5.1认识传感器同步练习（Word版含答案）

人教版（2019）选择性必修二 5.1 认识传感器 同步练习
一、单选题
1．关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是（ ）
A．非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
B．电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量
C．非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件
D．非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量
2．酒精测试仪用于机动车驾驶人员是否饮酒及其他严禁酒后作业人员的现场检测，它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器．这种酒精气体传感器的电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，在如图所示的电路中，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越大，c与U成正比酒精气体传感器
B．U越大，表示c越大，但是c与U不成正比
C．U越大，表示c越小，c与U成反比
D．U越大，表示c越小，但是c与U不成反比
3．下列说法中正确的是（　　）
A．硅、锗不属于半导体
B．在半导体中加入微量杂质，可以使其导电能力成百万倍增大
C．N型半导体的载流子以空穴为主
D．PN结是构成晶体二极管的基础，不是构成三极管的基础
4．温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的.图甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势，内电阻不计，G为灵敏电流表，其内阻保持不变；R为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示.闭合开关S，当R的温度等于时，电流表示数；当电流表的示数时，热敏电阻的温度是（　　）
A． B． C． D．
5．为了做好新冠疫情防控工作，小区物业利用红外测温仪对出入人员进行体温检测。红外测温仪是一种利用红外线来测量体温的设备，被测人员辐射出的红外线可被测温仪捕捉，并转变成电信号。下列与红外测温仪属于同类传感器的是（　　）
A．饮水机中自动控制加热和保温的温控器
B．走廊照明灯的声控开关
C．火灾红外报警器
D．电子体重计的压力传感装置
6．下列说法正确的是（　　）
A．水银温度计是一种传感器
B．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的
C．传感器不是电视遥控接收器的主要元件
D．传感器是将力、温度、光、声、化学成分等转换为电信号的主要工具
7．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
8．许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的电灯到了晚上能够自动做到“人来即亮，人走即灭”，其神奇功能在于控制灯的“开关”传感器，下面有关该传感器的说法中正确的是　　
A．该传感器能够测量的物理量是位移和温度
B．该传感器能够测量的物理量是位移和光强
C．该传感器能够测量的物理量是光强和声音
D．该传感器能够测量的物理量是压力和位移
9．如图所示，为定值电阻，L为小灯泡，为光敏电阻,其阻值随光照强度的增强而减小，当光照强度增强时（　　）
A．电压表的示数减小 B．中电流减小
C．小灯泡的功率减小 D．电路的路端电压增大
10．许多楼道照明灯具有这样的功能：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，它的控制电路中可能接入的传感器是（　　）
①温度传感器　②光传感器　③声音传感器　④力传感器
A．①② B．②③ C．③④ D．②④
11．下列说法中不正确的是（　 　）
A．传感器担负着信息采集的任务，是力、温度、光、声、化学成分转化为电信号的主要工具
B．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
C．干簧管是一种磁敏感元件
D．电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器的作用是控制电路的通断
12．酒精测试仪用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车及其他严禁酒后作业人员的现场检测，它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器。酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化，在如图所示的电路中，不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系。如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么，电压表示数与酒精气体浓度之间的对应关系正确的是（　　）
