5.1认识传感器基础巩固（word版含答案）

5.1认识传感器基础巩固2021—2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第二册
一、选择题（共15题）
1．如图所示是电吉他的示意图，在吉他上装有线圈，琴弦是磁性物质．当弦振动时，线圈中产生的感应电流输送到放大器、喇叭，把声音播放出来．下列关于电吉他说法正确的是
A．工作原理是电流的磁效应
B．琴弦可以用尼龙材料制成
C．利用光电传感器将力学量转换为电学量
D．线圈中产生的感应电流大小和方向均变化
2．下列关于传感器的说法正确的是（）
A．所有传感器都是由半导体材料做成的
B．金属材料也可以制成传感器
C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的
D．以上说法都不正确
3．机器人装有作为眼睛的“传感器”，犹如大脑的“控制器”，以及可以行走的“执行器”，在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯。下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是(　　)
A．该机器人“眼睛”利用了光传感器 B．该机器人“眼睛”利用了力传感器
C．该机器人“眼睛”利用了温度传感器 D．该机器人“眼睛”利用了声音传感器
4．下列有关传感器叙述，正确的是（　　）
A．交警使用的酒精测试仪是一种物理传感器，是靠吹气的压力来工作
B．红外线传感器是靠接收发热物体发出的红外线来工作
C．红外线传感器就是温度传感器
D．传感器是将电学量转换成非电学量的一种元件
5．如图所示为一只“极距变化型电容式传感器”的部分构件示意图．当动极板和定极板之间的距离d变化时，电容C便发生变化，通过测量电容C的变化就可知道两极板之间距离d的变化的情况．在下列图中能正确反映C与d之间变化规律的图象是(　　)
A． B．
C． D．
6．下列说法正确的是（　　）
A．水银温度计是一种传感器
B．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的
C．传感器不是电视遥控接收器的主要元件
D．传感器是将力、温度、光、声、化学成分等转换为电信号的主要工具
7．为了防止火灾的发生，在宾馆房间的天花板上大多装有一个传感器，该传感器是（　　）
A．气体传感器 B．声音传感器 C．压力传感器 D．光传感器
8．如图所示，甲图是录音机的录音电路原理图，乙图是研究自感现象的实验电路图，丙图是光电传感的火灾报警器的部分电路图，丁图是电容式话筒的电路原理图，下列说法错误（　　）
A．甲图中录音机录音时，由于话筒的声电转换，线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
B．乙图电路中，开关断开瞬间，灯泡会突然闪亮一下，并在开关处产生电火花
C．丙图电路中，当有烟雾进入罩内时，光电三极管上就会因烟雾的散射而有光的照射，表现出电阻的变化
D．丁图电路中，当声波使膜片振动时，电容发生变化，会在电路中产生变化的电流
9．美国科学家WillardS。Boyle与GeorgeE．Smith因电荷耦合器件（CCD）的重要发明荣获诺贝尔物理学奖。CCD是将光学量转变成电学量的传感器。下列可将光学量转化为电学量的传感器为（　　）
A．热敏电阻 B．电视机遥控接收器
C．霍尔元件 D．双金属片
10．某楼梯口的电灯开关装有传感器，天黑时，出现声音才能发光，而白天即使有声音，电灯也不能发光，该开关中有两种传感器，它们可能是( )
A．光敏电阻和驻极体话筒 B．金属热电阻和光敏电阻
C．热敏电阻和霍尔元件 D．热敏电阻和光敏电阻
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．如图是智能称重地磅，它使用方便快捷、计量精度高、反应速度灵敏、移动方便，这种地磅安装了应变式力传感器，下列关于应变式力传感器的说法不正确的是（ ）
A．应变片是由半导体材料制成
B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小
C．传感器输出的是应变片上的电压
D．外力越大，输出的电压差值也越大
13．如图所示为某居住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，则下列说法正确的是
①当有人通过而遮蔽光线时，A、B间的电压增大
