5.2常见传感器的工作原理及应用 （word版含答案）

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．广州二中高中部有不少电子设备，其中没有应用了电磁感应原理的是（　　）
A．教职工洗手间的红外感应水龙头
B．图书馆书籍的电子感应标签
C．教工宿舍铁门的电子感应钥匙
D．教工宿舍使用的电磁炉
2．如图是应用光敏电阻设计的实验电路。闭合开关后，用光照向光敏电阻，发现光照强度增加时，灯变得更亮，下列分析正确的有（　　）
A．光敏电阻的阻值随光照强度增加而增大
B．光敏电阻的阻值不随光照强度的变化而变化
C．灯变得更亮，说明电路中的总电阻变小
D．灯变得更亮，说明电路中的总电阻变大
3．药物生产车间需要严格控制室内温度范围，尽量保证较小的温度波动。如图是某监控温度波动的报警原理图，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，当报警器两端的电压变化量超出设定值时，报警器就会自动报警。下列说法正确的是（　　）
A．温度升高，报警器两端电压减小
B．温度降低，热敏电阻的热功率一定增大
C．滑动变阻器接入电路的阻值大，报警器容易报警
D．滑动变阻器接入电路的阻值与报警器是否容易报警无关
4．许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现人靠近它就开启；而在白天，即使有人靠近它也没有反应，它的控制电路中可能接入的传感器是（　　）
①温度传感器②人体红外线传感器③声音传感器④光敏传感器
A．①② B．②③ C．③④ D．②④
5．压敏电阻的阻值R随所受压力的增大而减小。某兴趣小组利用压敏电阻设计了判断电梯运行状态的装置，其电路如图甲所示，将压敏电阻平放在电梯内，受压面朝上，在上面放一物体A，电梯静止时电压表示数为，在电梯由静止开始运行的过程中，电压表的示数变化情况如图乙所示。下列判断正确的是（　　）
A．电梯匀加速下降 B．电梯匀加速上升
C．电梯下降且加速度在变大 D．电梯上升且加速度在变小
6．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
7．为了节能和环保，一些公共场所用光敏电阻来自动控制照明系统的开关，如图甲所示，其中电源电动势，内阻不计，定值电阻，电阻是光敏电阻，阻值大小随光的强弱变化而变化，二者对应关系截图如表所示，物理学中用照度描述光的强弱，光越强，照度越大，是照度的单位。是电磁开关，内部结构如图乙所示，当电磁铁中通过的电流大于时，电磁铁吸合铁片，下列说法正确的是（　　）
照度/ 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
电阻/ 75 40 28 23 20 18
A．光敏电阻的阻值大小随照度的增大而均匀减小
B．电磁开关利用了互感现象
C．当照度小于时，照明系统自动开启
D．增加电磁铁线圈匝数，照明系统平均每天的工作时间边长
8．下列说法正确的是（　　）
A．奥斯特发现了磁生电
B．热敏电阻是把热量转化为电阻的敏感性元件
C．楞次定律是用来计算感应电流大小的物理规律
D．我国采用高压输电是为了减小输电线上的功率损失
9．光敏二极管在各种自动化装置中有很多应用，街道的路灯自动控制开关就是其应用之一，图中所示为其模拟电路，其中A为光敏二极管，B为电磁继电器，C为照明电路，D为路灯，下列说法正确的是（　　）
A．路灯自动控制电路中的光敏二极管的阻值随光照增强而增大
B．当没有光照时（夜晚），光敏二极管所在回路中的电流很小
C．根据“日出路灯肯定熄”的常识，分析可知白天电磁铁与衔铁不吸引
D．如果换上灵敏度更高的光敏二极管，则相同的光照强度下，电磁铁的磁性更弱
10．电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力。感应线是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，电压随压力变化而变化，压力越大电压越大，压力不变，电压一定。压电薄膜与电容器C、电阻R组成图甲所示的回路。红灯亮时，如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中会产生两个脉冲电流，如图乙所示，即视为“闯红灯”，电子眼自动拍照记录。则红灯亮时（　　）
A．车轮停在感应线上时电阻R上有恒定电流
B．车轮经过感应线的过程中，电容器先放电后充电
C．车轮经过感应线的过程中，电阻R上的电流一直增大
D．汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，会被电子眼拍照
11．电子眼又称电子警察，它采用感应线来感应路面上汽车传来的压力。感应线实质是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，压力越大电压越大，压电薄膜与电容器C和电阻R组成图甲所示的回路。如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中产生两脉冲电流，如图乙所示。当十字路口红灯亮时，电子警察系统启动，若回路中产生两脉冲电流，电子眼拍照，认定为“闯红灯”。则当红灯亮时（　　）
