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．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
2．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
3．如图所示为某电容式话筒的原理示意图。Q为绝缘支架，薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电。对着话筒说话时，M振动而N可视为不动。下列说法正确的是（　　）
A．该话筒的传感器是薄金属膜M
B．传感器的敏感元件是M、N组成的电容器
C．M、N间的电压始终等于电源电压
D．传感器将声波信号转换为电容器的电容
4．下列说法不正确的是（　　）
A．电熨斗中的双金属片是温度传感器
B．金属热电阻的化学稳定性好，但灵敏度差
C．霍尔元件是能够把磁感应强度这一磁学量转换为电压这一电学量的传感器
D．热敏电阻是把热量这个热学量转换为电阻这个电学量
5．如图是一种延时继电器的示意图，铁芯上有两个线圈A和B，线圈A跟电源连接，线圈B两端连在一起构成闭合电路，铁质杆D的右端与金属触头C绝缘相连，C连接工作电路，弹簧K可以拉起杆D从而使工作电路断开。下列说法正确的是（　　）
A．工作电路正常工作时，弹簧K处于原长状态
B．工作电路正常工作时，B线圈中有感应电流
C．开关S断开瞬间，铁芯能继续吸住铁杆D一小段时间
D．减少线图B的匝数，对电路的延时效果没有影响
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．在如图所示的自动控制电路中，当开关S断开时，工作电路的情况是（　　）
A．灯亮，电动机转起来，电铃响 B．灯亮，电动机转起来，电铃不响
C．灯不亮，电动机不转，电铃响 D．灯亮，电动机不转，电铃响
8．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
9．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
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．热敏电阻的阻值都是随温度的升高而减小
11．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
12．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
13．如图是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的示意图。是光敏电阻，是保护定值电阻，日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，接入电路，太阳能电池板给蓄电池充电，光线不足时，衔铁被弹簧拉起，与接入电路，蓄电池给LED路灯供电，路灯亮起，下列关于该电路分析正确的是（　　）
A．该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大
B．增加电源电动势可以增加路灯照明时间
C．增大保护电阻阻值可延长每天路灯照明时间
D．并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间
14．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
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．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．模块机器人具有三个部分，它们分别是传感器、______器和______器，如果模块机器人有2种传感器，3种控制方式，4种执行器，那么从理论上可以有______种组合方式。
18．传感器的定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。通常是电压、电流等______，或转换为电路的_______
19．如图所示，图甲为热敏电阻的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，继电器线圈的电阻为150Ω。当线圈中的电流大于或等于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＝6V，内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。
（1）应该把恒温箱内的加热器接在________（选填“A、B端”或“C、D端”）。
（2）如果要使恒温箱内的温度保持100℃，可变电阻R′的值应调节为________Ω。
（3）为使恒温箱内的温度保持在更高的数值，可变电阻R′的值应________（选填“增大”或“减小”）。
