5.2常见传感器的工作原理及应用 同步练习（Word版含解析）

人教版（2019）选择性必修二 5.2 常见传感器的工作原理及应用
一、单选题
1．电阻应变片是一种将被测件上的形状变化转换成为一种电信号的敏感器件，其阻值会随着机械形变而发生变化。如图所示为某同学设计的利用金属丝应变电阻来研究其阻值与拉力大小之间关系的电路，其中电压表和电流表是理想电表，a、b两点之间连接的是金属丝应变电阻，把一重物悬挂在金属丝中间。当把悬挂重物的质量减小时，下列说法正确的是（ ）
A．电流表示数变小 B．电压表示数变大
C．电压表与电流表示数之比变大 D．电压表与电流表示数变化之比不变
2．如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为10：1，原线圈接入图乙所示的正弦脉冲电压，副线圈接火灾报警系统（报警器未画出），电压表和电流表均为理想电表，R0为定值电阻，R为半导体热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小。下列说法中正确的是（　　）
A．图乙中电压的有效值为220V B．电压表的示数为11V
C．R处出现火警时电流表示数变小 D．R处出现火警时电阻R0消耗的电功率减小
3．传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等物理量，并把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量（通常是电压、电流等电学量），或转换为电路的通断。空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内使用的传感器是（　　）
A．力传感器 B．温度传感器
C．光传感器 D．声传感器
4．如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图。门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭时会遮蔽红外线源（红外线源没有画出）。经实际试验，灯的亮、灭情况的确能反映门的开、关状态。门打开时两灯的发光情况及R2两端电压UR2与门关闭时相比（　　）
A．红灯亮，UR2变大 B．绿灯亮，UR2变大
C．绿灯亮，UR2变小 D．红灯亮，UR2变小
5．有的楼道照明灯具有这样的功能：天黑到一定程度时，出现声音它就开启，而在白天，即使有声音它也没有反应。在这种楼道照明灯的控制电路中，可能接入的传感器是（　　）
A．温度传感器和光传感器
B．光传感器和声音传感器
C．声音传感器和热传感器
D．热传感器和力传感器
6．下列说法正确的是（　　）
A．奥斯特发现了磁生电
B．热敏电阻是把热量转化为电阻的敏感性元件
C．楞次定律是用来计算感应电流大小的物理规律
D．我国采用高压输电是为了减小输电线上的功率损失
7．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，某同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，如图（a）所示．现将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球．小车向右做直线运动过程中，电流表的示数如图（b）所示．下列判断正确的是（ ）．
A．在时间至内，小车做匀速直线运动
B．在时间至内，小车做匀加速直线运动
C．在时间至内，小车做匀速直线运动
D．在时间至内，小车做匀加速直线运动
8．传感器在日常生活中的应用随处可见，下列说法不正确的是（　　）
A．血糖仪利用葡萄糖生物传感器制成
B．可燃气体报警器利用电化学气体传感器制成
C．电梯超出负载发出报警提示的报警器利用压力传感器制成
D．全自动洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该装置利用温度传感器制成
9．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知升降机静止时电流表的示数为I1。下列判断正确的是（　　）
A．从0到t1时间内，升降机一定静止
B．从t1到t2时间内，升降机可能做匀加速直线运动
C．从t1到t2时间内，升降机运动时的加速度在变化
D．从t2到t3时间内，升降机可能向下匀加速运动
10．如图所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、电键K与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中。两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电荷量为＋q的小球。K断开时传感器上有示数，K闭合时传感器上恰好无示数。则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是（　　）
A．正在增加，
B．正在增加，
C．正在减弱，
D．正在减弱，
11．图甲虚线框内所示是电子秤测量部分的原理图，压力传感器的电阻R随压力F的变化如图乙所示。开关闭合后，压力传感器两端的电压恒为6.0 V。电流表的量程为0.6 A。电表的内阻、踏板和压杆的质量可以忽略不计。则电子秤（　　）
