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．图甲为一种家用门磁防盗报警器，由磁条和主机组成，门窗均可使用。乙图为其简化示意图，安装时，将磁条固定在门框上，主机安装在与其等高的门板边缘，门关上时，两者刚好靠在一起。当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声。下列有关说法正确的是（　　）
A．触发器内是一个开关，当主机与磁条靠近时，开关是断开的
B．触发器可以由铜制成
C．磁条的两极对调后，该报警器不能正常工作
D．本装置是利用电流的磁效应工作的
2．下面哪一项不是现代传感器的应用（　　）
A．将自己的银行卡插进自动取款机里可以取钱，而不必麻烦银行工作人员
B．电梯的两门靠拢接触到人体时，门会自动打开而不会夹伤人
C．电饭煲能自动加热和保温而不会把饭烧焦
D．当你走近自动门时，门会自动打开
3．传感器的功能与人的视觉、听觉、触觉、嗅觉等功能相似。不只在科研领域，在人们的日常生活中，也会用到传感器以实现某种功能。关于图中应用传感器的实际情景，下列说法错误的是（　　）
A．甲图传感器用来测量位移的微小变化，是位移传感器
B．乙图光电计数器用到了光敏电阻这个传感元件，是光传感器
C．丙图利用霍尔元件可以测量微小位移，是位移传感器
D．传感器感受力、温度、光、声等信号，把电学信号转换成非电学信号
4．以下敏感元件中不是通过测量电阻的变化来确定外界非电学量的变化的是
A．光敏电阻 B．干簧管 C．热敏电阻 D．电阻应变片
5．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
6．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
7．传感器已广泛应用于日常生活，下列传感器能够将力学量转换为电学量的是（ ）
A．
B．
C．
D．
8．如图所示，水平的传送带上放一物体，物体下表面及传送带上表面均粗糙，导电性能良好的弹簧的右端与物体及滑动变阻器滑片相连，弹簧左端固定在墙壁上，不计滑片与滑动变阻器线圈间摩擦。当传送带如箭头方向运动且速度为v时，物体与传送带发生相对滑动，当传送带逐渐加速到时，物体受到的摩擦力和灯泡的亮度将（　　）
A．摩擦力不变，灯泡的亮度变亮
B．摩擦力不变，灯泡的亮度不变
C．摩擦力变大，灯泡的亮度变亮
D．摩擦力变小，灯泡的亮度变暗
9．下列用电器主要利用了电磁感应原理的是（　　）
A．激光打印机 B．直流电动机 C．电磁炉 D．电熨斗
10．关于传感器工作的一般流程，下列说法正确的是（　　）
A．非电学量→敏感元件→信号调整与转换电路→电学量→转换元件
B．电学量→敏感元件→信号调整与转换电路→转换元件→非电学量
C．非电学量→敏感元件→转换元件→信号调整与转换电路→电学量
D．非电学量→信号调整与转换电路→转换元件→敏感元件→电学量
11．酒精测试仪用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车的现场检测，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，显示仪表的示数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r'的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么，关于电压表示数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，U与c成正比
B．U越大，表示c越大，但是U与c不成正比
C．U越大，表示c越小，U与c成反比
D．U越大，表示c越小，但是U与c不成正比
12．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
13．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
14．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
15．2018年春节期间，按照公安部统一部署，全国各大中城市进行了大规模集中整治酒驾行动。据统计酒驾违法者比往年同期下降了40％。执法交警所使用的酒精测试仪主要元件是一种氧化物半导体传感器。这种具有N型导电性的氧化物的电阻会随其周围气体浓度的变化而变化。这种传感器的电阻与酒精气体的浓度c成反比，在如图所示的简化原理图中，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越小，但c与U不成反比
B．U越大，表示c越小，与U成反比
C．U越大，表示c越大，但c与U不成正比
D．U越大，表示c越大，c与U成正比
二、填空题
16．霍尔元件是能够把磁学量________转换为电学量________的传感器元件。
17．电阻应变片：电阻应变片有金属电阻应变片和_______应变片，半导体电阻应变片的工作原理是基于半导体材料的____效应。
18．如图所示为电容式位移传感器的示意图，物体沿左右方向运动时，电容将发生变化．如果实验测量出电容器的电容变大，那么被测物体向______运动（填写“左”或“右”）;如果把图中的电介质板换成介电常数更大的材料，当物体沿左右方向运动时，传感器的灵敏度___________．（填写“变大” “不变”或“变小”,灵敏度定义为电容器电容变化量的大小与物体位置坐标化量大小之比．）