三、解答题
20．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？
21．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。
22．下图是电饭煲的电路图，是一个磁钢限温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点（）时，会自动断开，且不能自动闭合是一个双金属片自动控温开关，当温度低于时，会自动闭合；温度高于时，会自动断开。红灯是加热指示灯，黄灯是保温指示灯，分流电阻，加热电阻丝，两灯电阻不计。
(1)分析电饭煲的工作原理；
(2)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比；
(3)如果不闭合开关，能将饭煮熟吗？
23．某同学想把弹簧振子振动位移的变化情况直观地表现出来。他做了一个实验，实验装置如图所示。在陶瓷压电片下挂一个弹簧振子，陶瓷压电片的两极引线与示波器“Y输入”端相连。让弹簧振子振动起来，选择适当的X扫描频率，他会观察到什么现象？分析形成这种现象的原因。
24．动圈式话筒的内部结构如图所示，该装置能够将声信号转化为电信号流），再经扩音器放大后传给扬声器。
（1）请尝试解释动圈式话筒将声信号转化为电信号的工作原理。
（2）如果这类动圈式话筒出现了故障，故障最有可能出现在什么地方？如何检测并排除故障？
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．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。
2．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。
3．D
【详解】
ABD．该话筒的传感器是M、N组成的电容器，传感器的敏感元件是薄金属膜M，传感器将声波信号转换为电容器的电容，AB错误，D正确；
C．话筒工作过程中，电容器的电容不断变化，电路中有充、放电电流，固定电阻R上的电压会发生变化，故M、N间的电压不始终等于电源电压，C错误。
故选D。
4．D
【详解】
A．利用双金属片温度传感器，可以控制电熨斗的温度，故A正确；
B．金属热电阻由金属材料制成，其化学稳定性好，但灵敏度差，故B正确；
C．霍尔元件是能够把磁感应强度这一磁学量转换为电压这一电学量的传感器，故C正确；
D．热敏电阻是把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，故D不正确。
本题选不正确的，故选D。
5．C
【详解】
AB．工作电路正常工作时，金属触头C将工作电路连通，此时弹簧K处于拉伸状态，此时由于线圈A的电流不变，穿过线圈A的磁通量不变，则线圈B中的磁通量不变，B线圈中没有感应电流，选项AB错误；
C．开关S断开瞬间，线圈A中电流减小，则穿过线圈B的磁通量减小，从而在线圈B中产生感应电流，使铁芯的磁性逐渐减弱，从而铁芯能继续吸住铁杆D一小段时间，起到延时的作用，选项C正确；
D．减少线图B的匝数，则当开关S断开的瞬时，B中产生的感应电流会减小，铁芯的磁性减弱，则对电路的延时效果有影响，选项D错误。
故选C。
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．B
【详解】
由图可知这是用一个电磁继电器同时控制两个工作电路的自动控制装置，控制电路由电源、开关S和电磁铁组成，工作电路有两个，共用一个电源，开关S断开时，电磁铁中无电流没有磁性，弹簧把衔铁拉起，电灯和电动机组成的并联电路连通，电灯亮，电动机转动，电铃电路断开，电铃不响；开关S闭合时，电磁铁通电有磁性，吸下衔铁，使电铃电路连通，铃响，电灯和电动机电路断开，灯不亮，电动机不转。
故选B。
8．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。
9．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。
10．A
【详解】
A．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正确；
B．金属热电阻是将热学量转换为电学量的一种传感器，故B错误。
C．干簧管是把磁场的强弱转化为电路的通断的传感器，故C错误。
D．热敏电阻的阻值不一定随温度的升高而减小，故D错误。
故选A。
11．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。
12．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。
13．C
【详解】
A．日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，根据闭合电路欧姆定律，控制电路中电阻变小，电流变大，衔铁被吸下，则当日光充足时光敏电阻减小，故A错误；
