5.1常见传感器的工作原理课后练习（word版含答案）

5.1常见传感器的工作原理
一、选择题（共15题）
1．下列关于信息化社会的说法不正确的是（　　）
A．现代信息技术的三大基础是信息的拾取、传输和处理
B．传感器能代替、补充、延伸人的感觉器官功能
C．日光灯的启动器利用了双金属传感器
D．光敏电阻传感器无光照射时电路中电流大，有光照射时电路中电流小
2．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．半导体热敏电阻的阻值随温度的升高而增大
3．如图所示为某电容式话筒的原理示意图。Q为绝缘支架，薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电。对着话筒说话时，M振动而N可视为不动。下列说法正确的是（　　）
A．该话筒的传感器是薄金属膜M
B．传感器的敏感元件是M、N组成的电容器
C．M、N间的电压始终等于电源电压
D．传感器将声波信号转换为电容器的电容
4．传感器是把非电学量（如温度、速度、压力等）的变化转换为电学量变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用。如图是一种测量液面高度h的电容式传感器的示意图。从电容C大小的变化就能反映液面的升降情况。关于两者关系的说法中正确的是（ ）
A．C增大表示h减小 B．C减小表示h增大
C．C减小表示h减小 D．C的变化与h变化无直接关系
5．下列关于传感器的说法中，正确的是（ ）．A．一般的传感器可以直接用来进行自动控制
B．传感器可以用来采集信息
C．金属材料不可以制成传感器
D．传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量
6．下列说法正确的是（ ）
A．光敏电阻能够把电信号转换成光信号
B．干簧管是一种能够感知静电场的传感器
C．霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量
D．电容式位移传感器能够把电动势这个电学量转化为物体的位移这个力学量
7．定值电阻R1与滑动变阻器R2采用如图方式接在电动势为E，内阻为r的电源上，利用电压传感器和电流传感器研究R2上的电压与电流变化关系．当自下向上滑动R2上的滑片时，通过数据采集器将电压与电流信号输入计算机后，在屏幕上得到的U-I图像应为下图中的（ ）
A．B．C．D．
8．关于发光二极管，下列说法正确的是（　　）
A．发光二极管能发光，不具有单向导电性
B．发光二极管能直接把光能转化为电能
C．发光二极管只要在两端加有正向电压，就可以发光
D．发光二极管只有加正向电压时，才有可能发光
9．如图所示，将一光敏电阻连入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时表针的偏角为θ，现用手掌挡住部分光线，表针的偏角变为θ′，则可判断（　　）
A．θ′=θ B．θ′<θ
C．θ′>θ D．不能确定θ和θ′的关系
10．关于传感器，下列说法正确的是（　　）
A．传感器能将电学量按一定规律转换成非电学量
B．干簧管是能够感知电场的传感器
C．半导体热敏电阻的阻值一定随温度的升高而减小
D．金属热电阻一般选用线性好，温度系数较大的材料制成
11．酒精测试仪用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车及其他严禁酒后作业人员的现场检测，它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器。酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化，在如图所示的电路中，不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系。如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么，电压表示数与酒精气体浓度之间的对应关系正确的是（　　）
A．越大，表示越小， 与成反比
B．越大，表示越小，但与不成反比
C．越大，表示越大， 与成正比
D．越大，表示越大，但与不成正比
12．下列关于传感器元件的说法正确的是（ ）
A．热敏电阻或金属热电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量
B．热敏电阻与金属热电阻相比，热敏电阻化学稳定性好，灵敏度较差
C．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量
D．霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量
13．目前有些居民区内楼道灯的控制使用的是一种延时开关。该延时开关的简化原理图如图所示。图中D是红色发光二极管（只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光），R为限流电阻，K为按钮开关，虚线框内S表示延时开关电路。当按下K接通电路瞬间，延时开关触发，相当于S闭合。释放K后，延时开关S约在1min后断开，电灯熄灭。根据上述信息和原理图，我们可推断（ ）
A．按钮开关K按下前，发光二极管是熄灭的
B．按钮开关K按下前，发光二极管是发光的
C．按钮开关K按下再释放后，电灯L发光持续时间约1min
D．限流电阻的阻值R和灯丝电阻相比，应满足
14．关于传感器，下列说法不正确的是（　　）
A．热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量
B．烟雾散射式火灾报警器利用的是温度传感器
C．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断
D．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号
二、填空题
15．如图是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图。门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭时会遮蔽红外线源（红外线源没有画出）。经实际试验，灯的亮、灭能反映门的开、关状态。
