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．传感器都是通过感知电压的变化来传递信号的
C．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号
D．所有传感器的材料都是由半导体材料做成的
2．在用位移传感器做实验时，下列说法中正确的是（　　）
A．位移传感器的发射窗口应对准接收器的信号接收窗口
B．位移传感器的发射窗口不一定要对准接收器的信号接收窗口
C．连接到数据采集器上的是发射器部分
D．实验开始后，必须先打开发射器的电源开关
3．将多用电表的选择开关置于欧姆挡，然后进行欧姆调零。如图所示，将一光敏电阻连在多用电表两表笔之间，用光照射光敏电阻时表针的偏角为θ，现用手掌挡住部分光线，表针的偏角为θ'，则可判断（　　）
A．θ'=θ B．θ'<θ
C．θ'>θ D．不能确定θ和θ'的关系
4．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．
5．一同学在使用多用电表测量阻值约为几十欧姆的电阻时，该同学选择了欧姆挡的“”挡位，将两表笔接在电阻的两端。则下列说法正确的是（　　）
A．在测量光敏电阻的阻值时，光照越强，多用电表指针偏角越小
B．在测量热敏电阻（温度越高，阻值越小）的阻值时，温度越低，多用电表指针偏角越大
C．在测量压敏电阻（压力越大，阻值越小）的阻值时，压力越大，多用电表指针偏角越大
D．在测量磁敏电阻（磁场越强，阻值越小）的阻值时，磁场越强，多用电表指针偏角越小
6．为了做好新冠疫情防控工作，小区物业利用红外测温仪对出入人员进行体温检测。红外测温仪是一种利用红外线来测量体温的设备，被测人员辐射出的红外线可被测温仪捕捉，并转变成电信号。下列与红外测温仪属于同类传感器的是（　　）
A．饮水机中自动控制加热和保温的温控器
B．走廊照明灯的声控开关
C．火灾红外报警器
D．电子体重计的压力传感装置
7．在自动控制中，传感器发挥着重要作用，它能够将感知到的非电信息转换成对应的电信息。下列通过测量电阻的变化来确定外界非电学量变化的敏感元件是（　　）
A．光敏电阻 B．干簧管 C．霍尔元件 D．话筒动圈元件
8．位移传感器的工作原理如图所示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑片P，通过电压表显示的数据，来反映物体M位移的大小x。假设电压表是理想电表，物体M不动时，滑片P位于滑动变阻器正中间位置，则下列说法正确的是（　　）
A．物体M运动时，电源内的电流会发生变化
B．物体M运动时，电压表的示数会发生变化
C．物体M不动时，电路中没有电流
D．物体M不动时，电压表没有示数
9．美国科学家WillardS。Boyle与GeorgeE．Smith因电荷耦合器件（CCD）的重要发明荣获诺贝尔物理学奖。CCD是将光学量转变成电学量的传感器。下列可将光学量转化为电学量的传感器为（　　）
A．热敏电阻 B．电视机遥控接收器
C．霍尔元件 D．双金属片
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．某学校新装了一批节能路灯如图甲所示，该路灯通过光控开关实现自动控制：电灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变。如图乙为其内部电路简化原理图，电源电动势为E，内阻为r，R1为光敏电阻（光照强度增加时，其电阻值减小）。当随着傍晚到来光照逐渐减弱时，则下列判断正确的是（　　）
A．A灯变亮，B灯变暗
B．电源的效率变大
C．电源内阻消耗的功率变大
D．R1上电流的变化量等于R0上电流变化量
12．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
13．目前许多国产手机都有指纹解锁功能，用的指纹识别传感器是电容式传感器，如图所示。指纹的凸起部分叫“嵴”，凹下部分叫“峪”。传感器上有大量面积相同的小极板，当手指贴在传感器上时，这些小极板和正对的皮肤表面部分形成大量的小电容器，这样在嵴处和峪处形成的电容器的电容大小不同，此时传感器给所有的电容器充电后达到某一电压值，然后，电容器放电，电容小的电容器放电较快，根据放电快慢的不同，就可以探测到嵴和峪的位置，从而形成指纹图像数据，根据文中信息，下列说法正确的是（　）
A．用指纹的照片蒙在传感器上，也可以实现手机解锁功能
B．手指轻按和重按均可以解锁，说明形成的电容大小是相同的
C．潮湿的手指头不能形成指纹识，是因为嵴和峪没有电容差别了。
D．在峪处形成的电容器放电较慢
14．如图甲所示为恒压电源给光敏电阻R供电时，流过此电阻的电流和其所受光照强度的关系图像。某同学利用此光敏电阻设计了一个台灯的自动控制电路，如图乙所示，T为一自耦式变压器，下列说法正确的是（　　）
A．仅光照变强，R的阻值变大
B．仅光照变强，R中的电流变小
C．仅滑片P下滑，L中的电流频率变小
D．仅滑片P下滑，T的输入功率变小
15．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
二、填空题
16．传感器正处于由传统型向新型传感器转型的发展阶段，作为自动控制设备中不可缺少的元件，已经渗透到宇宙开发、环境保护、交通运输、家庭生活等领域。
