5.2常见传感器的工作原理及应用 同步练习（Word版含解析）

人教版（2019）选择性必修二 5.2 常见传感器的工作原理及应用
一、单选题
1．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
2．如图，在电路中接一段钨丝（从旧白炽灯中取出），闭合开关，灯泡正常发光，当用打火机给钨丝加热时灯泡亮度明显变暗，根据钨丝的上述特性，可用钨丝来制作一个温度传感器，下面的说法中正确的是（　　）
A．该传感器利用了钨丝的化学性质
B．该传感器的原理是把电学量（电阻）转换为热学量（温度）
C．该传感器的敏感元件是钨丝，转换元件是灯泡
D．该传感器利用了钨丝电阻随温度变化而变化的特性
3．霍尔元件是实际生活中的重要元件之一，广泛应用于测量和自动控制等领域.如图所示为一长度一定的霍尔元件，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于霍尔元件的工作面向下，在元件中通入图示从E到F方向的电流I，其中元件中的载流子是带负电的电荷，下列说法中正确的是（ ）
A．该元件能把电学量转化为磁学量
B．该元件C面的电势高于D面的
C．如果用该元件测赤道处地磁场的磁感应强度，应保持工作面水平
D．如果流过霍尔元件的电流大小不变，则元件C、D面的电势差与磁场的磁感应强度成正比
4．在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今天，担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用，其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的元件，某学习小组的同学在用多用电表研究热敏电阻特性的实验时，安装好如图所示装置，向杯内加入冷水，温度计的示数为20℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R1，然后向杯内加入热水，温度计的示数为60℃，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是（　　）
A．应选用电流挡，温度升高换用大量程测量
B．应选用电流挡，温度升高换用小量程测量
C．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡
D．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡
5．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
6．某力敏电阻的阻值随着压力的增大而线性减小。一同学利用该力敏电阻设计了判断小车在水平方向上运动状态的装置。其工作原理如图甲所示，将力敏电阻和一块档板固定在绝缘小车上，之间放置一个光滑绝缘重物M，重物与挡板之间通过轻弹簧连接。某次实验中，电流表示数随时间变化关系如图乙所示、已知0-t1时间内，小车处于静止状态，则（　　）
A．0~t1时间内，弹簧处于压缩状态
B．t1~t2时间内，小车的加速度随时间均匀减小
C．t2~t3时间内，小车可能向左做匀减速直线运动
D．t2~t3时间内，小车可能向左做加速度增大的加速直线运动
7．如图所示是一火警报警器的部分电路示意图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器（温度越高，其阻值越小），电流表为值班室内的显示器，a、b之间接报警器。当传感器R2所在处出现火情时，流过显示器的电流I2、报警器两端的电压U的变化情况是（　　）
A．I2变大，U变大 B．I2变小，U变小
C．I2变小，U变大 D．I2变大，U变小
8．如图所示是自动调温式电熨斗的结构图下列说法不正确的是（　　）
A．常温时上下触点是接触的
B．双金属片温度升高时，上金属片形变较大，双金属片将向下弯曲
C．原来温度控制在80℃即断开电源，现要求60℃断开电源，应使调温旋钮下移一些
D．由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些
9．图甲虚线框内所示是电子秤测量部分的原理图，压力传感器的电阻R随压力F的变化如图乙所示。开关闭合后，压力传感器两端的电压恒为6.0 V。电流表的量程为0.6 A。电表的内阻、踏板和压杆的质量可以忽略不计。则电子秤（　　）
A．最大称量值为1500 N B．压力传感器的电阻最小为0
C．空载时，电流表的读数为20mA D．称重为900N时，电阻R为110Ω