(1)门打开时R2两端的电压U2与门关闭时相比______（选填“增大”或“减小”）；
(2)门打开时________（选填“红”或“绿”）灯亮。
16．如图所示为包含某逻辑电路的一个简单的电路图，L为小灯泡．光照射电阻R′，其阻值将变得远小于R接入电路的阻值，无光照射R′其阻值将变得远大于R接入电路的阻值．
(1)该逻辑电路是________门电路（选填“与”、“或”、“非”）．
(2)当电阻R′到光照射时，小灯泡L将________（选填“发光”、“不发光”）．
17．位移传感器的发射器发射________和________两种脉冲，接收器测出前后接收到这两种脉冲的不同的________，计算机就根据两者的________和________。计算出发射器和接收器间的距离。
18．如图所示，图甲为热敏电阻的R t图像，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器线圈的电阻为150Ω。当线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势E＝6V，内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。
（1）应该把恒温箱内的加热器接在________（选填“A、B端”或“C、D端”）。
（2）如果要使恒温箱内的温度保持100℃，可变电阻R′的值应调节为________Ω。
（3）为使恒温箱内的温度保持在更高的数值，可变电阻R′的值应________（选填“增大”或“减小”）。
三、综合题
19．霍尔元件是一种能将磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量的传感器，其基本结构如图所示，M为半导体薄片（砷化镓），B为外加与薄片垂直的磁场，a、b、c、d为霍尔电极。若在ab方向通以恒定电流I，请简要分析霍尔电势的形成过程及方向。
20．如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的示意图．A为光源，B为光电接收器，A、B均固定在小车上，C为小车的车轮．D为与C同轴相连的齿轮，车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示．若实验显示单位时间的脉冲数为n，累积脉冲数为N，试完成下列问题的解答：
(1)要测小车的速度和行程还必须测量的物理量或数据是哪些？
(2)推导小车速度的表达式．
(3)推导小车行程的表达式．
21．小明同学想用一只半导体热敏电阻制作一支能测量水温的温度计。通过查阅资料，他获得该热敏电阻的特性曲线如图1所示。他要求所制作的温度计的测量范围是，且在水温是时，电压表指针偏转达到最大位置。根据特性曲线，他设计的水温温度计的电路如图2所示，图中的定值电阻，电压表的量程是，电源电压恒定。
（1）根据特性曲线，该热敏电阻在、、时，阻值分别为多大？
（2）通过计算说明，当水温是、时，电压表的指针分别指在什么位置？当电压表的指针指在和时，水温各是多少？
（3）小明需要将电压表的刻度盘改成直接显示温度的刻度盘。如果每画一条刻度线，那么温度刻度线是否均匀分布？请你帮小明画出显示温度的刻度线。已知电压表的指针从的偏转角是。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，因此传感器也可以用来采集信息，现代信息技术的三大基础是信息的拾取、传输和处理，能代替、补充、延伸人的感觉器官功能，故AB说法正确；日光灯的启动器利用金属随着温度的膨胀系数不同，运用双金属传感器，故C说法正确；光敏电阻在有光照射时，电阻会变小，故D说法错误．所以选D．
2．A
【详解】
传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量，选项A正确；金属热电阻是一种可以将热学量转换为电学量的传感器，选项B错误；干簧管是能够感知磁场的传感器，选项C错误；热敏电阻在温度升高时，电阻会变小，热敏电阻能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量．故D错误；故选A．
3．D
【详解】
ABD．该话筒的传感器是M、N组成的电容器，传感器的敏感元件是薄金属膜M，传感器将声波信号转换为电容器的电容，AB错误，D正确；
C．话筒工作过程中，电容器的电容不断变化，电路中有充、放电电流，固定电阻R上的电压会发生变化，故M、N间的电压不始终等于电源电压，C错误。
故选D。
4．C
【详解】
当h减小时，则正对面积减小，根据电容器的决定式
电容器的电容减小，反之，h增大，电容增大。故C增大，说明h增大；C减小，说明h减小。
故选C。
5．B
【详解】
A．传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，不能实现自动控制，所以A错误；
B．由于传感器可将非电学量转换成电学量，因此传感器也可以用来采集信息，所以B正确；
C．传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，故C错误；
D．传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量，比如：光敏电阻在有光照射时，电阻会变小，所以D错误；
故选B。
6．C
【详解】
A. 光敏电阻是由半导体材料制成的，其电阻值随光照的强弱发生变化，能够把光照强弱变化转换为电阻大小变化，把光信号转变成电信号，故A错误；
B. 干簧管是能够感知磁场的传感器，故B错误；
C. 霍尔元件是能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量，故C正确；
D. 电容式位移传感器能够把物体的位移这个力学量转化为电动势这个电学量，故D错误．
故选C
7．C
【详解】
把R1等效成电源内阻，根据闭合电阻欧姆定律：U=E-I(R1+r),截据表示电动势，斜率表示R1+r，所以选C.
