5.2传感器的应用 同步练习（Word版含解析）

粤教版（2019）选择性必修二 5.2 传感器的应用
一、单选题
1．关于实验，下列说法中正确的是（　　）
A．实验只能测量距离、速度、力等一些力学物理量
B．实验可以完成全部的物理实验
C．实验比传统的实验方便、准确
D．实验没有传统实验方便、准确
2．下列关于传感器的说法中不正确的是（　　）
A．传感器能将感受到的外部信息按照一定的规律转换为电信号
B．传感器在日常生活中并不常见
C．光敏电阻是一种利用光敏元件将光信号转化为电信号的传感器
D．热敏电阻是将温度的变化转化为电信号的传感器
3．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
4．为了节能和环保，一些公共场所用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统，如图为电路原理图。图中，直流电源电动势为3V，内阻可不计，R为可变电阻，RG为光敏电阻，其在不同照度下的阻值如下表（照度是描述光的强弱的物理量，光越强照度越大，lx是它的单位）。若控制开关两端电压升至2V时将自动开启照明系统，则以下说法正确的是（　　）
照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
电阻RG/k 75 40 28 23 20 18
A．若将R接入电路的阻值调整为20 k，则当照度降低到0 lx时启动照明系统
B．若要使照明系统在照度降低到0.8 lx时启动，则要将R接入电路的阻值调整为46 k
C．R接入电路的阻值不变时，照度越大，控制开关两端的电压越大
D．若要在光照更暗时启动照明系统，应将R接入电路的阻值调大
5．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
6．传感器是将能感受的物理量（如力、热、光、声等）转换成便于测量的量（一般是电学量）的一类元件，在自动控制中有相当广泛的应用，如图所示的装置是一种测定液面高度的电容式传感器。金属芯线与导电液体构成一个电容器，从电容C大小的变化情况就能反映出液面高度h的高低情况，则两者的关系是（　　）
①C增大表示h增大　②C增大表示h减小
③C减小表示h减小　④C减小表示h增大
A．只有①正确 B．只有①、③正确
C．只有②正确 D．只有②、④正确
7．关于传感器，下列说法正确的是（　　）
A．金属材料不可以制成传感器
B．光敏电阻和热敏电阻都是由半导体材料制成的
C．传感器都是通过感知电阻的变化来传递信号的
D．以上说法都不正确
8．下列关于传感器说法中不正确的是（　　）
A．电子秤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．热敏电阻是把电学量转换为热学量的传感器
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
9．下列有关传感器的说法中错误的是（　　）
A．宾馆房间的火灾报警器应用了温度传感器
B．电子秤称量物体质量应用了力传感器
C．霍尔元件是将磁感应强度转换为电压的一种磁传感器
D．新冠疫情防控中使用的枪式测温仪应用了红外传感器
10．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
11．抗击新型冠状病毒期间，由于无法外出，某同学在家利用所学物理知识设计能显示拉力大小的电子健身器材，如图所示是原理图。轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起（弹簧的电阻不计，P与R1间的摩擦不计），弹簧劲度系数为100N/cm。定值电阻R0=5Ω，ab是一根长为5cm的均匀电阻丝，阻值R1=25Ω，电源输出电压恒为U=3V，理想电流表的量程为0～0.6A。当拉环不受力时，滑片P位于a端。下列关于这个电路的说法正确的是（　　）
A．当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0A
B．当拉力为400N时，电流表指针指在0.3A处
C．当拉力为400N时，电流表指针指在0.5A处
D．该健身器材能测量力的范围是0～400N