②当有人通过而遮蔽光线时，A、B间的电压减小
③当仅增大R2的阻值时，A、B间的电压增大
④当仅减小R2的阻值时，A、B间的电压增大
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
14．如图所示电路中，电流表和电压表均是理想交流电表，变压器是理想变压器．P处有一个与灯泡L2串联的干簧管，原来P处没有磁场．现在让条形磁铁的一端靠近P处，则以下说法正确的是（ ）
A．干簧管与日光灯电路中的启动器工作原理完全相同，在电路中发挥的作用也相同
B．电压表V1的示数不变，电流表A1的示数变大
C．电压表V2的示数增加、电流表A2的示数增加
D．若电压表V3的示数是5伏，则铁芯中磁通量变化率的最大值是
15．近年来，酒驾几乎成为一种“社会公害”．2011年2月25日十一届全国人大常委会在京闭幕，会议通过了刑法修正案，将醉酒驾车列为犯罪．交警用来检测酒驾的酒精测试仪的工作原理如图所示，其中P是半导体型酒精气体传感器，该传感器的电阻的倒数与酒精气体的浓度C成正比，为定值电阻．以下关于电流表的示数I与酒精气体浓度C之间关系的图象，正确的是( )
B．
C． D．
二、填空题（共4题）
16．某同学学习传感器后，用电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关、导线等仪器设计了一个高温报警器，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警．电路如图所示，图中仪器还不完整，请完成以下问题：
（1）图中的甲还需要放入的元件是_；
A．二极管 B．光敏电阻
C．NTC热敏电阻（阻值随温度升高而减小） D．PTC热敏电阻（阻值随温度升高而增大）
（2）电路正确连接之后，该同学调试过程发现报警时温度比预期偏高了一点点，要求在温度更低一点时就开始报警，则需要调节滑动变阻器的滑动头往___移动一点。
17．如图所示为电容式位移传感器的示意图，物体沿左右方向运动时，电容将发生变化．如果实验测量出电容器的电容变大，那么被测物体向______运动（填写“左”或“右”）;如果把图中的电介质板换成介电常数更大的材料，当物体沿左右方向运动时，传感器的灵敏度___________．（填写“变大” “不变”或“变小”,灵敏度定义为电容器电容变化量的大小与物体位置坐标化量大小之比．）
18．在“用DIS研究通电螺线管的磁感应强度”实验中，使用的是______传感器，采集数据绘制B-d图线，得出结论：在螺线管的中间位置一定范围内，磁感应强度______。
19．图所示是利用DIS测定电动机效率的电路，试完成下列问题：
（1）图中方框A、B、C分别为：_______、___________、_____________；
A，B，C（选填“电压传感器”、“电流传感器”和“数据采集器”）；
（2）在实验中，通过B、C测得的物理量的数值分别是X、Y，电动机的内阻为r，则此时电动机的输入功率的表达式P入=______；
（3）在实验中，电动机的转动使质量为m的物体在t时间内匀速上升了h高度，则电动机的效率η=________。（重力加速度为g）
三、综合题（共4题）
20．调查学校和你居住的社区里有哪些地方用到了传感器。在老师的指导下，了解其物理原理。
21．请列举一个你认为很“神奇”的利用传感器工作的例子，简单说明它的原理。
22．以下工作中，你认为要用什么传感器？
(1)让孵化器在一定温度下孵化禽蛋；
(2)电梯超出负载时，发出报警提示；
(3)使汽车排放符合国家标准的尾气。
23．参考“信息浏览”中所列的敏感元件，到电子元件市场调查有哪些敏感元件可以用来做传感器。观察各种敏感元件，了解它们的型号、价格和用途，写一份调查报告，并与同学交流。
参考答案
1．D
【详解】
试题分析：工作原理是电磁感应，选项A错误；琴弦是磁性物质，故不能用尼龙材料做成，选项B错误；该装置将力学量转换成了电学量，但它不是利用光电传感器，选项C错误；线圈中产生的感应电流会随弦的振动而变化，不但大小变化，而且方向也变化，故选项D正确．
2．B
【详解】
半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度传感器，A错误，B正确；
传感器主要是感知力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并将其转换成电压、电流等电学量或电路的通断，从而传递信号，CD错误.
