5.1传感器及其工作原理 同步练习（Word版含解析）

粤教版（2019）选择性必修二 5.1 传感器及其工作原理
一、单选题
1．如图所示为一种呼气酒精测试仪的原理图，其中酒精气体传感器的电阻值r′的倒数与接触到酒精气体的浓度c成正比。则下列说法正确的是（　　）
A．电压表的示数无法表示浓度c的变化
B．电压表的示数越大，表示浓度c越小
C．酒精气体传感器把电信息转化成非电信息
D．当醉酒人员对传感器呼气时，电压表示数变大
2．如图为一种延时开关示意图，M和N是绕在同一个铁芯上的两个线圈，其中M与电源E、开关S构成回路，N的两端用导线ab直接连起来。当闭合S后，铁芯吸住衔铁A，开关触头B就将高压电路接通；当断开S时，衔铁仍被铁芯吸住，一会儿后才被弹簧C拉上去，从而实现延时断开电路的目的。下列说法正确的是（　　）
A．起延时效果的主要部件是线圈M
B．闭合S电路稳定工作后，导线ab中有从a流向b的感应电流
C．断开S瞬间，导线ab中有从a流向b的感应电流
D．电源E的正负极对调接入后，该装置就没有延时效果
3．关于传感器的下列说法正确的是
A．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号
B．电熨斗能自动控制温度主要利用了双金属片中两片金属的膨胀系数相同
C．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
D．半导体热敏电阻常用作温度传感器，温度升高，它的电阻值变大
4．下列说法中正确的是（　　）
A．红外体温计能将人体红外线辐射的变化，转化成反应体温的电学量变化
B．受迫振动的固有频率会随驱动力频率的变化而变化
C．单摆的振动周期与摆球的质量有关
D．高速宇宙飞船中的一小时比地球上的一小时短
5．如图所示是一种水位自动报警器的原理示意图，当杯中的水的水位到达金属块B时，出现的情况是（　　）
A．L1灯亮 B．L2灯亮 C．L1、L2两灯同时亮 D．L1、L2两灯都不亮
6．下列有关传感器的判断正确的是（ ）
A．传感器是将电学量（电压、电流等）转化成非电学量（压力、温度、位移等）的装置
B．把霍尔元件放入磁场中，由于电磁感应现象，在元件的电极间产生感应电动势
C．金属热电阻的电阻率随温度升高而减小
D．干簧管是一种能够感知磁场的传感器
7．交通警察用来检测驾驶员酒精含量的检测器使用的传感器是（　　）
A．声音传感器 B．电化学传感器
C．压力传感器 D．温度传感器
8．如图所示，电吉他的弦是磁性物质，当弦振动时，线圈中产生感应电流，感应电流输送到放大器、喇叭，把声音播放出来，下列说法正确的是（　　）
A．电吉他是光电传感器
B．电吉他是温度传感器
C．电吉他是声音传感器
D．弦改用尼龙材料原理不变
9．诺贝尔物理学奖授予了法国科学家阿尔贝 费尔和德国科学家彼得 格林贝格尔，以表彰他们发现“巨磁电阻（GMR）效应”．基于巨磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的磁电技术，被认为是纳米技术的第一次真正应用．下图是研究巨磁电阻特性的原理示意图，实验发现，当闭合S1、S2后使滑动变阻器的滑片P向左滑动的过程中，指示灯明显变亮，下列说法中正确的是（　　）
A．滑片P向左滑动的过程中，电磁铁的磁性减弱
B．巨磁电阻的阻值随磁场的增强而明显增大
C．巨磁电阻的阻值随磁场的增强而明显减小
D．巨磁电阻不可用来制作磁电传感器
10．关于传感器，下列说法正确的是
A．传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量
B．金属热电阻是一种可以将电学量转换为热学量的传感器
C．干簧管是能够感知电场的传感器
D．半导体热敏电阻的阻值随温度的升高而增大
11．下列说法中正确的是（　　）
A．红外体温计能将人体红外线辐射的变化，转化成反应体温的电学量变化
B．受迫振动的固有频率会随驱动力频率的变化而变化
C．单摆的振动周期与摆球的质量有关
D．高速宇宙飞船中的一小时比地球上的一小时短
12．关于传感器，下列说法正确的是（　　）
A．传感器能将电学量按一定规律转换成非电学量
B．干簧管是能够感知电场的传感器
C．半导体热敏电阻的阻值一定随温度的升高而减小
D．金属热电阻一般选用线性好，温度系数较大的材料制成
13．关于传感器，下列说法正确的是
