5.1传感器及其工作原理同步练习（word版含答案）

5.1传感器及其工作原理同步练习2021—2022学年高中物理粤教版（2019）选择性必修第二册
一、选择题（共15题）
1．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
2．下列关于传感器说法中不正确的是（　　）
A．电子秤所使用的测力装置是力传感器，它将压力大小转化为可变电阻，进而转化为电压信号
B．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
C．电熨斗能自动控制温度的原因是它装有双金属片，这种双金属片的作用是控制电路的通断
D．光敏电阻能够把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量
3．物理传感器是利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出相关信息的，化学传感器是利用化学反应识别和检测信息的。下列说法正确的是（ ）
A．凡将非电学量转化为电学量的传感器都是物理传感器
B．气敏传感器只能是物理传感器
C．物理传感器只能将采集到的信息转换为电压输出
D．物理传感器利用的是物质的物理性质和物理效应
4．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
5．下列有关传感器的判断正确的是（ ）
A．传感器是将电学量（电压、电流等）转化成非电学量（压力、温度、位移等）的装置
B．把霍尔元件放入磁场中，由于电磁感应现象，在元件的电极间产生感应电动势
C．金属热电阻的电阻率随温度升高而减小
D．干簧管是一种能够感知磁场的传感器
6．电容器是一种常用的电学元件，在电工、电子技术中有着广泛的应用。以下有关电容式传感器在生活中应用说法正确的是（　　）
甲：电容式触摸屏 乙：电容式压力传感器
丙：电容式油位传感器 丁：电容式加速度传感器A．甲图中，手指作为电容器一电极，如果改用绝缘笔在电容式触摸屏上仍能正常操作
B．乙图中，力F增大过程中，电流计中的电流从a流向b
C．丙图中，油箱液位上升时，电容变小
D．丁图中，当传感器由静止突然向左加速，电容器处于充电状态
7．关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是（　　）
A．非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件
B．电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量
C．非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
D．非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量
8．如图所示，电吉他的弦是磁性物质，当弦振动时，线圈中产生感应电流，感应电流输送到放大器、喇叭，把声音播放出来，下列说法正确的是（　　）
A．电吉他是光电传感器
B．电吉他是温度传感器
C．电吉他是声音传感器
D．弦改用尼龙材料原理不变
9．关于“模块机器人”的组成部分中相当于“人脑”部分的是（ ）
A．执行器 B．传感器 C．控制器 D．敏感元件
10．环境监测中通常需要监测烟尘浓度。如图所示为光电式烟尘浓度计的工作原理图。光源1发出的光线经聚光透镜2后，再经半透半反镜3分成两束强度相等的光线。其中一路光线经反射镜4后穿过被测烟尘，有部分光线被烟尘吸收或散射（光在介质中与物质微粒相互作用，使光的传播方向发生改变的现象）后，经过光电转换电路6转换成电压信号U1.另一路光线直接到达光电转换电路7（6、7完全相同）后，产生作为被测烟尘浓度的参比电压信号U2.运算电路通过U1和U2的比值计算出被测烟尘的浓度。根据上述信息应用所学知识可以判断（　　）
A．没有烟尘时，U1和U2的比值应该为零
B．散射过程中动量守恒定律不成立
C．如果用全反射棱镜作为反射镜4，其折射率至少为2
D．烟尘浓度越高时，U1和U2的差值越大
11．诺贝尔物理学奖授予了法国科学家阿尔贝 费尔和德国科学家彼得 格林贝格尔，以表彰他们发现“巨磁电阻（GMR）效应”．基于巨磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的磁电技术，被认为是纳米技术的第一次真正应用．下图是研究巨磁电阻特性的原理示意图，实验发现，当闭合S1、S2后使滑动变阻器的滑片P向左滑动的过程中，指示灯明显变亮，下列说法中正确的是（　　）
A．滑片P向左滑动的过程中，电磁铁的磁性减弱
B．巨磁电阻的阻值随磁场的增强而明显增大
C．巨磁电阻的阻值随磁场的增强而明显减小
D．巨磁电阻不可用来制作磁电传感器
12．下列关于几种传感器的说法不正确的是（　　）
A．电子秤所使用的测力装置是力传感器
B．电饭锅常压下只要锅内有水，锅内的温度不可能达到103℃，开关按钮就不会自动跳起