故选B
3．A
【详解】
遇到障碍物会绕开，说明该机器人“眼睛”利用了光传感器，故选项A正确，选项BCD错误。
故选A。
4．B
【详解】
A．交警使用的酒精测试仪主要目的是测量酒精度，它是酒精气体传感器，它的阻值随酒精浓度的变化而变化，不是利用压力工作的，故A错误；
B．红外线传感器是靠接收发热物体发出的红外线来工作，故B正确；
C．红外线传感器是靠接收发热物体发出的红外线来工作，不是温度传感器，故C错误；
D．传感器是将非电学量转换成电学量的一种元件，故D错误。
故选B。
5．A
【详解】
理解影响电容的因素，电容的决定式，可知电容与板间距离成反比，所以能正确反映c与d之间变化．
6．D
【详解】
C．电视遥控接收器中使用了红外线传感器，故C错误；
ABD．传感器能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出，通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量，或转换为电路的通断，故AB错误，D正确。
故选D。
7．D
【详解】
当有烟雾时，光会发生漫反射，火灾报警器将光信号转换成电信号，从而发出警报。所以该传感器是用光传感器实现报警的。
故D正确。
8．B
【详解】
A．磁带录音机的录音原理是：录音时，话筒将声音先转变成强弱变化的电流，即声信号转换为电信号（这是利用了电磁感应现象），送到录音磁头；由图可知：录音磁头是一个蹄形电磁铁，它的磁性强弱会随电信号变化，将电信号转换为磁信号（利用了电流的磁效应），故A正确；
B．乙图电路中，开关断开瞬间，电感和灯泡并没有形成回来，灯泡立即熄灭，故B错误；
C．光电三极管也是一种晶体管，它有三个电极．当光照强弱变化时，电极之间的电阻会随之变化．当有烟雾进入罩内时，光电三极管上就会因烟雾的散射而影响光照强度，表现出电阻的变化，故C正确；
D．电容话筒一样利用振膜接受空气振动信号，振膜与固定的平面电极之间形成一个电容，两者之间的距离变化会导致其电容容量的变化。在电容两端施加固定频率及大小的电压，通过电容的电流就会变化，故D正确。
本题选错误的，故选B。
9．B
【详解】
AD．热敏电阻及双金属片都是把温度转化为电学量的传感器，故AD错误；
B．电视机遥控接收器是将光学量转化为电学量的传感器，故B正确；
C．霍尔元件是将磁场的磁感应强度转化为电学量的传感器，故C错误。
故选B。
10．A
【详解】
根据题意，天黑时，出现声音它就开启；而白天，即使有声音它也没有反应，故电路中有光传感器，即使天黑，没声音灯也不亮，故用到了声音传感器．即控制电路中接入了光传感器、声音传感器，话筒就是声音传感器，故A正确、BCD错误．
11．B
【详解】
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，故A错误；
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，故B正确；
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，故C错误；
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，故D错误。
故选B。
12．C
【详解】
A．应变片多用半导体材料制成，A正确，不符合题意；
B．当应变片拉伸时，其电阻变大，B正确，不符合题意；
CD．传感器输出的是上、下两应变片上的电压差值，并且随着外力的增大，输出的电压差值也就越大，C错误，符合题意、D正确，不符合题意。
故选C。
13．C
【详解】
由电路图可知，两电阻串联，监控装置与R2并联．当有人通过通道而遮蔽光线时，R1阻值变大，电路中的总电阻变大，电路中的电流变小，根据U=IR可知，R2阻值不变时，其两端的电压变小，即A、B间电压降低，故①错误，②正确．当仅增大R2的阻值时，电路中的总电阻变大，电路中的电流变小，电源的内阻和R1阻值不变时，内阻和R1两端的电压变小，则R2上的电压变大，即A、B间电压变大，故③正确．当仅减小R2的阻值时，电路中的总电阻变小，电路中的电流变大，电源的内阻和R1阻值不变时，内阻和R1两端的电压变大，即A、B间电压减小，故④错误．
A. ①③，不符合题意，选项A错误；
B. ①④，不符合题意，选项B错误；
C. ②③，符合题意，选项C正确；
D. ②④，不符合题意，选项D错误；
14．D
【详解】
试题分析：启动器是当两端加上电压时能完成自动通断的目的，故干簧管与日光灯电路中的启动器工作原理不是完全相同，在电路中发挥的作用也不相同，选项A错误；让条形磁铁的一端靠近P处时，L2被接通，次级电阻减小，次级电流变大，初级电流变大，即电流表A1的示数变大，灯L1两端的电压变大，则V1减小，选项B错误；由于V1减小，则V2减小，电流表A2读数也减小，选项C错误；若电压表V3的示数是5伏，则铁芯中磁通量变化率的有效值为5Wb/s，最大值是，选项D正确；故选D.