A．越大，表示越小， 与成反比
B．越大，表示越小，但与不成反比
C．越大，表示越大， 与成正比
D．越大，表示越大，但与不成正比
二、填空题
13．我国《道路交通安全法》规定驾驶员的血液酒精含量达到20 mg/m3（含20 mg/m3）属于酒驾，达到80 mg/m3（含80 mg/m3）属于醉驾。只要酒驾就属于违法行为，可能被处以行政拘留或者罚款。半导体型呼气酒精测试仪采用氧化锡半导体作为传感器。如图甲所示是该测试仪的原理图，图中电源电动势为4.8V，内阻可忽略不计：电压表量程为5V，内阻很大；定值电阻R1的阻值为60Ω；实验测得酒精气体传感器R2的电阻值随酒精气体浓度变化的关系曲线如图乙所示。
(1)醉驾时R2的阻值小于等于___________Ω；
(2)按图甲所示电路图把电压表改装成酒精浓度表，则酒精气体浓度为0的刻度线应刻在电压刻度线为__________V处；刚好醉驾时应刻在电压刻度线为___________V处。（计算结果取三位有效位数）
14．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______。
15．如图所示为电容式位移传感器的示意图，物体沿左右方向运动时，电容将发生变化．如果实验测量出电容器的电容变大，那么被测物体向______运动（填写“左”或“右”）;如果把图中的电介质板换成介电常数更大的材料，当物体沿左右方向运动时，传感器的灵敏度___________．（填写“变大” “不变”或“变小”,灵敏度定义为电容器电容变化量的大小与物体位置坐标化量大小之比．）
16．某同学学习传感器后，用电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关、导线等仪器设计了一个高温报警器，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警．电路如图所示，图中仪器还不完整，请完成以下问题：
（1）图中的甲还需要放入的元件是_；
A．二极管 B．光敏电阻
C．NTC热敏电阻（阻值随温度升高而减小） D．PTC热敏电阻（阻值随温度升高而增大）
（2）电路正确连接之后，该同学调试过程发现报警时温度比预期偏高了一点点，要求在温度更低一点时就开始报警，则需要调节滑动变阻器的滑动头往___移动一点。
17．我国《道路交通安全法》规定驾驶员的血液酒精含量达到20 mg/m3（含20 mg/m3）属于酒驾，达到80 mg/m3（含80 mg/m3）属于醉驾。只要酒驾就属于违法行为，可能被处以行政拘留或者罚款。半导体型呼气酒精测试仪采用氧化锡半导体作为传感器。如图甲所示是该测试仪的原理图，图中电源电动势为4.8V，内阻可忽略不计：电压表V量程为5V，内阻很大；定值电阻R1的阻值为60Ω；实验测得酒精气体传感器R2的电阻值随酒精气体浓度变化的关系曲线如图乙所示。
（1）醉驾时R2的阻值小于等于________Ω；
（2）按图甲所示电路图把电压表改装成酒精浓度表，则酒精气体浓度为0的刻度线应刻在电压刻度线为_________V处。
三、解答题
18．随着科技的发展，传感器技术的滥用问题逐渐显现。如果过度依赖传感器的敏锐性，过分信任其精确度，一旦传感器失效就容易引发事故。例如，通过声音传感器来验证主人的身份进而启动某一系统，但如果遇上因感冒引起声音发生变化导致传感器失效，则可能会出现无法启动系统的情况，如何看待传感器的这一类弊端？
19．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。
20．用塑料薄膜做成的育秧棚，往往会因棚内湿度过高而影响秧苗的正常生长，因此需要一个能指示棚内湿度的简单仪器，以便及时排湿，保证育好秧苗．如图所示是育秧棚湿度传感器的原理图，其中由湿敏电阻、滑动变阻器和定值电阻、组成测湿电桥．当相对湿度正常时，阻值很大；当育秧棚内的相对湿度增大到较高时，的阻值减小．
（1）当育秧棚的湿度正常时，a、b两点哪一点的电势高？
（2）如何调高棚内的湿度？
21．角速度计可测得航天器自转的角速度ω，其结构如图所示，当系统绕OO′轴转动时，元件A在光滑杆上发生滑动，并输出电信号成为航天器的制导信号源．已知A质量为m，弹簧的劲度系数为k，原长为L0，电源电动势为E，内阻不计，滑动变阻器总长为L，电阻分布均匀，系统静止时滑动变阻器滑动触头P在中点，与固定接头Q正对，当系统以角速度ω转动时，求：
(1)弹簧形变量x与ω的关系式．
(2)电压表的示数U与角速度ω的函数关系．
22．图a、b分别是电容式转速传感器、电感式转速传感器的结构原理图，请你分析并说明它们的工作原理。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．A
【详解】
传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，传感器工作的一般流程为：非电学量被敏感元件感知，然后通过转换元件转换成电信号，再通过转换电路将此信号转换成易于传输或测量的电学量．所以A正确，BCD错误．故选A.