A．车轮停在感应线上时，电阻R上的电流为零
B．车轮经过感应线的过程中，电容器C的电荷量一直增大
C．车轮经过感应线的过程中，电容器C两极板间的电场强度保持不变
D．汽车前轮越过感应线后，又倒回到线内，不会被电子眼拍照
12．某电饭锅的结构如图所示，其中温度传感器的主要元件是感温铁氧体，常温下感温铁氧体具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约103℃时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了。这个温度在物理学中称为该材料的“居里点”。关于该电饭锅的下列说法正确的是（　　）
A．开始煮饭时要压下开关按钮，手松开后这个按钮会马上恢复到图示状态
B．常压下煮饭时水沸腾后锅内还有一定水分的时间内，锅的温度会持续升高
C．饭煮熟后，水分被大米吸收，锅底的温度升高至“居里点”，开关按钮会自动弹起，使电饭锅停止加热
D．如果用电饭锅烧水，也能在水沸腾后立即自动断电
二、填空题
13．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 ”）
14．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断升降机运动状态的装置，如图所示，将压敏电阻固定在升降机底板上并接入电路，其上放置物块；合上电键后，在升降机运动过程的某一段时间内，发现电流表的示数I不变，且I大于升降机静止时电流表的示数I0，在这段时间内升降机的运动情况是___________，理由是___________。
15．在空调机、电饭锅、电冰箱、日光灯等家用电器中没有利用温度传感器的是____
16．传感器是一种采集信息的重要器件。如图所示，是一种测定压力的电容式传感器，力F作用于可动膜片电极时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，当力F向上压膜片电极时，电容将__________（选填“增大”、“减小”或“不变”）；电容的单位：1μF=______F。
17．监控系统控制电路如图所示，电键S闭合时，系统白天和晚上都工作；电键S断开时，系统仅晚上工作．在电路中虚框处分别接入光敏电阻（受光照时阻值减小）和定值电阻，则电路中，C是_____（选填“与门”、“或门”或“非门”），光敏电阻是_____（选填“A”或“B”）
三、解答题
18．压敏电阻的阻值随所受压方的增大而减小。某同学利用压敏电阻设计了判断小李运动状态的装置。其工作原理如图（a）所示。将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上、中间放置一个绝缘重球。小球向右做直线动过程中，电流表的示数随时间的变化如图（b）所示。请分析在t1一t2时间内和t2一t3时间内小车的运动情况。
19．如图甲所示，是一种电加热恒温箱的简化工作原理电路图。工作电路由电压U0=220V的电源和阻值为R0=88Ω的电热丝组成。控制电路是由电压U1=7.5V的电源、开关、电磁继电器（线圈电阻不计）、电阻箱R1（可取值范围为0～120Ω）和热敏电阻Rt组成的，热敏电阻Rt的阻值随温度变化的关系如图乙所示。当控制电路的电流达到50mA时，衔铁才吸合，从而切断右边工作电路，停止加热。
(1)由乙图可知热敏电阻Rt的阻值随温度的升高而________；（选填“增大”、“不变”、“减小”）
(2)求工作电路中电热丝R0工作时的电流和工作5min产生的热量；
(3)如果恒温箱的温度设定为60℃，则电阻箱R1应取多大阻值；
(4)该恒温箱可设定的最高温度是多少℃？
20．化学实验常用到恒温箱。如图（a）所示为简单恒温箱温控电路图，它由热敏电阻和继电器组成。如图（b）所示为热敏电阻的图像。设继电器线圈中电流大于或等于20mA 时，继电器衔铁吸合。若继电器线圈电阻为，为继电器线圈供电的电源（内阻可以不计）时，要使恒温箱内温度保持120℃，可变电阻的值应调节为多少。
21．许多会议室和宾馆房间的天花板上都装有火灾报警器。有一种火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的。如图所示，带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管（也是一种晶体管，有三个电极，当光照强弱变化时，电极间的电阻随之变化）和不透明的挡板。平时，光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小，与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。
你能说说类似这种光电式传感器还能在哪些场合应用吗？