10．如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为10：1，原线圈接入图乙所示的正弦脉冲电压，副线圈接火灾报警系统（报警器未画出），电压表和电流表均为理想电表，R0为定值电阻，R为半导体热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小。下列说法中正确的是（　　）
A．图乙中电压的有效值为220V B．电压表的示数为11V
C．R处出现火警时电流表示数变小 D．R处出现火警时电阻R0消耗的电功率减小
11．有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R（是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器）、显示体重的仪表G（实质是理想电流表），设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3A，电源电动势为12V，内阻为2Ω，电阻R随压力变化的函数式为R＝30－0.02F（F和R的单位分别是N和Ω）。则下列说法正确是（　　）
A．该秤能测量的最大体重是1300N
B．体重为1300N应标在电流表G刻度盘2A刻度处
C．该秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表G刻度盘0刻度处
D．该秤零刻线应标在电流表G刻度盘的最大刻度处
12．如图所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、开关K与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中。两板间放一台压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电荷量为q的带负电小球。K断开时传感器上有示数mg，K闭合稳定后传感器上示数为。则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量的变化率分别是（　　）
A．正在增加， B．正在减弱，
C．正在增加， D．正在减弱，
二、填空题
13．如图甲所示，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，继电器的电阻为100Ω。当线圈的电流大于或等于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＝9.0V，内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。则
(1)应该把恒温箱内的加热器接在________（填“A、B端”或“C、D端”）。
(2)如果要使恒温箱内的温度保持50℃，可变电阻R′的阻值应调节为________Ω。
14．温度传感器是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性工作的，它广泛应用于电冰箱、冰柜和室内空调等家用电器中，现利热敏电阻设计如图甲所示，电路测一特殊电源的电动势和内阻。G为灵敏电流计，内阻保持不变；为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙所示，闭合开关S，当的温度等于120℃时，电流计的示数，当的温度等于20℃时，电流计的示数为。则可求出该电源的电动势______V，内阻______。
15．如图所示为用热敏电阻及和电磁铁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。电源甲与电磁铁、热敏电阻等组成控制电路，电源乙与恒温箱加热器(图中未両出）相连接。则当温度________(填“升高”“降低”）到某一数值时，衔铁P将会被吸下，工作时，应该把恒温箱内的加热器接在_________(“A、B端”“C、D端”）
16．传感器在自动控制、信息处理技术中承担着信息采集与转换作用．如光敏电阻将光信号转换为电信号、热敏电阻将热信号转换为电信号．如图所示是大型电子地磅的电路图，它是利用________的变化引起_______的变化将力信号转换为电信号的．
17．说明下列各种场合分别选用的传感器（用代码表示，可重复应用）
常用传感器的类型有：a.红外线（光）传感器 b.温度传感器 c. 声传感器 d. 压力传感器
（1）普通电冰箱中的自动温度控制电路是________．
（2）马路两侧的路灯控制电路是________．
（3）气垫导轨上用的光电门是________．
（4）楼梯灯控制电路是________．
（5）宾馆的自动门是________．
（6）话筒是________．
（7）非接触式体温计是________．
（8）遥控电视机的接收器是________．
三、解答题
18．电饭锅的工作原理如图所示，煮饭时开关是闭合的，红色指示灯亮；饭熟后（温度大约为103 ℃）开关S自动断开，黄灯亮。