2．B
【详解】
由闭合电路欧姆定律可得：电压表示数，酒精气体传感器的电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，即，整理得，则U越大表示c越大，但是c与U不成正比．
A. U越大，表示c越大，c与U成正比酒精气体传感器，与分析结论不符，故A不符合题意．
B. U越大，表示c越大，但是c与U不成正比，与分析结论相符，故B符合题意．
C. U越大，表示c越小，c与U成反比，与分析结论不符，故C不符合题意．
D. U越大，表示c越小，但是c与U不成反比，与分析结论不符，故D不符合题意．
3．B
【详解】
A．硅、锗都属于半导体，选项A错误；
B．在半导体中加入微量杂质，可以使其导电能力成百万倍增大，选项B正确；
C．N型半导体的载流子以电子为主，P型半导体的载流子以空穴为主，选项C错误；
D．PN结是构成晶体二极管的基础，也是构成三极管的基础，选项D错误。
故选B。
4．D
【详解】
由题图乙可知，当R的温度等于时，热敏电阻的阻值，由
可得
当电流时，由
可得
结合题图乙知此时热敏电阻的温度为，故D正确，ABC错误。
故选D。
5．C
【详解】
温度测温仪使用的是红外线传感器，实际上就是传感器把光信号转变为电信号的过程，饮水机中自动控制加热和保温的温控器使用的是温度传感器，走廊照明灯的声控开关使用的是声音传感器，电子计重计的压力传感器装置使用的是压力传感器，火灾红外报警器使用的是红外线传感器。
故选C。
6．D
【详解】
C．电视遥控接收器中使用了红外线传感器，故C错误；
ABD．传感器能够感受诸如力、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，通常转换成的可用信号是电压、电流等电学量，或转换为电路的通断，故AB错误，D正确。
故选D。
7．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.
8．C
【详解】
楼道中安装了自动灯光控制系统，白天灯不亮，和光传感器有关；晚上有人经过时，灯自动亮起来，与声音有关，是声传感器，所以该传感器能够测量的物理量是光强和声音．
故选C．
【点睛】
该题考查常见传感器的使用与传感器的特点，属于对基础知识点的考查．其中光敏电阻则是当有光时，其电阻的阻值发生变化，是常见的光传感器．
9．B
【详解】
A．当光度增强时，光敏电阻R3的阻值减小，故电路的总阻值減小，总电流增大，由
可知电压表的示数增大，A错误；
B．R2两端的电压
知R2两端的电压减小，故通过R2的电流减小，B正确；
C．由知IL增大，故小灯泡的功率增大，C错误；
D．电路的路端电压
总电流增大，故路端电压减小，D错误。
故选B。
10．B
【详解】
根据题意，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，可知控制电路中接入了光传感器。即使天黑，没声音灯也不亮，可知电路中还接入了声音传感器
故选B。
11．B
传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成．然后结合各种传感器的特点与用途解答即可．
【详解】
传感器担负着信息采集的任务，是力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具．故A说法正确；干簧管是一种磁敏感元件，能够将此信号转化为电信号，故C说法正确；话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声音信号转换为电信号，故B说法错误；电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断．故D说法正确．所以选B．
【点睛】
传感器能满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，它是实现自动检测和自动控制的首要环节．
12．D
【详解】
设酒精气体传感器电阻为。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。根据酒精气体传感器的电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，得
k是比例系数
根据欧姆定律得
解得
由数学知识知，U越大，C越大，但两者不成正比。
故选D。
13． 30 2.40 3.20
【详解】
(1)[1]醉驾时血液酒精含量达到80 mg/m3，由图可知，R2的阻值小于等于30Ω；
(2)[2][3]按图甲所示电路图把电压表改装成酒精浓度表，则酒精气体浓度为0时，电阻R2阻值最大为60Ω，此时
则刻度线应刻在电压刻度线为2.40V处；