15．C
【分析】
由传感器的电阻r′的倒数与酒精气体的浓度C成正比，得到 ，k为比例系数，根据闭合电路欧姆得出电流的表达式，根据数学知识分析电流与C是线性关系还是非线性关系．应用数学变形得出电流的倒数与C的关系，分析 与是线性关系还是非线性关系，再选择图象．
【详解】
A、B由传感器的电阻r′的倒数与酒精气体的浓度C成正比，得到，k为比例系数，根据闭合电路欧姆得，，可见电流与C是非线性关系，图象是曲线，故AB错误；C、D将上式变形得 ，可见与是线性关系，而且是增函数，故C正确，D错误．故选C
16．C 右
【详解】
（1）[1]根据要求，在常温下热敏电阻甲阻值较大，电磁铁磁性较弱，不能将衔铁吸下，此时绿灯所在电路接通，绿灯亮，所以为是绿灯；温度升高，热敏电阻阻值较小，控制电路电流增大时，电磁铁磁性增大，将衔铁吸下。所以图中的甲还需要放入的元件是NTC热敏电阻（阻值随温度升高而减小）故选C。
（2）[2]电路正确连接之后，该同学调试过程发现报警时温度比预期偏高了一点点，则是在热敏电阻的电阻值比较小的时候才报警说明电路中的总电阻值比较大。要求在温度更低一点时就开始报警，则需要调节滑动变阻器，使滑动变阻器的电阻值小一些，则需要将滑动头往右移动一些。
17．左 变大
【详解】
[1][2]根据电容的决定式，若电容器的电容变大，一定是插入的电介质多了，所以被测物体向左移动．如果把图中的电介质板换成介电常数更大的材料，当物体沿左右方向运动时，移动相同距离时，电容器的变化量变大，即传感器的灵敏度变大．
18．磁 基本保持不变，可看做匀强磁场
【详解】
[1]用DIS研究通电螺线管的磁感应强度，为了测量磁感应强度，需要用到磁传感器。
[2]由B-d图线很容易看出，当d在一定的范围内，磁感应强度几乎保持不变，故在螺线管的中间位置一定范围内，磁感应强度基本保持不变，可看做匀强磁场。
19．数据采集器 电压传感器 电流传感器 XY 或
【详解】
（1）[1][2][3]A与计算机相连，是数据采集器；B与电动机并联，是电压传感器；C与电动机串联，是电流传感器；
（2）[4]电压表读数是X，电流表读数是Y，故电动机输入功率为
P入=XY
（3）消耗的电能是XYt，产生的机械能等于重力势能的增加量mgh，也等于消耗的电能减去电动机内阻的热能，即
XYt﹣I2rt
故效率为
η=
20．见解析
【详解】
楼道应用了声电传感器，将声音转换成电信号，可以控制灯泡的通断。
自动开关门应用了红外线传感器，当人靠近时，探测到人发出的红外线，从而转换为电信号，控制门的开启与关闭。
21．见解析
【详解】
例如温度传感器，原理是热敏电阻在不同温度下有不同的阻值，所以可以改变电路中的电压电流，从而达到示数变化的目的。
22．见解析
【详解】
传感器通过对某一物理量敏感的元件，将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量。
(1) 让孵化器在一定温度下孵化禽蛋，使用的是温度传感器，通过温度来改变电阻的阻值从而改变电路的电压电流来控制电路。
(2) 电梯超出负载时，发出报警提示，使用是压力传感器，通过压力大小的作用，将力转变为电信号，来控制电路。
(3) 使汽车排放符合国家标准的尾气，使用的是化学成分传感器，通过尾气的浓度等变化来转变为电信号，来控制电路。
23．见解析
【详解】
敏感元器件是指它的特性会随着某种（某些）外部条件的变化而变化的元器件。敏感元器件分为两类，一类特性变化是非线性的，如压敏电阻，当电压小于敏感值时，电阻值很大，电压高于敏感值时，电阻很小，一般用在电源的保护电路中。另一类特性变化是接近线性的，用来测量相应的物理量，通常制造成产品，指标规范，参数稳定，称为传感器。如：对温度敏感的温度传感器，对压力敏感的压力传感器等等。