C．电熨斗需要较高温度熨烫时，要调节温度旋钮，使升降螺丝上移并推动弹性铜片上移
D．霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量
13．传感器在日常生活中有着广泛的应用，它的种类多种多样，其性能也各不相同.下列物品中用到了传感器的是（ ）
A．示波器
B．真空冶炼炉
C．回旋加速器
D．火灾报警器
14．下列说法正确的是（ ）
A．金属热电阻的电阻率随温度升高而减小
B．干簧管是电控开关
C．电熨斗中的双金属片上层膨胀系数比下层大
D．光敏电阻导电性能随光强增强而减小
15．下列说法正确的是（　　）
A．干簧管是一种简易的力电传感器
B．交警所使用的酒精检测仪安装了“乙醇传感器”，能够感知乙醇的浓度
C．一些宾馆安装了“自动门”，当人靠近时自动打开，是因为门上安装了温度传感器
D．电熨斗能自动控制温度主要因为装有双金属片温度传感器，两片金属的热膨胀系数相同
二、填空题（共4题）
16．如图是电熨斗的结构图，它装有双金属片温度传感器，其作用是控制电路的通断，常温下图中上下触点是________（填“接触”或“分离”），当温度升高时双金属片__________（填“上层”或“下层”）膨胀比另一层大．若需要设定更高的温度，则应该调节升降螺 丝向______（填“上 ”或“下 ”）
17．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______。
18．如图所示电路是利用DIS实验来测定电动机的效率，图中方框内的实验仪器分别是A：_______、B：_______、C：_______。
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．按照你对以下几种传感器的理解，填写下面的表格。
传感器名称 输入的物理量 输出的物理量
光敏电阻
热敏电阻
金属热电阻
电阻应变片
电容式位移传感器
21．有三个失去标记的元件，分别是定值电阻、热敏电阻和光敏电阻．为识别它们，可将这三个元件分别接入如图所示电路中的A、B两点间。用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数变化，这样就可将它们区分开来。请简述其中的原理。
22．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。
23．当前大量使用的磁敏器件是霍尔元件与集成电路制作在一起的磁传感器，它有以下两种。
(1)一种是“线性”的。它是将霍尔元件和放大器集成在一个芯片内，其输出的电压与感受到的磁感应强度成正比地连续变化。请你提出一种方案，利用它来测量电流的大小。
(2)另一种叫作“开关型”的。当磁场增强到一定程度时它才会输出高电势，而在磁场弱到一定程度时输出低电势，它只能像开关一样在高、低电势之间跃变。请你提出一种方案，利用它来测量物体的转速。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
2．B
3．D
4．A
5．D
6．D
7．C
8．C
9．C
10．D
11．C
12．C
13．D
14．C
15．B
16． 接触 上层 下
17． 磁 基本保持不变，可看做匀强磁场
18． 电流传感器 电压传感器 数据采集器
19． 电压U逐渐减小而电流I保持不变 B 由d到c
20．
光敏电阻是将光照强度信号转化为电压（电阻）信号输出的；
热敏电阻是将温度信号转化为电学中的电压（电阻）信号输出的；
金属热电阻也是将温度信号转化为电压（电阻）信号输出的；
电阻应变片是将压力信号转化为电压（电阻）信号输出的；
电容式位移传感器，是将位移信号转化为电压（电容）信号输出的；
故如下表示：
传感器名称 输入的物理量 输出的物理量
光敏电阻 光照强度 电压
热敏电阻 温度 电压
金属热电阻 温度 电压
电阻应变片 压力 电压
电容式位移传感器 位移 电压
21．
当用墨纸包住元件时，光线被挡住，光敏电阻阻值变化，其它两个电阻阻值不变，所以欧姆表示数变化较大的是光敏电阻，欧姆表示数不变化的是定值电阻和热敏电阻；当把元件放入热水中时，温度升高，热敏电阻阻值变化，其它两个电阻阻值不变，所以欧姆表的示数变化较大的是热敏电阻，欧姆表示数不变化的是定值电阻和光敏电阻。
22．
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。
23．
（1）在软铁芯上绕制线圈2，磁传感器3置入铁芯的间隙中，并与数字电压表4相连，线圈2中通入的待测电流I越强，铁芯间隙中的磁感应强度就越大，则磁传感器输出的电压也越大。电路如图
（2）在转动物体1的边缘嵌入一个永久磁体2 ，磁传感器3固定在旁边，并与计数电路和显示屏4相连。物体每转动1周，传感器就输出1个电压脉冲，计数器显示的数字就增加1，配合秒表测出物体在时间t内转动的周数n，就可以计算出转速。电路如图
答案第1页，共2页