22．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
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
【详解】
A．非触摸式自动水龙头利用的是红外线传感器，故A正确；
BCD．图书馆书籍的电子感应标签，教工宿舍铁门的电子感应钥匙，都是通过电磁感应完成信息传递；电磁炉，是利用涡流现象工作的，应用了电磁感应原理；故BCD错误。
故选A。
2．C
【详解】
由于用光照向光敏电阻，发现光照强度增加时，灯变得更亮，则电路的电流变大，总电阻减小，所以光敏电阻的阻值随光照强度增加而减小，则ABD错误；C正确；
故选C。
3．A
【详解】
A．温度升高，热敏电阻的阻值减小，根据闭合电路的规律可知，报警器两端电压减小，故A正确；
B．温度降低，热敏电阻的阻值增大，根据闭合电路的规律可知，通过热敏电阻的电流减小，由
P＝I2R
热敏电阻的热功率不一定增大，故B错误；
CD．若滑动变阻器接入电路的阻值大，则热敏电阻的阻值变化一定时，报警器两端的电压变化量小，不容易报警，故CD错误。
故选A。
4．D
【详解】
由题意知，该楼道照明灯具有人体红外线传感器及光敏传感器，D正确。
故选D。
5．C
【详解】
根据闭合电路欧姆定律得
结合图像可得电路中的电流一直减小，又
可知压敏电阻的阻值一直增大，则对压敏电阻的压力减小，可知处于失重状态，则电梯处于向上减速或向下加速并且加速度越来越大。
故选C。
6．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。
7．C
【详解】
A．根据图丙可知，光敏电阻阻值大小随照度的增大而减小，但不是均匀减小，A选项错误；
B．电磁开关中含有电磁铁，利用了电流的磁效应现象，B选项错误；
C．根据题意，当电磁铁不吸合铁片时，照明系统开启，即通过光敏电阻的电流小于等于，结合
得
即当照度小于时，照明系统自动开启，C选项正确；
D．若电磁铁的线圈匝数增加，根据电流磁效应可知，电磁铁中通入小于的电流就能吸合铁片，使照明系统断开，即照度小于时照明系统依然断开，则该照明系统平均每天的工作时间变短，D选项错误；
故选C。
8．D
【详解】
A．奥斯特发现了电流的磁效应，即电生磁现象，法拉第发现了磁生电现象，A错误；
B．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，B错误；
C．楞次提出了判断感应电流方向的楞次定律，C错误；
D．我国采用高压输电是为了减小输电线上的功率损失，D正确。
故选D。
9．B
【详解】
A．光敏二极管有光敏电阻的特征，阻值随光照增强而减小，也具有一般二极管单向导电性的特征，故A错误；
BC．根据“日出路灯熄、日落路灯亮”的常识，结合路灯自动控制电路中的特征，可知，没有光照时（夜晚），触点接通，照明电路的路灯变亮，电磁铁与衔铁不吸引，电磁铁的磁性不强，所在回路中的电流很小，反之白天电磁铁与衔铁吸引，触点断开，故B正确、C错误；
D．如果换上灵敏度更高的光敏二极管，白天在相同的光照强度下，电磁铁的磁性更强，与衔铁的吸引力更大，故D错误。
故选B。
10．D
【详解】
A．汽车停在感应线上时，汽车对压电薄膜的压力不变，电压恒定，电路中没有电流，A错误；
BC．车轮经过感应线时，电容器先充电后放电，电流不会一直增大， BC错误；
D．汽车前轮两次经过感应线，产生两个脉冲电流，所以会被电子眼拍照，D正确。
故选D。
11．A
【详解】
A．车轮停在感应线上时，压力不变，则电压不变，电容器不充电，也不放电，电阻R上没有电流，故A正确；
B．由乙图可知，当车轮经过时电流先增大后减小，然后再反向增大最后减小，因电压是在受压时产生的，说明电容器先充电后放电，故B错误；
C．车轮经过感应线的过程中，压电薄膜受到的压力变化，其产生的电压变化，则电容器两端电压变化，产生的电场强度发生变化，故C错误；
D．若汽车前轮越过感应线，又倒回线内，则前轮两次压线，仍形成两个脉冲电流，符合拍照条件，电子眼仍可拍照，故D错误。
故选A。
12．C
【详解】
A．开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，电路接通而电饭锅加热，故A错误；
B．常压下煮饭时水沸腾后锅内还有一定水分的时间内，水在沸腾后温度一直为100℃，锅的温度不会持续升高，除非水烧干，故B错误；
C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点”103℃时，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下，切断电源，故C正确；
D．如果在1标准大气压下用电饭锅烧水，水沸腾后不会自动断电，当水烧干后，温度升高达到103℃时，感温铁氧体便失去了铁磁性会自动断电，故D错误；
故选C。
13． 接触 上层 下
【详解】
