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．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
2．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
3．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
4．下列关于物理传感器，化学传感器和生物传感器的说法，正确的是（　　）
A．物理传感器利用材料的某种物理性质工作，因而只能用于机械加工行业而不能用于化工领域
B．化学传感器是利用某种化学反应来工作的，因而只能输出某种化学物质而不能输出电学量
C．生物传感器的适用范围广，可在任意温度下工作
D．生物传感器由于含有生命物质，因而对使用传感器的环境有一定要求
5．磁传感器是将磁信号转变为电信号的仪器.如图所示，将探头放在磁场中，可以很方便的测量磁场的强弱和方向.探头可能是（ ）
A．感应线圈 B．热敏电阻 C．霍尔元件 D．干簧管
6．下列有关传感器的说法中错误的是（　　）
A．霍尔元件是能够把磁感应强度转换为电压的一种磁传感器
B．光电鼠标利用了光传感器
C．电子秤称量物体质量是利用了力传感器
D．2020年初新冠肺炎疫情防控阻击战中，枪式测温仪成了体温检测的“哨兵”，是利用了温度传感器
7．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
8．物理传感器是利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出相关信息的，化学传感器是利用化学反应识别和检测信息的。下列说法正确的是（ ）
A．凡将非电学量转化为电学量的传感器都是物理传感器
B．气敏传感器只能是物理传感器
C．物理传感器只能将采集到的信息转换为电压输出
D．物理传感器利用的是物质的物理性质和物理效应
9．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
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．电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装置。由于电容器的电容取决于极板正对面积、极板间距离以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而又可推出另一个物理量的值的变化，如图所示是四种电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，下列说法不正确的是（　　）
A．甲图的传感器可以用来测量角度
B．乙图的传感器可以用来测量液面的高度
C．丙图的传感器可以用来测量压力
D．丁图的传感器可以用来测量速度
12．如图所示电路中，E为电源（内阻为r），R2、R3为定值电阻，R4为滑动变阻器，R1为光敏电阻（其阻值随光照强度的增大而减小），电压表为理想电压表，开关S闭合后，电容器中一带电微粒恰好处于静止状态。下列说法正确的是（　　）
A．若仅将R4的滑片向下移动，电压表的示数将变大，电源效率将变大
B．若仅将R4的滑片向下移动，R2消耗的电功率将变大，带电微粒将向上运动
C．若仅增大光照强度，R4消耗的电功率将变小
D．若仅增大光照强度，将有电流向下通过R3
13．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
14．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
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．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。
17．与热敏电阻相比，金属热电阻的______________好，测温范围______，但________较差。
18．在“用DIS研究通电螺线管的磁感应强度”实验中，使用的是______传感器，采集数据绘制B-d图线，得出结论：在螺线管的中间位置一定范围内，磁感应强度______。
19．气体传感器利用物质的化学反应将某种气体的浓度转换成电信号输出，如图所示，B为将可燃气体或有毒气体浓度转换为电信号的传感器，简称电子鼻.有如下器材：U=220V的电源、排风扇M、继电器G、控制电源A、控制开关S.请设计一个家用自动排烟电路，并在图中完成连线___________________ .
三、解答题
20．下图是一个声光控节能灯座及其电路板，你能判断出电路板上哪个是光敏电阻，哪个是声敏电阻元件吗？
21．霍尔元件是一种能将磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量的传感器，其基本结构如图所示，M为半导体薄片（砷化镓），B为外加与薄片垂直的磁场，a、b、c、d为霍尔电极。若在ab方向通以恒定电流I，请简要分析霍尔电势的形成过程及方向。
22．随着科技的进步，手机不再是一种简单的通信工具，而是具有综合功能的便携式电子设备。手机的许多功能是通过传感器来实现的。请查阅资料选择手机中使用的一种传感器，分析其工作原理及用途。
23．加速度计是测定物体加速度的仪器．在现代科技中，它已成为导弹、飞机、潜艇或宇宙飞船制导系统的信息源．如图所示为应变式加速度计．当系统加速时，加速度计中的敏感元件也处于加速状态．敏感元件由弹簧连接并架在光滑支架上，架与待测系统固定在一起，敏感元件下端可在滑动变阻器R上自由滑动．当系统加速运动时，敏感元件发生位移并转换为电信号输出，就可以根据输出电压的大小求出物体的加速度．
已知：敏感元件的质量为m，两侧弹簧的劲度系数均为k，电源电动势为E，电源内阻不计，滑动变阻器的总电阻值为R，有效长度为l，静态时，输出电压为U0，试写出加速度a随输出电压U变化的关系式．
24．如图（a）和图（b）所示是一种测量血压的压力传感器工作时的示意图。薄金属片P有4个电阻、、、。如图（c）所示是它的侧面图。这四个电阻连接成如图（d）所示的电路，试回答下列问题。
（1）开始时，金属片中心点O未加任何压力，欲使电压表无示数，这4个电阻应满足怎样的关系？
（2）在点O加一个压力F后金属片会发生形变，此时4个电阻也随之发生形变，形变后各电阻大小如何变化？
（3）电阻变化后，金属片上的A、B两点哪点电势高？
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．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。
2．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。
3．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。
4．D
【详解】
B．化学传感器一般也是输出电学量，如离子传感器等，故B错误；
A．物理传感器在化工领域也可以使用，如温度传感器等，故A错误；
CD．生物传感器能够使用的前提是传感器中的生命物质保持生物活性，故C错误，D正确。
故选D。
5．C
【详解】
将探头放在磁场中，可以很方便的测量磁场的强弱和方向，将磁信号转变为电信号，所以探头可能是霍尔元件。
故选C.