B．电动势增大，电阻不变情况下，电流增大，电磁继电器把衔铁吸下，减少了路灯照明时间，故B错误；
C．增大保护电阻，减小了电流，增大了照明时间，故C正确；
D．LED灯的盏数不影响控制电路，考虑蓄电池容量一定，可能减少照明时间，故D错误。
故选C。
14．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。
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． 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． 控制 执行 24
【详解】
[1][2][3]模块机器人由传感器、控制器和执行器三个模块组成，相当于人的感觉器官、大脑和肌肉，根据数学组合可知，若选择一个传感器，一个控制方式，则有四种组合，因此共有24种组合。
18． 电学量 通断
略
19． A、B端 100 增大
【详解】
（1）[1]当温度较低时，热敏电阻的阻值较大，电路中的电流较小，此时继电器的衔铁脱离电磁铁，A、B部分接入电路，此时是需要加热的，恒温箱内的加热器要工作，所以应把恒温箱内的加热器接在A、B端。
（2）[2]当温度达到100℃时，加热电路要断开，此时继电器的衔铁要被吸合，即控制电路的电流要达到I＝20mA，设继电器线圈的电阻为R0，根据闭合电路欧姆定律可得，
I＝
代入数据解得
R′＝100Ω
（3）[3]由以上分析可知，若使恒温箱内的温度保持在更高的数值，则I＝20mA时R变小，R0不变，故可变电阻R′的值应增大，从而实现目标。
20．(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：
21．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。
22．(1)见解析；(2)12:1；(3)不能
【详解】
(1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯被短路不亮，红灯亮，电饭煲处于加热状态．加热到80℃时，S2自动断开，S1仍闭合．水烧干后，温度升高至103℃时，开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态．由于散热，待温度降至70℃时，S2自动闭合，电饭煲重新加热；温度达到80℃时，S2又自动断开，再次处于保温状态．
(2)加热时，电饭煲消耗的电功率
P1＝
保温时，电饭煲消耗的电功率
两式中
从而有
＝
(3)如果不闭合开关S1，开始S2总是闭合的，R1被短路，功率为P1，当温度上升到80℃时，S2自动断开，功率降为P2，温度降低到70℃，S2自动闭合……温度只能在70℃～80℃之间变化，不能把水烧开，故不能煮熟饭。
23．见解析
【详解】
他会观察到：屏幕上显示出一条正弦函数图像。
原因是：陶瓷压电片的工作原理是当电压作用于陶瓷压整片上时，其会随电压和步频率的变化产生机械变形，本题则利用振子上下振动，使陶将压电片产生微小形变，利用示波器读取电压片上的电压变化，从而观察到示波器上生了类似于振动的波形图，从侧面反应了弹簧振子的振动位移情况，并直观的表现出来。
24．见解析
【详解】
（1）当人对着话筒说话时，以人声通过空气使膜片震动，然后在膜片上的线圈绕组在环绕在永久磁体形成的磁场中运动——切割磁感线，从而产生变化的感应电流，使声音信号转化为随声音变化的电信号，再经放大后，通过扬声器还原成声音。
（2）如果这类动圈式话筒出现了故障，故障最有可能出现在与线圈连接的电路部分。
①无声：直接用万用表电阻挡对音头的两个焊接点进行测量，若电阻值为无穷大，证明音头的音圈内部开路；若与话筒的标称值相同或者相近，说明音圈良好，故障在插头、屏蔽线缆或开关部分，可仔细检查屏蔽线缆中的屏蔽网线和芯线与插头是否脱焊；开关是否有接触不良故障；开关的接线是否脱焊等。查到故障部位后，将其重新焊好即可排除故障。如果是音头的音圈内部开路，通常只有换新。
②音轻、失真：首先旋下话筒的前网罩，将万用表置于R × 1挡，用两表棒碰触音头引出线两端的焊接点，应该听见话筒振动膜发出“喀喀”声。如果声音很微弱，再用R × 100挡测量两焊点之间的电阻值(音圈的直流电阻值)，若电阻值明显小于话筒的标称阻抗值，说明音圈内部存在匝间短路，导致灵敏度下降；如果碰触音头两端的焊接点时振动膜发出明显的“沙沙’，摩擦声，说明音圈或振动膜位置改变，致使音圈与磁钢相碰产生摩擦。若经检测没有发现上述故障，通常是音头磁钢的磁性减弱，这一类故障修理不易，只有更换音头。
③啸叫声：啸叫是话筒的常见故障，除了话筒与扬声器靠得太近而产生“声反馈”外，产生这个故障的原因通常是屏蔽线缆中的屏蔽网线折断，或屏蔽网线与插头焊片的焊接脱落，只有其芯线正常。当话筒的插头插入扩音机的输入插口中时，由于屏蔽线断开未接地，手握话筒时，人体感应或外界干扰信号就会传至扩音机中发生自激振荡而啸叫。这类故障将屏蔽网线重新焊接好即可。
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页