A．最大称量值为1500 N B．压力传感器的电阻最小为0
C．空载时，电流表的读数为20mA D．称重为900N时，电阻R为110Ω
12．在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今天，担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用，其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的元件，某学习小组的同学在用多用电表研究热敏电阻特性的实验时，安装好如图所示装置，向杯内加入冷水，温度计的示数为20℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R1，然后向杯内加入热水，温度计的示数为60℃，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是（　　）
A．应选用电流挡，温度升高换用大量程测量
B．应选用电流挡，温度升高换用小量程测量
C．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡
D．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡
二、填空题
13．如图所示为包含某逻辑电路的一个简单的电路图，L为小灯泡．光照射电阻R′，其阻值将变得远小于R接入电路的阻值，无光照射R′其阻值将变得远大于R接入电路的阻值．
(1)该逻辑电路是________门电路（选填“与”、“或”、“非”）．
(2)当电阻R′到光照射时，小灯泡L将________（选填“发光”、“不发光”）．
14．电饭煲的工作原理如图所示，可分为两部分，即控制部分：由S2、R1和黄灯组成．工作(加热)部分：由发热电阻R3、R2和红灯组成，S1是一个磁铁限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(103 ℃)时，自动断开，且不能自动复位(闭合)，S2是一个双金属片自动开关，当温度达到70～80 ℃时，自动断开，低于70 ℃时，自动闭合，红灯、黄灯是指示灯，通过的电流必须较小，所以R1、R2起________作用，R3是发热电阻，由于煮饭前温度低于70 ℃，所以S2是________(填“断开的”或“闭合的”)．接通电源并按下S1后，黄灯灭而红灯亮，R3发热，当温度达到70～80 ℃时，S2断开，当温度达到103 ℃时饭熟，S1断开，当温度降到70 ℃以下时，S2闭合，电饭煲处于保温状态，由以上描述可知R2________R3(填“＜”“＝”或“＞”)，若用电饭煲烧水时，直到水被烧干S1才会断开，试解释此现象．
15．霍尔元件是能够把磁学量________转换为电学量________的传感器元件。
16．传感器是一种把非电学量转换电学量的元件，常见的传感器有压力传感器、温度传感器、声音传感器和光敏电阻传感器．电饭锅中用到了 _______传感器，超市里的电子秤中用到了__________传感器．
17．电阻应变片
（1）电阻应变效应：金属导体在外力作用下发生机械形变时，其电阻也随之变化的现象。
（2）电阻应变片：电阻应变片有金属电阻应变片和_____，半导体电阻应变片的工作原理是基于半导体材料的_____。
（3）电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为_____这个电学量。
三、解答题
18．如图所示，图甲为某热敏电阻的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的恒温箱温控电路，继电器线圈的电阻为150 Ω.当线圈中的电流大于或等于20 mA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＝6 V，内阻不计．图中的“电源”是恒温箱加热器的电源．
甲　　　　　　　　　　　　乙
(1)应该把恒温箱内的加热器接在A、B两端还是C、D两端？
(2)如果要使恒温箱内的温度保持100 ℃，滑动变阻器R′的阻值应调节为多少？
19．如图（a）所示是电饭煲的结构示意图，其温度传感器的主要元件是感温铁氧体。感温铁氧体的特点是常温下具有铁磁性，能够被磁铁吸引，但温度上升到约103℃时，就失去了铁磁性，不再被磁铁吸引。
（1）饭熟后，水分被大米吸收，煲底的温度会有什么变化？试根据电饭煲的结构说明这时电饭煲会自动发生哪些动作；
（2）如果用电饭煲烧水，能否在水沸腾后自动断电？为什么？
（3）已知某型号的保温式自动电饭煲在220V电压下正常工作时，加热状态与保温状态交替运行，从通电开始，其工作电流随时间变化的关系如图（b）所示，求1h内该电饭煲消耗的电能。
20．温度传感器是对温度敏感的元件，它将感受到的温度信号转变成测量的量(一般是电学量)，从而直接反映出其变化．某种材料的R－t图线如下图甲所示．
(1)它能否作为温度传感器的感应元件？
(2)把这种材料制成的电阻和一个电热器串联，如图乙，可达到何种自动控制效果？