6．D
【详解】
A．霍尔元件是能够把磁感应强度转换为电压的一种磁传感器，故A正确，不符合题意；
B．光电鼠标利用了光传感器，故B正确，不符合题意；
C．电子秤称量物体质量是利用了力传感器，故C正确，不符合题意；
D．枪式测温仪是根据人体辐射的红外线来测温的，没有利用温度传感器，故D错误，符合题意。
故选D。
7．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。
8．D
【详解】
A．各种传感器虽然工作原理不同，但基本功能相似，多数是将非电学量转换为电学量，故选项A错误；
B．气敏传感器的核心部件是气敏电阻，其表面吸收了某种自身敏感的气体之后会发生反应，使自身阻值改变，属于化学传感器，故选项B错误；
C．物理传感器既可将信息转换为电压输出，也可将信息转换为电流、电阻等输出，故选项C错误；
D．由物理传感器的定义知，物理传感器利用的是物质的物理性质和物理效应，选项D正确.
故选D。
9．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。
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．D
【详解】
A．甲图中极板的正对面积与角度的变化有关，所以A正确，不符合题意；
B．乙图中液面的高低与电容器正对面积有关（金属芯线与导电液体相当于电容器的两个极板），所以B正确，不符合题意；
C．丙图中两极板间距离与压力有关，所以C正确，不符合题意；
D．丁图中电容器的大小与介质速度无关，所以D错误，符合题意；
故选D。
12．A
【详解】
A．若仅将R4的滑片向下移动，R4变大，外电路总电阻变大，路端电压即电压表的示数变大，电源效率变大，故A正确；
B．若仅将R4的滑片向下移动，R2和R4并联部分的电阻变大，分压变大，R2消耗的电功率变大，电容器两端的电压减小，带电微粒将向下运动，故B错误；
C．若仅增大光照强度，R1减小，R4分压变大，消耗的电功率变大，故C错误；
D．若仅增大光照强度，R1减小，分压减小，电容器放电，R3中有向上的电流通过，故D错误。
故选A。
13．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。
14．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。
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． A、B端 260
【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
17． 化学稳定性 大 灵敏度
【详解】
[1][2][3]与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。
18． 磁 基本保持不变，可看做匀强磁场
【详解】
[1]用DIS研究通电螺线管的磁感应强度，为了测量磁感应强度，需要用到磁传感器。
[2]由B-d图线很容易看出，当d在一定的范围内，磁感应强度几乎保持不变，故在螺线管的中间位置一定范围内，磁感应强度基本保持不变，可看做匀强磁场。
19．
【详解】
电磁继电器起开关作用，所以低压控制电源、气体传感器、开关和电磁继电器应组成一个电路，另一个是由排风扇和高压电源组成的电路.如图所示.
20．见解析
【详解】
由图可知A为电容，B为声敏电阻元件，C为光敏电阻，D为芯片。
21．见详解
【详解】
根据左手定则知，自由电子向d电极偏转，所以d电极这一侧聚集负电荷，另一端聚集正电荷，所以d点的电势低于c点的电势，cd两点间形成电势差，方向在半导体外部由c指向d。
22．见解析
【详解】
重力传感器体现在手机横竖屏智能切换、拍照照片朝向、重力感应类游戏(如滚钢珠)。原理：利用压电效应实现，传感器内部一块重物和压电片整合在一起，通过正交两个方向产生的电压大小，来计算出水平方向。
23．
【详解】
设静态时，滑动变阻器滑片与变阻器左端的距离为x，则有：
当系统以加速度a向左加速时，设敏感元件向右移动Δx，则对敏感元件由牛顿第二定律得：2kΔx＝ma
此时输出电压
由以上三式得a＝
当U＞U0时，系统为向左加速；
当U＜U0时，系统为向右加速．
【点睛】
本题的重点就是利用好给定的条件，电阻是与长度成正比的，故由此可以得到电压与敏感元件位移的关系，由此打开整个题目．
24．（1）；（2）、阻值增大，、阻值减小；（3）A
【详解】
（1）根据电桥平衡原理可知
解得
（2）在点O加一个压力F后金属片会发生形变，由于电阻固定在金属片上，因此、被拉长，、被拉宽即横截面积增大，根据电阻定律
则、阻值增大，、阻值减小。
（3）变大，所以B电势变低，减小，则A电势变高，故电阻变化后，金属片上的A点电势高。
答案第1页，共2页
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