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．你在生活中还见到过哪些用传感器控制电路的例子？它们的工作原理是什么？请将你的观察结果与同学交流。
21．角速度计可测得航天器自转的角速度ω，其结构如图所示，当系统绕OO′轴转动时，元件A在光滑杆上发生滑动，并输出电信号成为航天器的制导信号源．已知A质量为m，弹簧的劲度系数为k，原长为L0，电源电动势为E，内阻不计，滑动变阻器总长为L，电阻分布均匀，系统静止时滑动变阻器滑动触头P在中点，与固定接头Q正对，当系统以角速度ω转动时，求：
(1)弹簧形变量x与ω的关系式．
(2)电压表的示数U与角速度ω的函数关系．
22．请从网上或参考资料上查找传感器技术的最新进展，写一篇调研报告。
23．图a、b分别是电容式转速传感器、电感式转速传感器的结构原理图，请你分析并说明它们的工作原理。
24．以下工作中，你认为要用什么传感器？
(1)让孵化器在一定温度下孵化禽蛋；
(2)电梯超出负载时，发出报警提示；
(3)使汽车排放符合国家标准的尾气。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．A
【详解】
A．门关上时，磁条与主机刚好靠在一起，此时报警器不工作，说明电路是断开的；当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声，说明此时触发器内开关是闭合的，选项A正确；
B．触发器与磁条之间存在磁力的作用，所以触发器不可能是铜制成的，因为铜没有磁性，选项B错误；
C．无论磁条哪个磁极靠近触发器，都存在磁力作用，所以两极对调后，该报警器仍能正常工作，选项C错误；
D．本装置是利用磁体能够吸引磁性物体的特点工作的，选项D错误；
故选A。
2．A
【详解】
A．将自己的银行卡插进自动取款机里可以取钱，而不必麻烦银行工作人员，应用了磁记录技术，与现代传感器无关，故A符合题意；
B．电梯的两门靠拢接触到人体时，门会自动打开而不会夹伤人，应用了压力传感器，故B不符合题意；
C．电饭煲能自动加热和保温而不会把饭烧焦，应用了温度传感器，故C不符合题意；
D．当你走近自动门时，门会自动打开，应用了微波或红外传感器，故D不符合题意。
故选A。
3．D
【详解】
A．甲图中，当被测物体在左、右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动。如果测出了电容的变化，就能知道物体位置的变化，所以甲图传感器是位移传感器，故A正确；
B．乙图中，A是发光仪器，B时接收光信号的仪器，B中的主要元件是由光敏电阻组成的光电传感器。当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值较小，供给信号处理系统的电压变低；当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，供给信号处理系统的电压变高。这种高低交替变化的信号经过处理，就会转化为相应的数字，实现自动计数的功能，故B正确；
C．丙图中，在两块磁感应强度相同、同极相对的放置的磁体缝隙中放入霍尔元件，当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度B为0，霍尔电压为0，可将该点作为位移的零点。当霍尔元件沿着z轴正、负方向移动时，则有霍尔电压输出，且电压大小与位移大小成正比，从而能够实现微小位移的测量，故C正确；
D．传感器感受力、温度、光、声等信号，把非电学信号转换成电学信号，故D错误。
本题选错误的，故选D。
4．B
【详解】
A．光敏电阻是根据光照强度不同而电阻不同的性质，通过测量电阻的变化来确定光强的变化，故A错误；
B．干簧管能将磁场的信息转化为电学量，是一种磁性传感器，故B正确；
C．热敏电阻是根据温度升高而电阻减小的性质，通过测电阻的变化来确定温度的变化，故C错误；
D．电阻应变片是根据应变片在力的作用下形状变化而电阻变化的性质，通过测电阻的变化来确定力变化，故D错误。
故选B。
5．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。
6．D
【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。
7．A
【详解】
A．应变片是能够把物体形变这个力学量转换成电压这个电学量，故A正确；
B．干簧管是一种磁控制的开关，是一种能够感知磁场的传感器，故B错误；
C．热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，故C错误；
D．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D错误。
故选A。
8．B
【详解】
因摩擦力大小只与压力大小及接触面的粗糙程度有关与物体的相对运动速度无关，故物体所受摩擦力不变；由于传送带运动且速度为v时，物体与传送带发生相对滑动，故物体受到的摩擦力和弹簧弹力是一对平衡力；当传送带逐渐加速到2v时，因物体所受摩擦力不变，则物体仍处于平衡状态，故物体的位置将不发生变化，与滑动变阻器保持相对静止，滑动变阻器接入电阻不变，则由欧姆定律可得电路中电流不变，灯泡的亮度不变．
故选B。
9．C
【详解】
激光打印机利用的是电偏转原理，直流电动机利用的是磁场对通电导线的安培力做正功，电磁炉利用的是变化的电流产生涡流，电熨斗利用的是传感器，故利用电磁感应原理的是电磁炉。
故选C。
10．C