21．有一种半导体材料称为“霍尔材料”，用它制成的元件称为霍尔元件，这种材料有可定向移动的电荷，称为载流子，每个载流子的电荷量大小为。霍尔元件在自动检测，控制领域得到广泛应用，如录像机中用来测量录像磁鼓的转速，电梯中用来检测电梯门是否关闭以自动控制升降电动机的电源的通断等。在一次实验中，一块“霍尔材料”制成的薄片宽，长，厚，水平放置在竖直向上的磁感应强度的匀强磁场中，bc方向通有的电流，如图所示，由于磁场的作用，稳定后，在沿宽度方向上产生的横向电压。
(1)都假定载流子是电子，ad、bc两端面中哪端电势较高；
(2)薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率多大；
(3)这块“霍尔材料”中单位体积内的载流子个数为多少。
22．如图甲所示是一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定，电流表内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图乙所示，试根据丙图所给器材设计一个路灯自动光控电路。要求有光照时路灯不亮，无光照时路灯工作。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【详解】
AB．当悬挂物体变轻时金属丝的长度变短，由于金属丝的体积不变再结合电阻定律有
V = SL，
可知金属丝电阻变小，由闭合电路欧姆定律可知，电流表示数变大，电压表示数变小，AB错误；
C．电压表与电流表示数之比为金属丝的阻值，根据选项AB的分析知金属丝电阻变小，故电压表与电流表示数比值变小，C错误；
D．电压表与电流表示数变化之比为电源内阻与滑动变阻器阻值之和，故保持不变，D正确。
故选D。
2．B
【详解】
A．图乙中电压的最大值，则有
解得，电压的有效值为
故A错误；
B．变压器原、副线圈中的电压与匝数成正比，所以变压器原、副线圈中的电压之比是10：1，所以电压表的示数为，故B正确；
CD．R处温度升高时，电压表示数不变，阻值减小，副线圈电流I2增大，则输出功率增大，而输出功率和输入功率相等，所以原线圈电流增大，即电流表示数增大，根据知，电阻R0消耗的电功率增大，故CD错误。
故选B。
3．B
【详解】
空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内使用的传感器是温度传感器，所以B正确；ACD错误；
故选B。
4．D
【详解】
当门打开时，R3受红外线照射，电阻减小，从而使并联电路电阻减小，总电阻减小，电路中总电流I增大，R2两端电压
UR2＝U并＝E－I（R1＋r）
减小，R2中电流
IR2＝
减小，所以R3中电流
IR3＝I－IR2
增大，线圈产生的磁场增强，把衔铁吸下，红灯亮，故D正确。
故选D。
5．B
【详解】
楼道照明灯工作原理：天黑时，出现声音它就开启；而在白天，即使有声音它也没有反应。则可知，应接入光传感器和声音传感器。故B正确，ACD错误。
故选B。
6．D
【详解】
A．奥斯特发现了电流的磁效应，即电生磁现象，法拉第发现了磁生电现象，A错误；
B．热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，且随着温度升高，其电阻在减小，B错误；
C．楞次提出了判断感应电流方向的楞次定律，C错误；
D．我国采用高压输电是为了减小输电线上的功率损失，D正确。
故选D。
7．D
【详解】
AB．由图示图象可知，在t1～t2内，I变大，说明压敏电阻阻值减小，压敏电阻受到的压力增大，绝缘球受到向右的压力增大，球的合力增大，球的加速度增大，小车向右做加速度增大的加速运动，故AB错误；
CD．由图示图象可知，在t2～t3内，I不变，压力恒定，绝缘球受到的合力向右，加速度向右，小车向右做匀加速直线运动，故C错误，D正确。
故选D。
8．D
【详解】
A．血糖仪利用葡萄糖生物传感器制成，A正确，不符合题意；
B．可燃气体报警器利用电化学气体传感器制成，B正确，不符合题意；
C．电梯超出负载发出报警提示的报警器利用压力传感器制成，C正确，不符合题意；
D．全自动洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该装置利用压力传感器制成，D错误，符合题意。
故选D。
9．C
【详解】
A．0～t1时间内，电流不变，根据欧姆定律可知电路中的总阻值不变，升降机可能静止也可能匀速运动，故A错误；
BC．t1到t2时间内，电流增大，电阻减小，因为压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，所以压力增大，静止时
FN＝mg
t1到t2时间内根据牛顿第二定律
FN－mg＝ma
合力向上，加速度向上，向上做加速度增大的加速运动或向下做加速度增大的减速运动，故B错误，C正确；
D．t2到t3时间内电流不变，电阻不变，压力不变，电流大于静止时的电流，压力大于静止时的压力，对物块受力分析，受到重力和支持力，根据牛顿第二定律
FN－mg＝ma
合力向上，加速度向上，加速度不变，所以t2到t3时间内升降机匀加速上升或匀减速下降，故D错误。
故选C。
10．B
【详解】
K闭合时传感器上恰好无示数，说明小球所受电场力和重力平衡，由于小球带正电，所以电容器上极板为负，由楞次定律，可知线圈中的磁场B正在增加。根据分析列出方程
解得
故选B。
11．C
【详解】
A．由图像得到
知 ，当电阻R=0时，压力
但回路中的电阻不可能为零，则压力最大值不可能为1500N，故A错误；