12．酒精测试仪用于机动车驾驶人员是否酗酒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，酒精气体的不同浓度对应着传感器的不同电阻。这样，电压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U与酒精气体浓度C之间的对应关系正确的是（　　）
A．U越大，表示C越大，C与U成正比 B．U越大，表示C越小，但是C与U不成正比
C．U越大，表示C越小，C与U成反比 D．U越大，表示C越大，但是C与U不成反比
13．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
14．人体含水量约为70%，水中有钠离子、钾离子等离子存在，因此容易导电，脂肪则不容易导电。当人两手握住脂肪测量仪的两把手时，就可知道人体脂肪所占的比例，下列说法中不正确的是（　　）
A．脂肪测量仪的工作原理是通过人体电阻不同来判断人体脂肪所占的比例
B．脂肪测量仪的工作原理是通过人体体重不同来判断人体脂肪所占的比例
C．激烈运动之后，脂肪测量仪显示人体脂肪所占比例的测量数据会不准确
D．人在沐浴之后，脂肪测量仪显示人体脂肪所占比例的测量数据会不准确
15．某同学准备用一种热敏电阻制作一只电阻温度计。他先通过实验描绘出一段该热敏电阻的I一U曲线，如图甲所示，再将该热敏电阻Rt，与某一定值电阻串联接在电路中，用理想电压表与定值电阻并联，并在电压表的表盘上标注温度值，制成电阻温度计，如图乙所示。下列说法中正确的是（　　）
A．从图甲可知，该热敏电阻的阻值随温度的升高而增大
B．图乙中电压表的指针偏转角越大，温度越高
C．温度越高，整个电路消耗的功率越小
D．若热敏电阻的阻值随温度均匀变化，则表盘上标注温度刻度也一定是均匀的
二、填空题
16．DIS实验中的各种传感器主要用来________各种物理量，并将所得物理量转化为________信号，然后输入给________。
17．位移传感器测距离，发射器固定在运动物体上，能同时发射_________。___________固定在轨道的顶端，接收红外线和超声波。
18．金属热电阻和热敏电阻
（1）金属热电阻：金属的电阻率随温度的_____而增大，利用这一特性，金属丝可以制作_____传感器，称为热电阻。
（2）热敏电阻：用_____材料制成，氧化锰制成的热敏电阻的阻值随温度的升高而_____。
19．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。
三、解答题
20．如图（a）所示是反射式光纤位移传感器的工作原理图，由恒定光强的光源发出的光进入入射光纤，并从入射光纤的出射端射向被测物体，使被测物体反射的光部分被接收光纤接收。由图（b）可知，光纤探头的光照与发射光和接收光的重合面积有关，试讨论光纤探头的光照随物体距离的变化情况。
21．如图所示，图（a）为热敏电阻的R-t图像，图（b）为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温温控电路，继电器线圈的电阻为100Ω。当线圈的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电电池的电动势E=9.0V，不计内阻。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。
(1)恒温箱内的加热器应接在A、B端还是C、D端？
(2)如果要使恒温箱内的温度保持在50℃，可变电阻R′的阻值应调节为多少？
22．研究表明，有些金属电阻的阻值会随温度的变化而变化，物理学中利用这类金属的特性可以制成金属电阻温度计，它可以用来测量很高的温度，其原理如图所示。图中电流表的量程为0~15mA（不计其电阻），电源电压恒为3V，R'为滑动变阻器，金属电阻作为温度计的测温探头，在t≥0℃时，其阻值Rt随温度t的变化关系为Rt=100+0.5t（单位：Ω）。
（1）若要把Rt放入温度为0℃处进行测量，使电流表恰好达到满量程，即电流为15mA，则此时滑动变阻器R'接入电路的阻值为多大
（2）保持（1）中滑动变阻器R'接入电路的阻值不变，当被测温度为600℃时，电路消耗的电功率为多大
