5.1传感器的原理基础巩固（word版含答案）

5.1传感器的原理基础巩固2021—2022学年高中物理沪教版（2019）选择性必修第二册
一、选择题（共15题）
1．测量体温是新冠疫情防控的一种措施。在许多场合，使用手持测温仪测量体温，该测温仪用到的传感器通常是（ ）
A．气体传感器 B．红外线传感器
C．压力传感器 D．生物传感器
2．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
3．传感器的功能与人的视觉、听觉、触觉、嗅觉等功能相似。不只在科研领域，在人们的日常生活中，也会用到传感器以实现某种功能。关于图中应用传感器的实际情景，下列说法错误的是（　　）
A．甲图传感器用来测量位移的微小变化，是位移传感器
B．乙图光电计数器用到了光敏电阻这个传感元件，是光传感器
C．丙图利用霍尔元件可以测量微小位移，是位移传感器
D．传感器感受力、温度、光、声等信号，把电学信号转换成非电学信号
4．关于传感器及其作用，下列说法正确的是(　　)
A．传感器一定是把非电学量转换为电学量
B．传感器一定是把非电学量转换为电路的通断
C．传感器把非电学量转换为电学量是为了方便地进行测量、传输、处理和控制
D．电磁感应是把磁学的量转换为电学的量，所以电磁感应也是传感器
5．关于传感器，下列说法正确的是（　　）
A．传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量
B．金属热电阻是一种可以将电学量转换为热学量的传感器
C．干簧管是能够感知电场的传感器
D．热敏电阻的阻值都是随温度的升高而减小
6．氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测，它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化．在如图甲所示的电路中，不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻，这样，电压表的指针位置就与一氧化碳浓度有了对应关系，观察电压表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标．有一种氧化锡传感器，其技术资料中给出的是电导（即电阻的倒数）—CO浓度曲线，如图乙所示．在下列表示一氧化碳浓度c与电压表示数U0之间关系的图象中正确的是（　　）
A． B．
C． D．
7．下列说法中正确的是（　　）
A．红外体温计能将人体红外线辐射的变化，转化成反应体温的电学量变化
B．受迫振动的固有频率会随驱动力频率的变化而变化
C．单摆的振动周期与摆球的质量有关
D．高速宇宙飞船中的一小时比地球上的一小时短
8．传感器在日常生活中有着广泛的应用，下列对传感器的理解正确的是（　　）
A．传感器是通过感知电压的变化来进行信号传递的
B．传感器是由半导体材料制作而成的
C．传感器不是电视遥控接收器的主要元件
D．传感器可以将采集到的信息转换为电学量
9．家用电热灭蚊器正常工作时其发热电阻产生的热量和向环境辐射的热量相等，可以维持其温度在165℃左右，其发热电阻随温度的变化图象如图所示。下列说法正确的是（　　）
A．t1=165℃
B．t1<165℃C．通过该发热电阻的电流与电压成正比
D．通过该发热电阻的电流与温度成正比
10．下列说法中正确的是（　　）
A．硅、锗不属于半导体
B．在半导体中加入微量杂质，可以使其导电能力成百万倍增大
C．N型半导体的载流子以空穴为主
D．PN结是构成晶体二极管的基础，不是构成三极管的基础
11．将如图所示装置安装在沿直轨道运动的火车车厢中，使杆沿轨道方向固定，就可以对火车运动的加速度进行检测。闭合开关S，当系统静止时，穿在光滑绝缘杆上的小球停在O点，固定在小球上的变阻器滑片停在变阻器的正中央，此时，电压表指针指在表盘刻度中央。当火车在水平方向有加速度时，小球在光滑绝缘杆上移动，滑片P随之在变阻器上移动，电压表指针发生偏转。当火车向左加速运动时，电压表的指针向右偏，则（）
A．电压表指针向左偏，说明火车可能在向右做加速运动
B．电压表指针向右偏，说明火车可能在向右做加速运动
C．电压表指针向左偏，说明火车可能在向右做减速运动
D．电压表指针向左偏，说明火车可能在向左做加速运动