[1][2][3]平常温度低，双金属片都不变，上下触点接触在一起；电热丝通电加热，双金属片温度升高，双金属片膨胀系数上层大下层小，温度升到一定时双金属片上层膨胀比下层大，故向下弯曲使触点断开．需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性钢片下移，使双金属片稍向下弯曲，这时使触点断开双金属片向下弯曲程度要大一些温度要更高一些．
14． 向下匀加速运动或向上匀减速运动。 理由见详解
【详解】
[1][2]运动时电流I大于静止时电流I0，说明路端电压增大，电源内电压减小，所以干路的电流减小，流过压敏电阻的电流减小，可以判断压敏电阻增大。由于压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，所以压力减小，物块处于失重状态，加速度向下，又由于电流不变，所以加速度不变，电梯做向下的匀加速运动或向上的匀减速运动。
15．日光灯
【详解】
在空调机、电饭锅、电冰箱等家用电器中都利用温度传感器，日光灯没有利用温度传感器。
16． 增大． 10-6
【详解】
[1]当力F向上压膜片电极时，极板间距离减小，根据电容的决定式
知电容将增大；
[2]1μF=10-6F。
17． 或门 B
【详解】
[1][2]由题意可知：S断开时监控系统晚上光线较暗时自动开始工作，白天光线不暗时不工作，所以滑动变阻器与光敏电阻相连，即光敏电阻是B；S闭合时，监控系统白天和晚上都能工作，所以电键S应与定值电阻相连，C中两个条件有一个满足就工作，所以C是或门．
【点评】
传感器在生产生活中的应用越来越广泛，要注意掌握分析电路的方法并能正确掌握对应的逻辑电路关系．
18．在t1一t2时间内小车做变加速运动；在t2一t3时间内小车做匀加速直线运动。
【详解】
由图像可知，0~t1和 t2一t3时间内电流不变，说明电阻不变，即重球对压敏电阻的压力不变，小车做匀加速直线运动；t1一t2时间内，电流增大，说明电阻减少，即重球对压敏电阻的压力改变，即小车做变加速运动。
故在t1一t2时间内小车做变加速运动，在t2一t3时间内小车做匀加速直线运动。
19．(1)减小；(2)2.5A；1.65×105J；(3)70Ω；(4)150℃
【详解】
(1)由乙图可知，当温度升高时，热敏电阻Rt的阻值减小，即热敏电阻Rt的阻值随温度的升高而减小。
(2)工作电路中电热丝R0工作时的电流
工作时间
电热丝R0产生的热量
(3)由图象可知，当恒温箱的温度设定为60℃时，热敏电阻Rt的阻值，此时控制电路的电流
时，衔铁才吸合，从而切断右边工作电路，停止加热，由得，控制电路总电阻
根据串联电路电阻的特点可知，电阻箱R应取的阻值
(4)由图乙可知，当恒温箱可设定的温度最高时，热敏电阻Rt的阻值最小，由于控制电路的电源电压和衔铁的吸合电流不变，根据可知，电路总电阻不变，要使热敏电阻Rt的阻值最小，电阻箱R1接入的阻值应最大，即，由第(3)问可知，控制电路总电阻：，根据串联电路电阻的特点可知，热敏电阻Rt的阻值
由图乙可知，当热敏电阻Rt的阻值为30Ω，恒温箱可设定的最高温度是150℃。
20．100Ω
【详解】
要使恒温箱内温度保持120℃，则热敏电阻的阻值为
根据闭合电路的欧姆定律
解得
21．见详解
【详解】
（1）工业烟尘浊度监测：烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的，如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，使照射到光电三极管上的光线减少，其电阻变大，与传感器连接的电路检测出这种变化，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。
（2）条形码扫描笔：当扫描笔头在条形码上移动时，若遇到黑色线条，发光二极管的光线将被黑线吸收，光电三极管接收不到反射光，呈高阻抗，处于截止状态，当遇到白色间隔时，发光二极管所发出的光线，被反射到光电三极管的基极，光敏三极管产生光电流而导通，整个条形码被扫描过之后，光电三极管将条形码变形一个个电脉冲信号，该信号经放大、整形后便形成脉冲列，再经计算机处理，完成对条形码信息的识别。
（3）工业产品计数器或者银行点钞机：当产品陆续通过光源和光电传感器之间的时候，就会不断的遮挡相应的光源到光电传感器相应的光路，光电三极管的电阻就会发生变化，对于相应的光电脉冲电路就会产生电脉冲信号，当通过的产品遮光一次的时候，光电传感器电路就会生产一个脉冲，以此类推，最后输出脉冲数就是产品数，相应的计数会通过显示电路显示出来。
（4）测量机器转速：在电动机的旋转轴上涂上黑白两种颜色，转动时，反射光与不反射光交替出现，光电传感器相应地间断接收光的反射信号，并输出间断的电信号，再经放大器及整形电路放大整形输出方波信号，最后由电子数字显示器输出电机的转速。
22．见解析。
【详解】
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
答案第1页，共2页
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