(1)电阻R1的作用是保护红色指示灯不会因电流过大而烧毁，R1与电饭锅发热板的等效电阻相比，二者大小应有什么关系？为什么？
(2)通常情况下，用这种电饭锅烧水时它的自动断电功能能不能起作用？为什么？
19．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R-t特性曲线如图甲所示。他要求所制的温度计的测量范围是0~100℃，且在水温是100℃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乙所示，图中的定值电阻R0=100Ω，电压表的量程是0~3V。电源电压稳定。
(1)根据特性曲线，该热敏电阻在0℃、50℃、100℃时，阻值分别为多大？
(2)通过计算说明，当水温是0℃时、100℃时，电压表的指针指示是多少？
20．如图所示，小铅球P系在细金属丝下，悬挂在O点，开始时小铅球P沿竖直方向处于静止状态．当将小铅球P放入水平流动的水中时，球向左摆动一定的角度θ，水流速度越大，θ越大．为了测定水流对小球作用力的大小，在水平方向固定一根电阻丝BC，其长为L，它与金属丝接触良好，不计摩擦和金属丝的电阻，C端在O点正下方处，且OC=h．图中还有电动势为E的电源（内阻不计）和一只电压表．请你连接一个电路，使得当水速增大时，电压表示数增大．
21．如图所示是电饭煲的电路图，S1是一个控温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点（103℃）时，会自动断开。S2是一个自动控温开关，当温度低于60℃时会自动闭合；温度高于80℃时，会自动断开。红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指示灯。分流电阻R1=R2=500Ω，加热电阻丝R3=50Ω，两灯电阻不计。
（1）根据电路分析，叙述电饭煲煮饭的全过程（包括加热和保温的过程）。
（2）简要回答，如果不闭合开关S1，电饭煲能将饭煮熟吗？
（3）计算加热和保温两种状态下，电饭煲的消耗功率之比。
22．如图所示,图甲为热敏电阻的R-t图象，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,继电器的电阻为100Ω．当线圈的电流大于或等于10mA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=3.0V．内阻可以不计．图中的“电源”是恒温箱加热器的电源．问：
(1)应该把恒温箱内的加热器接在A、B端间还是C、D端？
(2)如果要使恒温箱内的温度保持50℃，可变电阻R′的阻值应调节为多大？
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试卷第2页，共2页
参考答案：
1．B
【解析】
【详解】
A．在电子秤中的应用电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转化为电压差信号，故A正确；
B．话筒是一种常用的声波传感器，其作用是声信号转换为电信号，故B错误；
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，这种传感器的作用是控制电路的通断。故C正确；
D．光敏电阻的工作原理实际上是传感器把光信号转换成电信号，故D正确；
故选B。
2．D
【解析】
【分析】
【详解】
BD．由题可知，钨丝的电阻随温度的升高而增大，利用该特性制作的温度传感器，能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，故D正确，B错误；
AC．该传感器利用了钨丝的物理性质，敏感元件和转换元件都是钨丝，故AC错误。
故选D。
3．D
【解析】
【详解】
A．霍尔元件是能够把磁学量转换为电学量的传感器，故A错误；
B．根据左手定则可知，带负电的电荷向C面偏转，C面带负电，D面带正电，所以D面的电势高，故B错误；
C．在测定地球赤道处的地磁场的磁感应强度时，应将元件的工作面保持竖直，让磁场垂直通过元件的工作面，故C错误；
D．运动电荷最终在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡状态，设霍尔元件的长、宽、高分别为a、b、d，则有
电流的微观表达式为
所以
如果流过霍尔元件的电流大小不变，则元件C、D面的电势差与磁场的磁感应强度成正比，故D正确。
故选D。
4．D
【解析】
【分析】
【详解】
AB．多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源，故不能选用电流挡，A、B错误；
CD．当温度升高时多用电表指针偏转角度较大，说明热敏电阻的阻值变小了，应该换用欧姆挡倍率小的挡，C错误，D正确．