A．霍尔元件能把光学量转化为电学量
B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
C．话筒中的传感器将电信号转化成声音信号
D．传感器是把非电信号转换为电信号的主要元件
14．关于传感器，下列说法正确的是( )
A．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号
B．霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电阻这个电学量
C．半导体热敏电阻常用作温度传感器，因为温度越高，它的电阻值越大
D．电熨斗中装有双金属片温度传感器，该传感器通过控制电路的通断达到自动控制温度的目的
15．新冠病毒疫情已被我国有效控制。为了战胜疫情，我们的志愿者在社区、机场等公共场所不顾个人安危，为行人量体温、查信息，严防死守，确保一方平安。志愿者使用的体温探检器通过非接触的方法感应人体的体温以此来排查新型冠状病毒的疑似感染病例。请问这种体温探检器是利用了哪种电磁波的特性（　　）
A．红外线 B．紫外线
C．X射线 D．γ射线
二、填空题
16．如图所示，为定值电阻，为负温度系数热敏电阻，L为小灯泡、当温度降低时，两端的电压______，电流表的示数______，小灯泡的亮度变______。
17．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______。
18．如图所示电路是利用DIS实验来测定电动机的效率，图中方框内的实验仪器分别是A：_______、B：_______、C：_______。
三、解答题
19．图是一种电感式微小位移传感器的原理图。1是待测位移的物体，3是空心线圈，软铁芯2插在线圈3中并且可以随着物体1在线圈中左右平移。这种传感器可以把被测物体位移的大小转换为线圈自感系数的大小，请定性说明它的工作原理，并尝试设计与线圈3相连的电路。
20．图是一种电感式微小位移传感器的原理图。1是待测位移的物体，3是空心线圈，软铁芯2插在线圈3中并且可以随着物体1在线圈中左右平移。这种传感器可以把被测物体位移的大小转换为线圈自感系数的大小，请定性说明它的工作原理，并尝试设计与线圈3相连的电路。
21．当前大量使用的磁敏器件是霍尔元件与集成电路制作在一起的磁传感器，它有以下两种。
(1)一种是“线性”的。它是将霍尔元件和放大器集成在一个芯片内，其输出的电压与感受到的磁感应强度成正比地连续变化。请你提出一种方案，利用它来测量电流的大小。
(2)另一种叫作“开关型”的。当磁场增强到一定程度时它才会输出高电势，而在磁场弱到一定程度时输出低电势，它只能像开关一样在高、低电势之间跃变。请你提出一种方案，利用它来测量物体的转速。
22．当前大量使用的磁敏器件是霍尔元件与集成电路制作在一起的磁传感器，它有以下两种。
(1)一种是“线性”的。它是将霍尔元件和放大器集成在一个芯片内，其输出的电压与感受到的磁感应强度成正比地连续变化。请你提出一种方案，利用它来测量电流的大小。
(2)另一种叫作“开关型”的。当磁场增强到一定程度时它才会输出高电势，而在磁场弱到一定程度时输出低电势，它只能像开关一样在高、低电势之间跃变。请你提出一种方案，利用它来测量物体的转速。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【详解】
ABD．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，酒精气体传感器的电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，测试到的酒精气体浓度越大则传感器的电阻的倒数越大，所以传感器的电阻越小，根据欧姆定律可知电路中电流越大，R0两端的电压越大，所以U越大。表示c越大，AB错误D正确；
C．酒精气体传感器把非电信息（酒精气体浓度）转化成电信息（电压），C错误。
故选D。
2．C
图中有两个线圈，其中M有电源，接通电路后有电流通过，会产生磁性。
N线圈无电源，开关闭合后没有电流，只有当M中的磁场发生变化时，根据电磁感应规律，N线圈才会产生感应电流，起到延时效果。
【详解】
