利用闭合电路的欧姆定律可以求出压敏电阻的大小，结合压敏电阻和压力的大小关系可以求出汽车的质量大小；
（3）为了使回路中的电流更容易变大则滑动变阻器阻值变小其滑片要向b端滑动。
18.【答案】
（1）大；低；高
（2）大
【解析】(1)天黑时，光线减弱，光敏电阻RG变大，A端输入低电压，Y端输出高压信号，J得到高压，开始控制路灯工作。(2)如果路灯开关自动接通时天色还比较亮，应将R调大，A端输入电压较高，当天色较黑时，RG的电阻变大，A端的电压降低，Y端的电压升高，J得到高压，开始控制路灯工作。
【分析】（1）天黑是电阻变大；非门获得低电压，I得到高电压；
（2）为了使灯泡慢点亮，可以使变阻器阻值偏大，则Ro变得越大其Y才能获得低电压。
19.【答案】
（1）
（2）
（3）不均匀
【解析】（1）由表中数据可知
所以电阻R随压力F变化的函数表达式为
（2）R上受到的压力越大，R的阻值越小，电容器两端电压越大，但不能超过5V，所以
，解得R=60Ω，
又∵
，得出
，（3）电流表中的电流
，电流I与压力F不是线性关系，则该测力显示器的刻度不均匀．
【分析】（1）利用数据可以求出电阻和压力的斜率大小，结合最初的数据可以列出对应的表达式；
（2）利用电压大小可以求出电阻大小，再利用电阻可以求出压力的大小；
（3）利用电流和电阻的变化关系可以判别刻度不均匀。