12．如图所示为用热敏电阻R和继电器L等组成的一个简单的恒温控制电路，其中热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小．电源甲与继电器、热敏电阻等组成控制电路，电源乙与恒温箱加热器（图中未画出）相连接．则( )
A．当温度降低到某一数值，衔铁P将会被吸下
B．当温度升高到某一数值，衔铁P将会被吸下
C．工作时，应该把恒温箱内的加热器接在C、D端
D．工作时，应该把恒温箱内的加热器接在A、C端
13．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
14．氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测。它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化，在如图所示的电路中，不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻，这样显示仪表的指针就与一氧化碳浓度有了对应关系，观察仪表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标。有一种氧化锡传感器，其技术资料中给出的是电导（即电阻的倒数）——浓度曲线如图所示，请判断，电压表示数U0与一氧化碳浓度C之间的对应关系正确的是 （ ）
A． B．
C． D．
15．如图所示，E为电源，其内阻为r，L为小灯泡(其灯丝电阻可视为不变)，、为定值电阻，为光敏电阻．闭合开关S后，若照射R3的光强度减弱，则
A．两端的电压变大 B．小灯泡消耗的功率变小
C．通过的电流变小 D．电源两极间的电压变小
二、填空题（共4题）
16．与金属不同的是，有些半导体的导电能力随温度的升高而________，故可以用半导体材料制作________。
17．一些材料的电阻随温度的升高而变化．如图（甲）是由某金属材料制成的电阻R随摄氏温度t变化的图像，若用该电阻与电池（电动势E=1.5V，内阻不计）、电流表（量程为5mA、内阻不计）、电阻箱R′ 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）电流刻度较大处对应的温度刻度____________；(填“较大”或“较小”)
（2） 若电阻箱阻值R′=150Ω，当电流为5mA时对应的温度数值为________°C．
18．我国《道路交通安全法》规定驾驶员的血液酒精含量达到20 mg/m3（含20 mg/m3）属于酒驾，达到80 mg/m3（含80 mg/m3）属于醉驾。只要酒驾就属于违法行为，可能被处以行政拘留或者罚款。半导体型呼气酒精测试仪采用氧化锡半导体作为传感器。如图甲所示是该测试仪的原理图，图中电源电动势为4.8V，内阻可忽略不计：电压表V量程为5V，内阻很大；定值电阻R1的阻值为60Ω；实验测得酒精气体传感器R2的电阻值随酒精气体浓度变化的关系曲线如图乙所示。
（1）醉驾时R2的阻值小于等于________Ω；
（2）按图甲所示电路图把电压表改装成酒精浓度表，则酒精气体浓度为0的刻度线应刻在电压刻度线为_________V处。
19．超导磁体的研究使得超强磁场的获得比以前更容易。如今，美国高场实验室研制的稳态超导磁体中心磁场的磁感应强度达到45T。超导磁体通常是浸泡在液氦中的超导带材绕成的线圈，根据带材表面层是否绝缘分为绝缘线圈超导磁体和非绝缘线圈超导磁体两种。
(1)对磁体充电后，磁体才能运行。某科研机构研究非绝缘线圈超导磁体充电规律时，记录了0~320s内若干时刻加在磁体两端的电压U、磁体中的电流I的数据，并在如图甲、图乙所示的坐标纸中画出了I－t图象和U－t图象的一部分。请你根据下面表格中的数据，在图乙中标注后5组数据点，并将图象补画完整_______；
t/s 142 150 160 170 180 200 220 240 260 280 300 320
I/A 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60
U/mA 2.55 2.30 2.00 1.75 1.50 1.15 0.80 0.70 0.50 0.41 0.31 0.25