23．某些非电磁量的测量是可以通过一些相应的装置转化为电磁量来测量的。一平行板电容器的两个极板竖直放置在光滑的水平平台上，极板的面积为S，极板间的距离为d，电容器的电容公式为（E是常数但未知）。极板1固定不动，与周围绝缘，极板2接地，且可在水平平台上滑动，并始终与极板1保持平行。极板2的侧边与劲度系数为k，自然长度为L的两个完全相同的弹簧相连。两弹簧的另一端固定，弹簧L与电容器垂直，如图甲所示。如图乙所示是这一装置的应用示意图，先将电容器充电至电压U后，即与电源断开，再在极板2的右侧的整个表面上施以均匀向左的待测压强p，使两极板之间的距离发生微小的变化。测得此时电容器的电压改变量为ΔU。设作用在电容器极板2上的静电力不致于引起弹簧可测量到的形变，试求待测压强p。
24．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．
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．C
【详解】
A．实验除了能测量距离、速度、力等一些力学物理量以外，还可以测量一些电学或者热学物理量。故A错误；
B．实验可以完成大部分应用传感器的物理实验。故B错误；
CD．实验比传统的实验方便、准确。故C正确；D错误。
故选C。
2．B
【详解】
A．传感器能将被测信号量的微小变化转换成电信号，担负着信息采集的任务，选项A正确；
B．传感器在生活中有着广泛的应用，选项B错误；
C．光敏电阻是一种利用光敏元件将光信号转化为电信号的传感器，选项C正确；
D．热敏电阻是将温度的变化转化为电信号的传感器，选项D正确。
本题选不正确的，故选B。
3．B
【详解】
手持测温仪用到的传感器通常是红外线传感器。
故选B。
4．D
【详解】
A．将R接入电路的阻值调整为20 k，则当照度降低到0 lx时RG为20 k，此时控制开关两端电压升为总电压一半1.5V，还未启动照明系统，故A错误；
B．使照明系统在照度降低到0.8 lx时启动，根据串联电路特点，将R接入电路的阻值调整为
解得
故B错误；
C．R接入电路的阻值不变时，照度越大，光敏电阻阻值变小，分压变小，故C错误；
D．若要在光照更暗，光敏电阻更大时启动照明系统，根据串联电路特点可知，应将R接入电路的阻值调大，故D正确。
故选D。
5．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。
6．B
【详解】
液面高度的变化，相当于电容器极板正对面积的变化。当h增大时，相当于正对面积增大，则电容应增大；当h减小时，相当于正对面积减小，电容C应减小。
故选B。
7．D
【详解】
A．温度传感器可以用金属丝制作。A错误；
B．光敏电阻是由半导体材料制成的，热敏电阻有的是用金属制成。B错误；
C．根据原理不同，传感器可以通过感知电阻变化、电容变化、电感变化等来传递信号。C错误。
D．根据以上分析可知，D正确。
故选D。
8．B
【详解】
A．电子秤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，A正确，不符合题意；
B．热敏电阻是把热学量转换为电学量的传感器，B错误，符合题意；
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，C正确，不符合题意；
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，D正确，不符合题意。
故选B。
9．A
【详解】
A．宾馆房间天花板上安装的烟雾报警器是利用了烟尘传感器，A错误；
B．电子秤称量物体质量是利用了力传感器，B正确；
C．霍尔元件是能够将磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量的一种传感器，C正确；
D．新冠疫情防控中使用的枪式测温仪应用了红外传感器，D正确。
故选A。
10．D
【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。
11．B
【详解】
当拉环不受力时，滑片P在a端，由欧姆定律得
I==0.1A
故A错误；
BC．拉力为400N时，由F=kΔx，则
Δx=4cm
对应的电阻为RaP=20，R1接入电路的电阻RPb=5，由欧姆定律得
I′==0.3A
故B正确，C错误；
D．在P移动到b点时Δx′=5cm，由F=kΔx，拉力最大
F=500N
故D错误。
故选B。
12．D
【详解】
设酒精气体传感器电阻为r′，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
根据欧姆定律得
整理得
由数学知识知，U越大，C越大，但两者不成正比，也不成反比。故D正确。
故选D。
13．D
【详解】