故选D。
5．C
【解析】
【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。
6．AD
【解析】
【详解】
A．0～t1时间内，电流最大，力敏电阻的阻值最小，所受压力最大，所以弹簧处于压缩状态，故A正确；
B．t1～t2时间内，电流减小，力敏电阻的阻值增大，所受压力F减小，根据牛顿第二定律，小车的加速度为
小车的加速度增大，故B错误；
CD．t2～t3时间内，电流最小，力敏电阻的阻值最大，所受压力最小，合力向左，小车的加速度向左，又因为电流不变，压力不变，小车的合力不变，加速度不变，小车做加速度向左的匀变速直线运动，小车可能向左做匀加速直线运动，也可能向右做匀减速直线运动，还有可能M与力敏电阻分离了，此时小车可能向左做加速度增大的加速直线运动，故C错误，D正确。
故选AD。
7．D
【解析】
【分析】
【详解】
当传感器R2所在处出现火情时，R2的阻值减小，则外电路总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知，电路中总电流将增大，由U=E-Ir可知，路端电压减小，即报警器两端的电压U将减小；因总电流I增大，则R1两端的电压增大，并联部分的电压减小，则可知流过R3的电流I3减小，流过R2的电流I2=I-I3变大。
故选D。
8．C
【解析】
【分析】
【详解】
AB．常温工作时，上下触点是接通的，当温度升高时，上层金属片形变大，双金属片向下弯曲；故AB不符题意；
C．切断电源，原来温度上升到80 ℃时断开电源，现在要求60 ℃时断开电源，弹性铜片与触点接触面积要减小，应逆时针调节调温旋钮，即应使调温旋钮上调一些，故C符合题意；
D．由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态时，温度要升高，则应使调温旋钮下移一些，故D不符题意；
故选C。
9．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．由图像得到
知 ，当电阻R=0时，压力
但回路中的电阻不可能为零，则压力最大值不可能为1500N，故A错误；
B．压力传感器的电阻为零时，电源短路，则压力传感器的电阻最小不可能为零，故B错误；
C．空载时，F=0，根据图像知此时R=300Ω，由
故C正确；
D．当F=900N，由
可得
R=120Ω
故D错误。
故选C。
10．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．图乙中电压的最大值，则有
解得，电压的有效值为
故A错误；
B．变压器原、副线圈中的电压与匝数成正比，所以变压器原、副线圈中的电压之比是10：1，所以电压表的示数为，故B正确；
CD．R处温度升高时，电压表示数不变，阻值减小，副线圈电流I2增大，则输出功率增大，而输出功率和输入功率相等，所以原线圈电流增大，即电流表示数增大，根据知，电阻R0消耗的电功率增大，故CD错误。
故选B。
11．B
【解析】
【详解】
A．电路中允许的最大电流为
由闭合电路欧姆定律可得
可得
代入函数式可得
故A错误；
B．当体重为1300N时，代入函数式可得
由闭合电路欧姆定律可得
故B正确；
CD．同理当体重为零时，代入函数式可得
由闭合电路欧姆定律可得
故C、D错误；
故选B。
12．D
【解析】
【详解】
K闭合稳定后传感器上示数为，说明此时上极板带正电，即上极板电势高于下极板电势，极板间的场强方向向下，大小满足
Eq＋＝mg
即
E＝
又
U＝Ed
所以两极板间的电压
U＝
线圈部分相当于电源，则感应电流的方向是从下往上，据此结合楞次定律可判断穿过线圈的磁通量正在减少，线圈中产生的感应电动势的大小为，根据
可得
故选D。
13． A、B端 260
【解析】
【详解】
(1)[1]恒温箱内的加热器应接在A、B端。随着恒温箱内温度升高，热敏电阻R的阻值变小，则线圈中的电流变大，当线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸到下方来，则恒温箱加热器与电源断开，加热器停止工作，恒温箱内温度降低。随着恒温箱内温度降低，热敏电阻R的阻值变大，则线圈中的电流变小，当线圈的电流小于20mA时，继电器的衔铁又被释放到上方，则恒温箱加热器又开始工作，这样就可以使恒温箱内保持在某一温度。
(2)[2]要使恒温箱内的温度保持50℃，即50℃时线圈内的电流为20mA。由闭合电路欧姆定律
r为继电器的电阻，由图甲可知，50℃时热敏电阻的阻值为90Ω，所以
R′＝－R－r＝260Ω
14． 5.04 300
【解析】
【分析】
【详解】
[1][2]根据图像可知当的温度等于120℃时，热敏电阻的阻值
R=2000Ω
由串联电路特点及闭合电路欧姆定律得
当的温度等于20℃时，热敏电阻的阻值