【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，传感器工作的一般流程为：非电学量被敏感元件感知，然后通过转换元件转换成电信号，再通过转换电路将此信号转换成易于传输或测量的电学量。故C正确，ABD错误。
故选C。
11．B
【详解】
由题意可知
电压表测的是R0两端的电压
由此式可以看出U越大，表示c越大，但是U与c不成正比
故选B。
12．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。
13．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。
14．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。
15．C
【详解】
由闭合电路欧姆定律可知，电路电流
电压表示数
传感器的电阻与酒精气体的浓度c成反比，酒精浓度c越大，越小，电压表示数U越大，所以U越大，越小，c越大，但是c与U不是正比关系，故ABD错误，C正确。
故选C。
16． 磁感应强度 电压
【详解】
[1][2]霍尔元件是能够把磁学量磁感应强度转换为电学量电压的传感器元件。
17． 半导体电阻 压阻
略
18． 左 变大
【详解】
[1][2]根据电容的决定式，若电容器的电容变大，一定是插入的电介质多了，所以被测物体向左移动．如果把图中的电介质板换成介电常数更大的材料，当物体沿左右方向运动时，移动相同距离时，电容器的变化量变大，即传感器的灵敏度变大．
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】
光敏电阻：光敏电阻能够把光照强度这个非电学量转换为电阻这个电学量；热敏电阻和金属热电阻：热敏电阻和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；霍尔元件：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；应变式力传感器：应变片能够把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量；干簧管：干簧管将磁场的变化转换成电路的通断。
21．（1）； （2）
当系统在水平面内以角速度转动时，由弹簧的弹力提供元件A的向心力，根据牛顿第二定律得到角速度与弹簧伸长的长度x的关系式．根据串联电路电压与电阻成正比，得到电压U与x的关系式，再联立解得电压U与的函数关系式．
【详解】
(1)由圆周运动规律知
即
所以
(2)由串联电路的规律知
22．见解析
【详解】
光敏电阻：光敏电阻能够把光照强度这个非电学量转换为电阻这个电学量；热敏电阻和金属热电阻：热敏电阻和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；霍尔元件：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；应变式力传感器：应变片能够把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量；干簧管：干簧管将磁场的变化转换成电路的通断。
23．见解析
【详解】
电容式转速传感器：电容式转速传感器（以下简称传感器）是一种电参数型数字式转速传感器。它同其它数字式转速传感器一一样，主要是由预变换元件和变换元件两部分组成。在这种传感器里，预变换元件是导电或介电齿盘，变换元件是作为变换电路元件的电容器。工作时，齿盘随被测轴转动，周期性地改变电容器导电极板之间的相对面积或介电常数，使电容量发生周期性变化，即传感器利用电容变换原理将被测轴的机械转速量变换成电路元件的电容参数量。因为齿盘每转过一个齿，导电极板之间的电容器就要变化一个周期，所以传感器输出的电容参数信号之频率与被测转速成正比。这种电容参数信号经传感电路处理后就成为表征被测转速的可供转速数字显示仪测量的脉冲电量信号了。这就是该传感器可用于数字式转速测量的原理。
电感式转速传感器：电感式转速传感器（以下简称传感器）是一种以磁场为媒介的电参数型数字式转速传感器。它同其它数字式转速传感器一样，也主要由预变换元件和变换元件两部份组成。在这种传感器里，预变换元件是可随被测轴旋转的齿盘（或齿轮、下同），变换元件是固定安装的作为变换电路之电感元件的线圈。工作时，线圈在来自振荡器的高频电流激励下产生一高频磁场，齿盘之齿顶和齿槽随着被测轴的转动交替经过线圈，使线圈磁场的涡流损耗或磁路磁阻发生周期性变化，从而使线圈的电感发生周期性变化。即是说，传感器利用电感变换原理将被测轴的机械转速量变换成电路元件的电感参数量。因为齿盘每转过一个齿，线圈的电感就要变化一个周期。所以传感器输出的电感参数信号之频率与被测轴转速成正比。这种电感参数信号经由调制器（即变换电路），调解器（即转换电路）和脉冲放大整形电路（即输出电路）组成的信号处理电路（即传感电路）后就成为表征被测转速的可供转速数字显示仪测量的脉冲电量信号了。这就是该传感器可用于数字式转速测量的原理。
24．见解析
【详解】
传感器通过对某一物理量敏感的元件，将感受到的物理量按一定规律转换成便于测量的量。
(1) 让孵化器在一定温度下孵化禽蛋，使用的是温度传感器，通过温度来改变电阻的阻值从而改变电路的电压电流来控制电路。
(2) 电梯超出负载时，发出报警提示，使用是压力传感器，通过压力大小的作用，将力转变为电信号，来控制电路。
(3) 使汽车排放符合国家标准的尾气，使用的是化学成分传感器，通过尾气的浓度等变化来转变为电信号，来控制电路。
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