如图所示为三种电容式传感器图甲是测定位移x的传感器，位移x发生变化时将引起电容C的变化；图乙是测定压力F的传感器，压力F发生变化时将引起电容C的变化；图丙是测定角度的传感器，角度θ发生变化时将引起电容C的变化。其中，图________（选填“甲”或“乙”）所示的传感器是通过改变电容器两极板间的距离而引起电容C变化的。当图丙中的________（选填“增大”或“减小”）时，电容C增大。
17．热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中．图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图．由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力________(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更______(选填“敏感”或“不敏感”)．
18．某同学做DIS实验时用如图所示的电路，利用该电路可以测量小灯泡的________或者________．
19．如图所示，某同学设计了一个加速度计。滑块2可以在光滑的框架1中平移，滑块两侧用弹簧3拉着；静止时，两弹簧为自然长度；R为滑动变阻器，4是滑动片。这个装置实际上是一个加速度传感器。工作时将框架固定在被测物体上，使弹簧及电阻R均与物体的运动方向平行，当被测物体加速运动时，滑块将在弹簧的作用下，以同样的加速度运动。通过电路中仪表的读数，可以得知加速度的大小。已知两个电池E的电动势相同，均为9V，内阻不计：滑块的质量为0.6kg，两弹簧的劲度系数均为，电阻器的全长9.0cm，被测物体可能达到的最大加速度为，电压表为指针式直流电压表（可视为理想电压表），零刻度在表盘中央（即可显示正负电压），当P端的电势高于Q端时，指针向零点右侧偏转，当被测物体的加速度为零时，电压表的示数为零；当被测物体的加速度达到最大时，电压表的示数为满偏量程。
（1）当加速度为零时，应将滑动片调到距电阻器左端___________cm处；
（2）当物体具有图示方向的加速度a时，电压表的指针将向零点___________（填“左”、“右”）侧偏转；
（3）所给电压表量程为___________V：当电压表示数为1.5V时，物块加速度为___________；
（4）若将电压表的表盘换成直接表示加速度大小及方向的刻度盘，则表盘的刻度___________（填“均匀”，“非均匀”）分布。
三、解答题
20．如图所示为光电式烟尘浓度计的原理图，试说明其工作原理。
21．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
22．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？
23．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随着温度变化的特性来工作的。如图（a）所示，电源的电动势E=9.0V，内阻不计；G为灵敏电流计，内阻Rg保持不变；RT为热敏电阻，其电阻阻值与温度的变化关系如图（b）所示。闭合开关S，当R的温度等20℃时，电流表示数I1=2mA；当电流表的示I2=3.6mA时，热敏电阻的温度是多少？
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．C
【详解】
AD．传感器材料分为半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，故AD错误；
B．传感器的种类很多，不一定是感知电压来实现传递信号的，故B错误；
C．话筒是通过声波的振动，改变电容的大小，从而将声音信号转化为电信号的，故C正确；
故选C。
2．A
【详解】
AB．位移传感器的发射窗口应对准接收器的信号接收窗口。故A正确；B错误；
C．连接到数据采集器上的是接收器部分。故C错误；
D．实验开始前，必须先打开发射器的电源开关。故D错误。
故选A。
3．B
【详解】
光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，开始有光照射，光敏电阻较小，当用手掌挡住部分光线，光敏电阻的阻值增大，则电流变小，则电流表指针偏转角度变小，故ACD错误B正确。
故选B。
4．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。
5．C
【详解】
A．光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，所以光照越强，阻值越小，多用电表指针偏角越大，故A错误；
B．热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，温度越低，电阻越大，多用电表指针偏角越小，故B错误；
C．压敏电阻的阻值随压力的增加而减小，所以压力越大，阻值越小，多用电表指针偏角越大，故C正确；
D．磁敏电阻的阻值随磁场强度的增强而减小，所以磁场越强，阻值越小，多用电表指针偏角越大，故D错误。
故选C。
6．C
【详解】
温度测温仪使用的是红外线传感器，实际上就是传感器把光信号转变为电信号的过程，饮水机中自动控制加热和保温的温控器使用的是温度传感器，走廊照明灯的声控开关使用的是声音传感器，电子计重计的压力传感器装置使用的是压力传感器，火灾红外报警器使用的是红外线传感器。
