5.1传感器及其工作原理 练习（word版含答案）

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．环境监测中通常需要监测烟尘浓度。如图所示为光电式烟尘浓度计的工作原理图。光源1发出的光线经聚光透镜2后，再经半透半反镜3分成两束强度相等的光线。其中一路光线经反射镜4后穿过被测烟尘，有部分光线被烟尘吸收或散射（光在介质中与物质微粒相互作用，使光的传播方向发生改变的现象）后，经过光电转换电路6转换成电压信号U1.另一路光线直接到达光电转换电路7（6、7完全相同）后，产生作为被测烟尘浓度的参比电压信号U2.运算电路通过U1和U2的比值计算出被测烟尘的浓度。根据上述信息应用所学知识可以判断（　　）
A．没有烟尘时，U1和U2的比值应该为零
B．散射过程中动量守恒定律不成立
C．如果用全反射棱镜作为反射镜4，其折射率至少为2
D．烟尘浓度越高时，U1和U2的差值越大
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．下列关于几种传感器的说法不正确的是（　　）
A．电子秤所使用的测力装置是力传感器
B．电饭锅常压下只要锅内有水，锅内的温度不可能达到103℃，开关按钮就不会自动跳起
C．电熨斗需要较高温度熨烫时，要调节温度旋钮，使升降螺丝上移并推动弹性铜片上移
D．霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量
4．下列说法正确的是（　　）
A．干簧管是一种简易的力电传感器
B．交警所使用的酒精检测仪安装了“乙醇传感器”，能够感知乙醇的浓度
C．一些宾馆安装了“自动门”，当人靠近时自动打开，是因为门上安装了温度传感器
D．电熨斗能自动控制温度主要因为装有双金属片温度传感器，两片金属的热膨胀系数相同
5．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
6．以下敏感元件中不是通过测量电阻的变化来确定外界非电学量的变化的是
A．光敏电阻 B．干簧管 C．热敏电阻 D．电阻应变片
7．电容器是一种常用的电学元件，在电工、电子技术中有着广泛的应用。以下有关电容式传感器在生活中应用说法正确的是（　　）
甲：电容式触摸屏 乙：电容式压力传感器
丙：电容式油位传感器 丁：电容式加速度传感器
A．甲图中，手指作为电容器一电极，如果改用绝缘笔在电容式触摸屏上仍能正常操作
B．乙图中，力F增大过程中，电流计中的电流从a流向b
C．丙图中，油箱液位上升时，电容变小
D．丁图中，当传感器由静止突然向左加速，电容器处于充电状态
8．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
9．下列说法正确的是（ ）
A．金属热电阻的电阻率随温度升高而减小
B．干簧管是电控开关
C．电熨斗中的双金属片上层膨胀系数比下层大
D．光敏电阻导电性能随光强增强而减小
10．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
11．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
12．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
13．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
14．2018年春节期间，按照公安部统一部署，全国各大中城市进行了大规模集中整治酒驾行动。据统计酒驾违法者比往年同期下降了40％。执法交警所使用的酒精测试仪主要元件是一种氧化物半导体传感器。这种具有N型导电性的氧化物的电阻会随其周围气体浓度的变化而变化。这种传感器的电阻与酒精气体的浓度c成反比，在如图所示的简化原理图中，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越小，但c与U不成反比
B．U越大，表示c越小，与U成反比
C．U越大，表示c越大，但c与U不成正比
D．U越大，表示c越大，c与U成正比
15．中国物联网校企联盟认为“传感器的存在和发展,让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官,让物体慢慢变得活了起来”.下列关于传感器的作用或应用不符合实际的是（ ）
A．热敏电阻是半导体材料制成,它是温度传感器的重要组成部分
B．干簧管是一种能感知磁场的敏感元件,在电路中是一个磁控开关
C．自动门和公共场所的非触摸式自动水龙头利用了紫外线传感器
D．家庭厨房里的可燃气体泄漏报警器是用气敏元件制成
二、填空题
16．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______。
17．如图是电熨斗的结构图，它装有双金属片温度传感器，其作用是控制电路的通断，常温下图中上下触点是________（填“接触”或“分离”），当温度升高时双金属片__________（填“上层”或“下层”）膨胀比另一层大．若需要设定更高的温度，则应该调节升降螺 丝向______（填“上 ”或“下 ”）
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．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。
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．有三个失去标记的元件，分别是定值电阻、热敏电阻和光敏电阻．为识别它们，可将这三个元件分别接入如图所示电路中的A、B两点间。用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数变化，这样就可将它们区分开来。请简述其中的原理。
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】
A．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，其比值应该为1，不是零，故A错误；