A．没有烟尘时，光的传播方向没有发生改变，U1和U2的大小相等，其比值应该为1，不是零，故A错误；
B．根据康普顿效应原理，散射过程是光子与微粒碰撞作用的结果，所以动量守恒定律仍然成立，故B错误；
C．如果用全反射棱镜作为反射镜4，其反射光线与入射光线的夹角是90°，故需要其临界角小于45°，再根据
故其折射率至少为，故C错误；
D．烟尘浓度越高时，光线被烟尘吸收或散射得就会越多，光线射到6的亮度就会越少，所以U1和U2的差值越大，故D正确。
故选D。
14．B
【详解】
AB．利用脂肪几乎不含水分，其导电性和其他成分不同，可以用测量人体电阻的办法来计算体脂肪率，B错误A正确；
CD．激烈运动之后，人在沐浴之后，人体内含水量发生变化，人体脂肪所占比例发生变化，即人体的电阻大小变化，所以测量数据会不准确，CD正确。
故选B。
15．B
【详解】
A．I U图象上的点与原点连线的斜率的倒数表示电阻，由甲图可知，I越大，电阻越小，而温度越高，则热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，选项A错误；
B．温度越高，Rt阻值越小，热敏电阻Rt与定值电阻R串联接在电路中，电路中电流越大，R的电压越大，电压表的指针偏转角越大，因此电压表的指针偏转角越大，温度值越大，选项B正确；
C．温度越高，电路中电流越大，由P=IU可知，整个电路消耗的功率越大，选项C错误；
D．若热敏电阻的阻值随温度线性变化，由闭合电路欧姆定律
可知电路中电流I随温度是非线性变化的，由电压表的示数U=IR可知，U随温度是非线性变化的，因此表盘标注温度刻度一定是不均匀的，选项D错误。
故选B。
16． 测量 电 数据采集器
【详解】
[1][2][3]DIS实验中的各种传感器主要用来测量各种物理量，并将所得物理量转化为电信号，然后输入给数据采集器。
17． 红外线和超声波脉冲 接收器
【详解】
[1][2]位移传感器测距离，发射器固定在运动物体上，能同时发射红外线和超声波脉冲。接收器固定在轨道的顶端，接收红外线和超声波。
18． 升高 温度 半导体 减小
【详解】
(1)[1][2] 金属的电阻率随温度的升高而增大，利用这一特性，金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。
(2)[3][4]热敏电阻用半导体材料制成，氧化锰制成的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。
19． 红外线 超声波 时间 时间差 空气中的声速
【详解】
[1][2]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
[3][4][5]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。
20．见解析
【详解】
当物体距探头越远，即d越大时，入射光锥和接收光锥的重合面积B′越大，因此进入接收光纤的光越多，所以光纤探头的光照随物体距离的增大而增大。
21．(1) AB 端；(2)。
【详解】
(1) A、B当温度较低的时候，热敏电阻的电阻较大，电路中的电流较小，此时继电器的衔铁与AB部分连接，此时是需要加热的，恒温箱内的加热器要工作，所以该把恒温箱内的加热器接在AB 端。
(2) 当温度达到50℃时，加热电路就要断开，此时的继电器的衔铁要被吸合，即控制电路的电流要到达20mA=0.02A，根据闭合电路欧姆定律可得，
解得：
22．（1）100Ω；（2）0.018W
【详解】
（1）当t=0℃时，
Rt=100+0.5t=100Ω
由欧姆定律，得此时电路中的总电阻：
=200Ω
由串联电路中总电阻等于各分电阻之和，得
=200Ω 100Ω=100Ω
（2）当t=600℃时，
Rt=100+0.5t=400Ω
电路中的总电阻：
R=Rt+R′=400Ω+100Ω=500Ω
电路消耗的总功率：
=0.018W
23．
【详解】
该题根据平行板电容器在电荷量不变的情况下，其两端电压随板间距离变化而变化，从而把力学量（压强p）转化为电学量（电压）来测量。因为，，，则
所以
Δd=
又
F=pS，2kΔd=pS
则
24．(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．
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页