故选C。
7．A
【详解】
光敏电阻可以把光照强度转化为电阻这个电学量；干簧管能将磁场的变化转化为电路的通断；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的元件；动圈式话筒的动圈，是利用线圈在磁场中切割磁感线，将声音信号转化为电信号。
故选A。
8．B
【详解】
A．电压表为理想电表，则电压表不分流，故触头移动时不会改变电路的电阻，也就不会改变电路中的电流，故A错误；
BCD．电压表测的是滑片P左侧电阻分得的电压，故示数随物体M的移动亦即触头的运动而变化，物块M不动时，电压表仍有读数，故B正确，CD错误。
故选B。
9．B
【详解】
AD．热敏电阻及双金属片都是把温度转化为电学量的传感器，故AD错误；
B．电视机遥控接收器是将光学量转化为电学量的传感器，故B正确；
C．霍尔元件是将磁场的磁感应强度转化为电学量的传感器，故C错误。
故选B。
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】
光照逐渐减弱时，光敏电阻阻值增大，电路总电阻增大，总电流减小，内电压减小，外电压增大。
A．外电压增大，A灯变亮；支路R0上的电流减小，R0上的电压减小，又因为外电压增大，所以B灯电压增大，所以B灯变亮，故A错误；
B．因为外电阻变大，根据
可知，电源的效率变大，故B正确；
C．因为内电压减小，所以电源内阻消耗的功率变小，故C错误；
D．对于支路R0，有
其中、
，
所以
故D错误。
故选B。
12．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。
13．C
【详解】
A．用指纹的照片蒙在传感器上，由于没有指纹上凸起部分“嵴”和凹下部分“峪”，则不可以实现手机解锁功能，选项A错误；
B．手指轻压和重压，手指和小极板之间的距离不同，形成的电容大小是不同的，故B错误；
C．潮湿的手指头是因为指纹之间被水填充，嵴和峪就不能形成电容差别了，所以不能形成指纹识别，故C正确；
D．电容较小的电容器放电较快，在峪处形成的电容器电容较小，所以在峪处形成的电容放电较快，故D错误。
故选C。
14．D
【详解】
AB．光敏电阻两端电压恒定，光越强，电流越大，根据欧姆定律，电阻越小。AB错误；
C．仅滑片P下滑，变压器不改变频率，所以L中的电流频率不变。C错误；
D．仅滑片P下滑，输出电压减小，根据
可知，T的输入功率变小。D正确。
故选D。
15．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。
16． 乙 减小
【详解】
[1]题图甲所示的传感器是通过改变电介质板进入电容器两极板间的长度而引起电容C变化的，题图乙所示的传感器是通过改变电容器两极板间的距离而引起电容C变化的。
[2]当题图丙中的减小时，电容器两极板间正对面积S增大，根据，可知C增大。
17． 增强 敏感
【详解】
图中横轴表示温度，纵轴表示电阻，随着温度的增加，金属热电阻的阻值略微增大，而热敏电阻的阻值显著减小，所以这种热敏电阻在温度上升时导电能力增强，相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的影响更敏感；
18． 功率 电阻
【详解】
[1][2]电压传感器A可以测量小灯泡两端的电压，电流传感器B可以测量灯泡的电流，根据 及 可以测量功率和电阻。
19． 4.5 左 6 5 均匀
【详解】
（1）[1]当加速度为零时，滑块应处于电阻器的中央位置，电阻器全长为，则应将滑动片调到距电阻器左端处；
（2）[2] 当物体具有图示方向的加速度时，滑块所受的弹簧拉力的合力方向向右，滑块向左移动，根据顺着电流方向电势降低，可知点电势低于点电势，则电压表的指针将向零点左侧偏转；
（3）[3][4]设加速度最大时，滑块向左移动的距离为，根据牛顿第二定律得
解得
此时电压表的读数为
所以电压表的量程为，当电压表示数为时，设此时滑块移动的距离为，则有
解得
根据牛顿第二定律，此时的加速度大小为
（4）[5]设加速度为时，电压表的读数为，则有
联立解得
由于与成正比，所以表盘的刻度均匀。
20．见解析
【详解】
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；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，通过运算电路处理后，从显示器中可得到烟尘的浓度。
21．（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
22．(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：
23．120℃
【详解】
由题图乙知，当t1=20°C，热敏电阻的阻值R1=4 kΩ；根据闭合电路欧姆定律得
可解得
Rg=0.5kΩ
由闭合电路的欧姆定律得
可解得
R2=2kΩ
合题图乙得，热敏电阻的温度是
t2=120°C
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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