ABC．分析电路可知，当闭合S，M线圈中产生电流，电流周围产生磁场，根据安培定则可知，铁芯下端为N极，产生由上向下的磁场，电路稳定后，磁场不变，N线圈中不会产生感应电流，导线ab中没有电流， 当断开S时，线圈M中电流逐渐减小，直至消失，N线圈中的磁通量由上向下逐渐减小，根据楞次定律可知，产生由上向下的感应磁场，根据安培定则可知，感应电流方向由a到b，铁芯下端为N极，故起到延时效果的主要部件是线圈N，故AB错误，C正确；
D．电源E的正负极对调接入后，断开S，N线圈中仍发生电磁感应现象，该装置仍具有延时效果，故D错误。
故选C。
【点睛】
此题考查楞次定律与安培定则的应用，注意穿过闭合线圈的磁通量变化，线圈产生感应电流。
3．C
由题意可知查传感器的应用，根据传感器工作原理分析可得．
【详解】
A．话筒是一种常用的声传感器，话筒一端接收声音，其作用是将电信号转换为声信号，另一端是将声音信号转为电信号，故A错误；
B．电熨斗能自动控制温度主要利用了双金属片中两片金属的膨胀系数不同，温度变化时，总体形变和膨胀系数大的材料形变方向相同，从而控制电路，故B错误；
C．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，其原理带电粒子在磁场中发生偏转，在极板间产生电势差，故C正确；
D．半导体热敏电阻属半导体材料，温度升高，它的电阻值变小，故D错误．
【点睛】
从原理入手，理解传感器的工作过程，记住一些材料的特性．
4．A
【详解】
A．红外体温计能将人体红外线辐射的变化，转化成反应体温的电学量变化，故A正确；
B．受迫振动的固有频率不会随驱动力频率的变化而变化，故B错误；
C．单摆振动的周期
可知单摆的振动周期与摆球质量无关。故C错误；
D．根据“尺缩钟慢”效应可知高速宇宙飞船中的一小时比地球上的一小时长，故D错误；
故选A。
5．B
【详解】
当杯中的水位达到金属块B时，控制电路接通，电磁铁具有磁性，将衔铁吸下，使灯所在电路接通，所以灯亮；灯所在电路断开，所以灯不亮，故B正确，ACD错误。
故选B。
6．D
【详解】
A．传感器是将非电学量（压力、温度、位移等）转化成电学量（电压、电流等）的装置，故A错误；
B．把霍尔元件放入磁场中，载流子在洛伦兹力的作用下偏转，使霍尔元件的上、下两面出现电势差，故B错误；
C．金属热电阻的阻值率随温度的升高而增大，故C错误；
D．干簧管是磁控开关，故D正确。
故选D。
7．B
【详解】
检测驾驶员酒精含量，与声音、压力、温度无关，因此选用的是化学传感器，故B正确。
故选B。
8．C
【详解】
物理传感器应用的是物理效应，比如光电效应、磁电效应等，能将被测信号量的微小变化转换成电信号，当弦振动时，线圈中产生感应电流，属于声音传感器，故C正确，ABD错误。
故选C。
9．C
由滑动变阻器滑片的移动得知电路中电流的变化情况，通过电路中电流的变化结合电磁铁磁性强弱的决定因素可以确定滑片移动时，其磁性强弱的变化；根据灯泡的亮度变化，能够确定电路中电流的变化，进而知道巨磁电阻的阻值与磁场强度的关系．
【详解】
A．当滑片P向左滑动时，滑动变阻器连入电路中的电阻变小，则电路中的电流变大，通电螺线管的磁性增强．A错误．
BC．通电螺线管的磁性增强时，右边电路中的指示灯明显变亮，则说明右边电路的电流变大了，巨磁电阻的电阻变小了，即巨磁电阻的阻值随磁场的增强而变小．故B错误，C正确．
D．由C分析可知巨磁电阻可用来制作磁电传感器，D错误；
故选C．
【点睛】
在控制电路中，滑片的移动是分析的入手点；在工作电路中，灯泡的亮度是确定电路中电流变化的一个隐含条件．
10．A
【详解】
传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量，选项A正确；金属热电阻是一种可以将热学量转换为电学量的传感器，选项B错误；干簧管是能够感知磁场的传感器，选项C错误；热敏电阻在温度升高时，电阻会变小，热敏电阻能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量．故D错误；故选A．
11．A
【详解】
A．红外体温计能将人体红外线辐射的变化，转化成反应体温的电学量变化，故A正确；
B．受迫振动的固有频率不会随驱动力频率的变化而变化，故B错误；
C．单摆振动的周期
可知单摆的振动周期与摆球质量无关。故C错误；
D．根据“尺缩钟慢”效应可知高速宇宙飞船中的一小时比地球上的一小时长，故D错误；
故选A。
12．C