R1=4000Ω
由串联电路特点及闭合电路欧姆定律得
联立解得
E=5.04V
15． 升高 A、B端
【解析】
【详解】
[1]．当温度降低到某一数值，热敏电阻R的阻值增大，电路中电流减小，继电器L对衔铁P吸引力减小，P将不会被吸合下。当温度升高到某一数值，热敏电阻R的阻值减小，电路中电流增大，继电器L对衔铁P吸引力增大，P将会被吸下。
[2]．恒温箱内温度高到一定数值后，应与电源断开停止加热，由上分析可知，温度升高后，A、B端断开，所以工作时，应该把恒温箱内的加热器接在A、B端。
16． 弹簧长度 接入电路的滑动变阻器的阻值
【解析】
【详解】
[1][2]由图可知，当汽车压在地磅上时，弹簧会下降，从而带动滑动变阻器的滑片下移，则可以改变滑动变阻器接入电路的电阻，从而改变流过电流表的电流；故该装置是通过控制弹簧的长度的变化，并通过接入电路的滑动变阻器的阻值的变化，将力信号转换为电信号的。
17． b a a a. c a c a a
【解析】
【详解】
（1）[1]普通电冰箱中的自动温度控制电路是温度传感器；
（2）[2]马路两侧的路灯控制电路是红外线（光）传感器；
（3）[3]气垫导轨上用的光电门是红外线（光）传感器；
（4）[4]楼梯灯控制电路是红外线（光）传感器，声传感器；
（5）[5]宾馆的自动门是红外线（光）传感器；
（6）[6]话筒是声传感器；
（7）[7]非接触式体温计是红外线（光）传感器；
（8）[8]遥控电视机的接收器是红外线（光）传感器。
18．(1)见解析；(2)见解析
【解析】
【详解】
(1)R1应该远大于发热板的等效电阻。因为R1和红灯只起指示作用，消耗的电功率远小于发热板的功率，两者又是并联接入电路的，电压相同，所以流过R1和红灯的电流应远小于流过发热板的电流，因此R1应该远大于发热板的等效电阻；
(2)不能。通常情况下水的沸腾温度为100℃，因此当水烧开时水温不会达到103℃，所以自动断电功能不起作用。
19．(1) 500Ω、150Ω、100Ω；(2)1V；3V
【解析】
【详解】
(1)由图甲所示特性曲线可知，该热敏电阻在0℃、50℃、100℃时，阻值分别为500Ω、150Ω和100Ω；
(2)由图甲所示特性曲线可知，当水温是100℃时，阻值为100Ω，此时电压表指针到最大刻度值3V，则电路电流
电源电动势
E=I（R+R0)=0.03×（100+100)=6V
由图甲所示特性曲线可知，当水温是0℃时，R′=500Ω，此时电路电流
电压表示数
U′=I′R0=0.01×100=1V
20．如图所示:
【解析】
【详解】
电路图如图所示．
设CD=x，P球平衡时
由平衡条件可得
①
根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律可得
②
根据电阻定律可得
③
④
①②③④式可得
因为水流速度越大，θ越大，所以U越大．
21．（1）见解析（2）见解析（3）
【解析】
【详解】
(1)电饭煲盛上食物后，接上电源，同时把手动开关S1关闭，这时黄灯被短路红灯亮，电饭煲处于加热状态
加热到80℃时，S2自动断开，S1仍闭合，待电饭煲中水烧干后，温度升高到103℃时，开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态。
由于电饭煲散热，待温度下降至60℃时，S2自动闭合，电饭煲重新处于加热状态，待温度上升到80℃时，又自动断开，电饭煲再次处于保温状态
(2)如果不闭合开关S1电饭煲不能将饭煮熟，如果不闭合开关S1，开始S2总是闭合的，R1被短路，功率为P1，当温度上升到80℃时，S2自动断开，功率降为P2，温度降低到60℃，S2自动闭合。温度只能在60℃~80℃之间变化，不能把水烧开，不能煮熟饭
(3)加热时电饭煲消耗的电功率，
保温时电饭煲消耗的电功率为
从而有
22．(1)A、B (2)
【解析】
【详解】
(1)恒温箱内的加热器应该接在A、B端．当线圈中的电流较小时，继电器的衔铁在上方，恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高．
(2)随着恒温箱内温度升高，热敏电阻R的阻值变小，则线圈中的电流变大，当线圈中的电流大于或等于10mA时，继电器的衔铁被吸到下方来，使恒温箱加热器与电源断开，加热器停止工作，恒温箱内温度降低．随着恒温箱内温度降低，热敏电阻R的阻值变大，则线圈中的电流变小，当线圈的电流小于10mA时，继电器的衔铁又被释放到上方，则恒温箱加热器又开始工作，这样就可以使恒温箱内保持在某一温度．要使恒温箱内的温度保持50℃，即50℃时线圈内的电流为10mA.
当t=50°C时，R=90
由闭合电路欧姆定律得：
可得：
解得：=110
答案第1页，共2页
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