(2)根据甲、乙两个图象可知，在0~140s内电流I和电压U的关系为电流I随电压U的增大而增大，在140~320s内电流I和电压U的关系为____；
(3)超导磁体运行中，局部失超（失去超导性）可能带来整体失超，会造成超导磁体损坏。对超导磁体进行失超保护是必要的。绝缘线圈超导磁体需要采用主动失超保护系统。图丙是绝缘线圈超导磁体充电、运行和失超保护电路原理图。闭合开关S，超导磁体被充电后，正常运行。当失超探测器检测到超导磁体失超后，能自动迅速切断开关S并通过二极管（符号见图丁，当“＋”端的电势高于“－”端的电势时，二极管导通，电阻几乎为0；反之，电阻几乎为无穷大）将超导磁体储存的能量迅速转换到耗能电阻中，保护超导磁体不会被损坏。那么，图丙中接入的二极管的连接方式应该是图丁中的__（填“A”或“B”）。当失超保护系统工作时，流过耗能电阻中的电流方向为___（填“由c到d”或“由d到c”）。
三、综合题（共4题）
20．如图所示为一测速计原理图，滑动触头P与某运动物体相连，当P匀速滑动时，电流表有一定的电流通过，从电流表示数可得到运动物体的速度，已知电源电动势，内阻，AB为粗细均匀的电阻丝，阻值，长度，电容器电容，现测得电流表示数为，方向由N流向M，试求物体速度的大小和方向．
21．酒后驾车危害极大，为此，新交规实施以来，鹤壁市交通警察重点查处酒后驾车．酒精测试仪是交警用来检测机动车驾驶员是否酒后驾车的仪器，它的原理示意图如图所示．电源电压为6V恒定，当电流表的示数为0.3A时，表明该驾驶员没有酒驾，酒精气体传感器正常工作．R0为定值电阻，阻值为10Ω．请计算：
(1)酒精气体传感器正常工作的电阻R1；
(2)酒精气体传感器正常工作一天（24h），所消耗的电能．
22．动圈式话筒的内部结构如图所示，该装置能够将声信号转化为电信号流），再经扩音器放大后传给扬声器。
（1）请尝试解释动圈式话筒将声信号转化为电信号的工作原理。
（2）如果这类动圈式话筒出现了故障，故障最有可能出现在什么地方？如何检测并排除故障？
23．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。
参考答案
1．B
2．A
3．D
4．C
5．A
6．D
7．A
8．D
9．B
10．B
11．A
12．B
13．C
14．B
15．B
16．增强 热敏电阻
17．较小 50
18．30 2.4
19． 电压U逐渐减小而电流I保持不变 B 由d到c
20．，向右
21．(1)；(2)W=77760J
22．
（1）当人对着话筒说话时，以人声通过空气使膜片震动，然后在膜片上的线圈绕组在环绕在永久磁体形成的磁场中运动——切割磁感线，从而产生变化的感应电流，使声音信号转化为随声音变化的电信号，再经放大后，通过扬声器还原成声音。
（2）如果这类动圈式话筒出现了故障，故障最有可能出现在与线圈连接的电路部分。
①无声：直接用万用表电阻挡对音头的两个焊接点进行测量，若电阻值为无穷大，证明音头的音圈内部开路；若与话筒的标称值相同或者相近，说明音圈良好，故障在插头、屏蔽线缆或开关部分，可仔细检查屏蔽线缆中的屏蔽网线和芯线与插头是否脱焊；开关是否有接触不良故障；开关的接线是否脱焊等。查到故障部位后，将其重新焊好即可排除故障。如果是音头的音圈内部开路，通常只有换新。
②音轻、失真：首先旋下话筒的前网罩，将万用表置于R × 1挡，用两表棒碰触音头引出线两端的焊接点，应该听见话筒振动膜发出“喀喀”声。如果声音很微弱，再用R × 100挡测量两焊点之间的电阻值(音圈的直流电阻值)，若电阻值明显小于话筒的标称阻抗值，说明音圈内部存在匝间短路，导致灵敏度下降；如果碰触音头两端的焊接点时振动膜发出明显的“沙沙’，摩擦声，说明音圈或振动膜位置改变，致使音圈与磁钢相碰产生摩擦。若经检测没有发现上述故障，通常是音头磁钢的磁性减弱，这一类故障修理不易，只有更换音头。
③啸叫声：啸叫是话筒的常见故障，除了话筒与扬声器靠得太近而产生“声反馈”外，产生这个故障的原因通常是屏蔽线缆中的屏蔽网线折断，或屏蔽网线与插头焊片的焊接脱落，只有其芯线正常。当话筒的插头插入扩音机的输入插口中时，由于屏蔽线断开未接地，手握话筒时，人体感应或外界干扰信号就会传至扩音机中发生自激振荡而啸叫。这类故障将屏蔽网线重新焊接好即可。
23．
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。