B．根据康普顿效应原理，散射过程是光子与微粒碰撞作用的结果，所以动量守恒定律仍然成立，故B错误；
C．如果用全反射棱镜作为反射镜4，其反射光线与入射光线的夹角是90°，故需要其临界角小于45°，再根据
故其折射率至少为，故C错误；
D．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，故D正确。
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
【详解】
A．电子秤所使用的测力装置是力传感器，利用通过应力片的电流一定，压力越大，电阻越大，应力片两端的电压差越大，将力信号变成电信号，故A正确，不符合题意；
B．铁氧体在103℃失去磁性；电饭锅常压下只要锅内有水，锅内温度就不可能达到103℃，开关按钮就不会自动跳起；故B正确，不符合题意；
C．电熨斗需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移，当温度升到较高，金属片发生弯曲较厉害触点才断开，故C错误，符合题意；
D．霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量，故D正确，不符合题意。
故选C。
4．B
【详解】
A．干簧管是一种磁敏感元件，能够将磁信号转化为电信号，A错误；
B．酒精检测仪主要元件是一种氧化物半导体传感器，酒精的浓度与传感器的电阻成反比，所以能够感知乙醇的浓度，B正确；
C．一些宾馆安装了“自动门”，当人靠近时自动打开，是因为门上安装了红外线传感器，C错误；
D．电熨斗能自动控制温度主要因为装有双金属片温度传感器，两片金属的热膨胀系数不同，所以才能控制电路的通断，D错误。
故选B。
5．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。
6．B
【详解】
A．光敏电阻是根据光照强度不同而电阻不同的性质，通过测量电阻的变化来确定光强的变化，故A错误；
B．干簧管能将磁场的信息转化为电学量，是一种磁性传感器，故B正确；
C．热敏电阻是根据温度升高而电阻减小的性质，通过测电阻的变化来确定温度的变化，故C错误；
D．电阻应变片是根据应变片在力的作用下形状变化而电阻变化的性质，通过测电阻的变化来确定力变化，故D错误。
故选B。
7．D
【详解】
A．甲图中，绝缘笔与工作面不能形成一个电容器，所以不能在电容屏上进行触控操作。故A错误。
B．乙图中，力F增大过程中，电容器极板间距减小，电容变大，电容器充电，电流计中的电流从b流向a，选项B错误；
C．丙图中，油箱液位上升时，正对面积变大，电容变大，选项C错误；
D．丁图中，当传感器由静止突然向左加速，电介质插入电容器，电容变大，电容器处于充电状态，选项D正确。
故选D。
8．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．
9．C
【详解】
A. 金属热电阻的阻值率随温度的升高而增大，故A项与题意不相符；
B. 干簧管是磁控开关，故B项与题意不相符；
C. 当温度升高时，双金属片向膨胀系数小的一边发生弯曲，触点断开，则双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属片，故C项与题意相符；
D. 光敏电阻随光强增强阻值减小，导电性能增强，故D项与题意不相符．
10．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。
11．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。
12．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。
13．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。
14．C
【详解】
由闭合电路欧姆定律可知，电路电流
电压表示数
传感器的电阻与酒精气体的浓度c成反比，酒精浓度c越大，越小，电压表示数U越大，所以U越大，越小，c越大，但是c与U不是正比关系，故ABD错误，C正确。
故选C。
15．C
【详解】
A、热敏电阻是由半导体材料制成的；它主要用于温度传感器中，是温度传感器的重要组成部分，故A正确；
B、干簧管是一种能感知磁场的敏感元件，在电路中是一个磁控开关，故B正确；
C、自动门和自动水龙门是利用光传感器，但不是紫外传感器，因为紫外线对人有较强的辐射作用，故C错误；
D、家庭厨房里的可燃气体泄漏报警器是用气敏元件制成，故D正确；
应用不符合实际的是故选C．
【点睛】传感器在生产生活中有着重要的作用，要掌握常见传感器的作用及其对应仪器的工作原理．
16． 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。
17． 接触 上层 下
【详解】
[1][2][3]平常温度低，双金属片都不变，上下触点接触在一起；电热丝通电加热，双金属片温度升高，双金属片膨胀系数上层大下层小，温度升到一定时双金属片上层膨胀比下层大，故向下弯曲使触点断开．需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性钢片下移，使双金属片稍向下弯曲，这时使触点断开双金属片向下弯曲程度要大一些温度要更高一些．
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。
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．见详解
【详解】
当用墨纸包住元件时，光线被挡住，光敏电阻阻值变化，其它两个电阻阻值不变，所以欧姆表示数变化较大的是光敏电阻，欧姆表示数不变化的是定值电阻和热敏电阻；当把元件放入热水中时，温度升高，热敏电阻阻值变化，其它两个电阻阻值不变，所以欧姆表的示数变化较大的是热敏电阻，欧姆表示数不变化的是定值电阻和光敏电阻。
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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