B．压力传感器的电阻为零时，电源短路，则压力传感器的电阻最小不可能为零，故B错误；
C．空载时，F=0，根据图像知此时R=300Ω，由
故C正确；
D．当F=900N，由
可得
R=120Ω
故D错误。
故选C。
12．D
【详解】
AB．多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源，故不能选用电流挡，A、B错误；
CD．当温度升高时多用电表指针偏转角度较大，说明热敏电阻的阻值变小了，应该换用欧姆挡倍率小的挡，C错误，D正确．
故选D。
13． 非； 不发光
根据门电路的符号判断该门电路为非门；当输出端为高电势时，灯泡会发光，为低电势时，灯泡不发光，所以判断灯泡发光还是不发光，看输入端是高电势还是低电势．
【详解】
解：该逻辑电路为非门电路，非门的特点输入状态和输出状态相反，当电阻R′受到光照时，其阻值将变得远小于R，则R两端的电势差大，R′两端间的电势差小，则输入端为高电势，那么输出端为低电势，小灯泡L不发光；
故答案为非，不发光．
14． 限流 闭合的 >
【详解】
R1、R2起的作用是限流，防止指示灯(氖泡)因电流过大而烧毁，S2是自动控制温度开关，当温度低于70℃时自动闭合，当温度达到70～80℃时又自动断开，使电饭煲处于保温状态，由于R3的功率较大，因此R2＞R3；由于开关S1必须当温度达到103℃时才自动断开，而水的沸点只有100℃，因此用电饭煲烧水时，直到水被烧干后S1才会断开．
【点睛】
本题考查了电阻的串联和并联通过以及电功率公式的灵活应用，关键是根据题意和电路图得出电饭煲的工作过程，对学生的分析能力和获取信息的能力要求较高
15． 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。
16． 温度 压力
【详解】
电饭锅中用到了温度传感器，把温度信息转换成电流信号；超市里的电子秤中用到了压力传感器，把压力大小转换成电流大小．
17． 半导体电阻应变片 压阻效应 电阻
【详解】
(2)[1][2]电阻应变片有金属电阻应变片和半导体电阻应变片，半导体电阻应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应。
(3)[3]电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量。
18．(1)应接在A、B两端　(2)100 Ω
【详解】
(1)应接在A、B两端．
(2)由题图甲可知，t＝100 ℃时R＝50 Ω，则t＝100 ℃时继电器电路中的电流：
I＝
又E＝6 V，I＝20 mA，R继＝150 Ω
代入数据，解得
R′＝100 Ω.
【点睛】
在解答本题的时候要分析清楚，控制电路和加热电路是两个不同的电路，只有当温度较低，需要加热的时候，加热电路才会工作，而控制电路是一直通电的．
19．(1)锅底温度升高，感温铁氧体失去磁性，弹簧弹开，自动断电；(2)如果用电饭锅烧水，在水沸腾后自动不会断电．因为水沸腾是温度为100℃，小于居里温度，感温铁氧体不失去磁性；(3)2.904×106J
【详解】
(1)锅底温度升高，感温铁氧体失去磁性，弹簧弹开，自动断电。
(2)如果用电饭锅烧水，在水沸腾后自动不会断电．因为水沸腾是温度为100℃，小于居里温度，感温铁氧体不失去磁性.
(3)1小时内电饭锅的加热时间共为40分钟，保温时间共为20分钟．
加热时
U=220V
I1=5A
t1=40min
则生热为
Q1=UI1t1
解得
Q1＝2.64×106J
保温时
U=200V
I2=1A
t2=20min
则生热为
Q2=UI2t2
解得
Q2＝2.64×105J
1小时内该电饭锅产生的热量为
Q=Q1+Q2=2.904×106J
20．(1)能　(2)可达到使电热器保持一定温度的效果
【详解】
温度升高或降低导致R阻值发生变化，使电路中电流发生变化，导致电热器上的电压发生改变，因此达到使电热器保持一定温度的效果．
21．(1)ad；(2)；(3)个
【详解】
（1）由于假定"霍尔材料"内的载流子是电子，所以当电流方向沿bc方向时，载流子沿cb方向做定向移动，由左手定则可以判定载流子所受的洛伦兹力方向由ad面指向bc面，因而电子聚集到bc面，使bc面带上负电，ad面由于失去电子而带上正电，故ad面电势比bc面电势高。
（2）在磁场作用下稳定后，载流子在沿宽度方向上受到的洛伦兹力和电场力平衡，由平衡条件可得
解得薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率
（3）根据电流的微观表达式
得这块“霍尔材料”中单位体积内的载流子个数
个
22．
【详解】
由流过光敏电阻的电流和光强的关系曲线可以看出，当入射光增强时，流过光敏电阻的电流增大。根据题意设计一个路灯自动控制电路如图所示
控制过程：当有光照射时，流过光敏电阻的电流增大，并经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸合，使两个常闭触点断开，当无光照时，电流减小，放大器输出电流也减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，控制路灯电路接通，路灯开始工作。
答案第1页，共2页
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