传感器作为一种将其它形式的信号与电信号之间的转换装置，在我们的日常生活中得到了广泛应用，不同传感器所转换的信号对象不同，我们应就它的具体原理进行分析．
【详解】
传感器作为一种将其它形式的信号与电信号之间的转换装置，能将非电学量按一定规律转换成电学量．故A错误；干簧管是一种能够感知磁场的传感器．故B错误；热敏电阻在温度升高时，电阻会变小，热敏电阻能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量．故C正确；金属热电阻是将温度转化为电阻，金属导体热电阻随温度的升高而增大；金属热电阻一般选用线性好，温度系数较小的材料制成．故D错误．故选C．
【点睛】
该题考查几种常见的传感器的特点，传感器能够将其他信号转化为电信号，它们在生产生活中应用非常广泛，在学习中要注意体会．
13．D
【详解】
A.霍尔元件能够把磁学量转换为电学量，故A错误；
B.干簧管是一种能够感知磁场的传感器，故B错误；
C.话筒中的传感器将声音号转化成电信信号，故C错误；
D.传感器是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，故D正确．
14．D
【详解】
A.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，故A错误；
B.霍尔元件能够把磁感应强度转换为电学量电压，不是将磁感应强度转换成电阻，故B错误；
C.半导体热敏电阻常用作温度传感器，因为温度越高，它的电阻值越小，故C错误；
D.电熨斗中装有双金属片温度传感器，该传感器通过控制电路的通断达到自动控制温度的目的，故D正确。
15．A
【详解】
体温探检器是利用了红外线的辐射原理，故A正确BCD错误。
故选A。
16． 减小 减小 亮
【详解】
[1][2][3]当温度降低时，的电阻增大，总电阻增大，据闭合电路欧姆定律知干路电流减小，即电流表示数减小；由
知两端电压减小；再据
知L两端的电压增大，小灯泡变亮。
17． 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。
18． 电流传感器 电压传感器 数据采集器
【详解】
[1][2][3]A与电动机串联，一定是电流传感器；B与电动机并联，一定是电压传感器；C与计算机相连，是数据采集器。
19．见解析。
【详解】
线圈3中通入正弦变化的交流电，电路的电流不断变化，则线圈3内的磁场在不断变化，当软铁芯2插在线圈3中，导致磁场增强，从而通过电流的变化量来确定插入线圈的位移大小，当待测物体向左平移，因自感系数的增加，导致增加的磁场会阻碍线圈3的电流变化，则电流表的示数将减小。由以上分析可知，3中电路应接入交流电源和电流表，电路如图所示
20．见解析。
【详解】
线圈3中通入正弦变化的交流电，电路的电流不断变化，则线圈3内的磁场在不断变化，当软铁芯2插在线圈3中，导致磁场增强，从而通过电流的变化量来确定插入线圈的位移大小，当待测物体向左平移，因自感系数的增加，导致增加的磁场会阻碍线圈3的电流变化，则电流表的示数将减小。由以上分析可知，3中电路应接入交流电源和电流表，电路如图所示
21．（1）见解析；（2）见解析
【详解】
（1）在软铁芯上绕制线圈2，磁传感器3置入铁芯的间隙中，并与数字电压表4相连，线圈2中通入的待测电流I越强，铁芯间隙中的磁感应强度就越大，则磁传感器输出的电压也越大。电路如图
（2）在转动物体1的边缘嵌入一个永久磁体2 ，磁传感器3固定在旁边，并与计数电路和显示屏4相连。物体每转动1周，传感器就输出1个电压脉冲，计数器显示的数字就增加1，配合秒表测出物体在时间t内转动的周数n，就可以计算出转速。电路如图
22．（1）见解析；（2）见解析
【详解】
（1）在软铁芯上绕制线圈2，磁传感器3置入铁芯的间隙中，并与数字电压表4相连，线圈2中通入的待测电流I越强，铁芯间隙中的磁感应强度就越大，则磁传感器输出的电压也越大。电路如图
（2）在转动物体1的边缘嵌入一个永久磁体2 ，磁传感器3固定在旁边，并与计数电路和显示屏4相连。物体每转动1周，传感器就输出1个电压脉冲，计数器显示的数字就增加1，配合秒表测出物体在时间t内转动的周数n，就可以计算出转速。电路如图
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