8．D
【详解】
发光二极管和普通二极管一样，都具有单向导电性，都是半导体材料制成的，只有当两端加正向电压时，才能处于导通状态，但不一定发光，要求达到一定的电压值，它能直接把电能转化为光能。
故选D。
9．B
【详解】
光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，开始时有光照射，光敏电阻的阻值较小，当手掌挡住部分光线时，光敏电阻的阻值增大，因为欧姆表的零刻度在表盘的右侧，所以欧姆表测电阻时，阻值越大，指针张角越小。
故选B。
10．C
【详解】
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，能将非电学量按一定规律转换成电学量．故A错误；干簧管是一种能够感知磁场的传感器．故B错误；热敏电阻在温度升高时，电阻会变小，热敏电阻能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量．故C正确；金属热电阻是将温度转化为电阻，金属导体热电阻随温度的升高而增大；金属热电阻一般选用线性好，温度系数较小的材料制成．故D错误．故选C．
11．D
【详解】
设酒精气体传感器电阻为。酒精气体传感器和定值电阻串联在电路中，电压表测R0两端的电压。根据酒精气体传感器的电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，得
k是比例系数
根据欧姆定律得
解得
由数学知识知，U越大，C越大，但两者不成正比。
故选D。
12．ACD
【详解】
A．热敏电阻在温度升高时，电阻会变小，热敏电阻能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，故A正确；
B．金属热电阻是将温度转化为电阻，化学稳定性好，但灵敏度差，故B错误；
C．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量，故C正确；
D．霍尔元件能够把磁感应强度这个热学量转化为电压这个电学量，故D正确。
故选ACD。
13．BCD
【详解】
AB．按钮开关K按下前，延时开关S是断开的，有电流经过发光二极管，故发光二极管是发光的，故A错误，B正确；
C．按钮开关K按下再释放后，S闭合时间约1min，此过程中二极管和电阻R被短路，电灯L能持续发光1min， 故C正确.
D．由于R为限流电阻，且二极管只要有很小的电流通过就能发光，所以为了保证K按下前电灯L不发光，应满足，故D正确。
故选BCD。
14．BD
【详解】
A．热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，且随着温度升高，其电阻在减小，故A正确，不符合题意；
B．烟雾散射式火灾报警器利用烟雾对光的散射作用来工作的，是光传感器，故B错误，符合题意；
C．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片，靠温度来传感，这种传感器作用是控制电路的，故C正确，不符合题意；
D．话筒是一种常用的声传感器，其作用将声信号转换为电信号，故D不正确，符合题意；
本题选不正确的，故选：BD。
15． 减小 红
【详解】
(1)当门打开时，受红外线照射，电阻减小，从而使并联电路总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律可得总电流增大，两端的电压为
所以两端的电压减小；
(2)根据欧姆定律通过的电流减小，根据并联分流可得通过的电流增大，线圈产生的磁场增强，吸引衔铁，红灯亮。
16． 非； 不发光
【详解】
解：该逻辑电路为非门电路，非门的特点输入状态和输出状态相反，当电阻R′受到光照时，其阻值将变得远小于R，则R两端的电势差大，R′两端间的电势差小，则输入端为高电势，那么输出端为低电势，小灯泡L不发光；
故答案为非，不发光．
17． 红外线 超声波 时间 时间差 空气中的声速
【详解】
位移传感器的发射器向接收器同时发射红外线和超声波脉冲
接收器收到红外线脉冲时开始计时，收到超声波脉冲时停止计时，以此测出前后接收到这两种脉冲的不同的时间，计算机就根据两者的时间差和空气中的声速，计算出发射器和接收器间的距离。
18． A、B端 100 增大
【详解】
（1）当温度较低时，热敏电阻的阻值较大，电路中的电流较小，此时继电器的衔铁脱离电磁铁，A、B部分接入电路，此时是需要加热的，恒温箱内的加热器要工作，所以应把恒温箱内的加热器接在A、B端。
（2）当温度达到100℃时，加热电路要断开，此时继电器的衔铁要被吸合，即控制电路的电流要达到I＝20mA，设继电器线圈的电阻为R0，根据闭合电路欧姆定律可得，
I＝
代入数据解得
R′＝100Ω
（3）由以上分析可知，若使恒温箱内的温度保持在更高的数值，则I＝20mA时R变小，R0不变，故可变电阻R′的值应增大，从而实现目标。
19．根据左手定则知，自由电子向d电极偏转，所以d电极这一侧聚集负电荷，另一端聚集正电荷，所以d点的电势低于c点的电势，cd两点间形成电势差，方向在半导体外部由c指向d。
20．(1)车轮的半径R和齿轮的齿数p　(2) (3)s＝2πRN/p
【详解】
小车的速度等于车轮的周长与单位时间内车轮转动圈数的乘积．设车轮的半径为R，单位时间内车轮转动圈数为k，
则有v＝2πRk
若齿轮的齿数为P，则齿轮转一圈电子电路显示的脉冲数即为P．已知单位时间内的脉冲数为n，所以单位时间内齿轮转动圈数为．由于齿轮与车轮同轴相连，它们在单位时间内转动圈数相等，即k＝
由以上两式可得v＝
同理，设车轮转动的累计圈数为k′，则有路程x＝2πRk′
且k′＝，所以x＝
可见，要测出小车的速度v和行程x，除单位时间内的脉冲数n和累计脉冲数N外，还必须测出车轮半径R和齿轮的齿数P．
21．（1）；（2）1.0V；3.0V；；；（3）见解析
【详解】
（1）由图可知，该热敏电阻在、、时，阻值分别为。
（2）当水温是时，，根据题意电压表示数
解得
当水温是时，，电压表示数
当电压表示数为时，有
解得
结合图像可知，温度为。
当电压表示数为时，有
解得
结合图像可知，温度为。
（3）由于
结合图1可知，温度刻度线不均匀。由解析（2）的方法计算出每隔时的电压表示数，绘图如下：
答案第1页，共2页