刚好醉驾时R2=30Ω，此时
则应刻在电压刻度线为3.20V处。
14． 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。
15． 左 变大
【详解】
[1][2]根据电容的决定式，若电容器的电容变大，一定是插入的电介质多了，所以被测物体向左移动．如果把图中的电介质板换成介电常数更大的材料，当物体沿左右方向运动时，移动相同距离时，电容器的变化量变大，即传感器的灵敏度变大．
16． C 右
【详解】
（1）[1]根据要求，在常温下热敏电阻甲阻值较大，电磁铁磁性较弱，不能将衔铁吸下，此时绿灯所在电路接通，绿灯亮，所以为是绿灯；温度升高，热敏电阻阻值较小，控制电路电流增大时，电磁铁磁性增大，将衔铁吸下。所以图中的甲还需要放入的元件是NTC热敏电阻（阻值随温度升高而减小）故选C。
（2）[2]电路正确连接之后，该同学调试过程发现报警时温度比预期偏高了一点点，则是在热敏电阻的电阻值比较小的时候才报警说明电路中的总电阻值比较大。要求在温度更低一点时就开始报警，则需要调节滑动变阻器，使滑动变阻器的电阻值小一些，则需要将滑动头往右移动一些。
17． 30 2.4
【详解】
(1)[1]醉驾时血液酒精含量达到80 mg/m3，由图可知，R2的阻值小于等于30Ω；
(2)[2]按图甲所示电路图把电压表改装成酒精浓度表，则酒精气体浓度为0时，电阻R2阻值最大为60Ω，此时
则刻度线应刻在电压刻度线为2.40V处；
18．见解析
【详解】
对于任何的传感器都有其优缺点，任何高科技的东西都有其弊端，我们应该辩证的去对待，不应该全盘否定，但是我们发现不足之后，要不断的改进，使其更好的服务于人类。
19．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。
20．（1）当育秧棚的湿度正常时，b点的电势高。
（2）通过调低滑动变阻器的阻值来调高棚内的湿度。
【详解】
（1）分析电路结构，湿敏电阻RH和滑动变阻器Rp串联，定值电阻R1、R2串联，再并联，当相对湿度正常时，RH阻值很大，设电源负极电势为零，则a点的电势等于滑动变阻器两端的电压，电势较低；b点的电势等于定值电阻R2两端的电压，电势较高，故当育秧棚的湿度正常时，b点的电势高。
（2）当育秧棚内的相对湿度增大时，RH的阻值减小，则a点电势升高，达到触发开关的数值时，棚内开始除湿。要提高棚内的湿度，则应该在RH的阻值减小时，a点电势没有较大的升高，应该调低滑动变阻器的阻值。
21．（1）； （2）
当系统在水平面内以角速度转动时，由弹簧的弹力提供元件A的向心力，根据牛顿第二定律得到角速度与弹簧伸长的长度x的关系式．根据串联电路电压与电阻成正比，得到电压U与x的关系式，再联立解得电压U与的函数关系式．
【详解】
(1)由圆周运动规律知
即
所以
(2)由串联电路的规律知
22．见解析
【详解】
电容式转速传感器：电容式转速传感器（以下简称传感器）是一种电参数型数字式转速传感器。它同其它数字式转速传感器一一样，主要是由预变换元件和变换元件两部分组成。在这种传感器里，预变换元件是导电或介电齿盘，变换元件是作为变换电路元件的电容器。工作时，齿盘随被测轴转动，周期性地改变电容器导电极板之间的相对面积或介电常数，使电容量发生周期性变化，即传感器利用电容变换原理将被测轴的机械转速量变换成电路元件的电容参数量。因为齿盘每转过一个齿，导电极板之间的电容器就要变化一个周期，所以传感器输出的电容参数信号之频率与被测转速成正比。这种电容参数信号经传感电路处理后就成为表征被测转速的可供转速数字显示仪测量的脉冲电量信号了。这就是该传感器可用于数字式转速测量的原理。
电感式转速传感器：电感式转速传感器（以下简称传感器）是一种以磁场为媒介的电参数型数字式转速传感器。它同其它数字式转速传感器一样，也主要由预变换元件和变换元件两部份组成。在这种传感器里，预变换元件是可随被测轴旋转的齿盘（或齿轮、下同），变换元件是固定安装的作为变换电路之电感元件的线圈。工作时，线圈在来自振荡器的高频电流激励下产生一高频磁场，齿盘之齿顶和齿槽随着被测轴的转动交替经过线圈，使线圈磁场的涡流损耗或磁路磁阻发生周期性变化，从而使线圈的电感发生周期性变化。即是说，传感器利用电感变换原理将被测轴的机械转速量变换成电路元件的电感参数量。因为齿盘每转过一个齿，线圈的电感就要变化一个周期。所以传感器输出的电感参数信号之频率与被测轴转速成正比。这种电感参数信号经由调制器（即变换电路），调解器（即转换电路）和脉冲放大整形电路（即输出电路）组成的信号处理电路（即传感电路）后就成为表征被测转速的可供转速数字显示仪测量的脉冲电量信号了。这就是该传感器可用于数字式转速测量的原理。
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