第1节 传感器及其工作原理
建议用时
实际用时
满分
实际得分
45分钟
50分
一、选择题（本题包括11小题，每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不选的得0分，共44分）
1．关于传感器，下列说法正确的是( )
A．光敏电阻和热敏电阻都是由半导体材料制成的
B.金属材料也可以制成传感器
C.传感器主要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
2．光敏电阻能将光信号转化为电信号是因为( )
A.光照强度发生变化时，光敏电阻的阻值也发生变化
B.光照强度发生变化时，光敏电阻的体积也发生变化
C.光照强度发生变化时，光敏电阻的长度也发生变化
D.光照强度发生变化时，光敏电阻的横截面积也发生变化
3．如图1所示是观察电阻阻值随温度变化情况的示意图，现在把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是(设水对电阻阻值的影响不计)( )
图1
A．如果为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显
B．如果为金属热电阻，读数变小，且变化不 明显
C．如果为热敏电阻(用半导体材料制成)，读数变化非常明显
D．如果为热敏电阻(用半导体材料制成)，读数变化不明显
4．如图2所示，是光敏电阻，当开关闭合后，在没有光照射时，两点等电势．当用光照射电阻时，则( )
图2
A．的电阻变小，点电势高于点电势
B．的电阻变小，点电势低于点电势
C．的电阻变大，点电势高于点电势
D．的电阻变大，点电势低于点电势
5．在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制．如图3所示电路，为定值电阻，为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，为电容器．当环境温度降低 时( )
图3
A．电容器的带电荷量增大
B．电压表的读数增大
C．电容器两板间的电场强度减小
D．消耗的功率增大
6．如图4所示电路中，电源电动势为，内阻为，为负温度系数热敏电阻，为光敏电阻，闭合开关后，小灯泡正常发光，由于环境条件改变(光照或温度)，发现小灯泡亮度变暗，则引起小灯泡变暗的原因可能是( )
图4
A．温度不变，光照增强
B．温度升高，光照不变
C．温度降低，光照增强
D．温度升高，光照减弱
7．某学习小组的同学在用多用电表研究热敏电阻特性实验中，安装好如图5所示装置，向杯内加入冷水，温度计的示数为，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值，然后向杯内加入热水，温度计的示数为，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是( )
图5
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
8．传感器是把非电学物理量(如位移、速度、压力、角度等)转换成电学物理量(如电压、电流、电荷量等)的一种元件．如图6所示的甲、乙、丙、丁是四种常见的电容式传感器，下列说法正确的 是( )
图6
A．甲图中两极板带电荷量不变，若电压变小，可判断出变小
B．乙图中两极板带电荷量不变，若电压变大，可判断出变大
C．丙图中两极板间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，则变小
D．丁图中两极板间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，则变大
9．如图7所示为测定压力的电容式传感器，将平行板电容器、灵敏电流表(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路，当压力作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流表指针偏转，在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线推到图中实线位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)( )
图7
A．向右偏到某一刻度后回到零刻度
B．向左偏到某一刻度后回到零刻度
C．向右偏到某一刻度后不动
D．向左偏到某一刻度后不动
10．传感器是把非电学物理量(如位移、压力、流量、声强等)转换成电学量的一种元件．如图8所示为一种电容式传感器，电路可将声音信号转化为电信号．电路中、构成一个电容器，是固定不动的金属板，是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜．若声源发出频率恒定的声波使振动，则在振动过程中( )
图8
A．、板之间的电场强度不变
B．、板所带的电荷量不变
C．电路中始终有方向不变的电流
D．向右位移最大时，电容器的电容最大
11．有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近干手机能使传感器工作，是因为( )
A．改变湿度 B．改变温度
C．改变磁场 D．改变电容
二、填空题（本题共1小题，共6分）
12.按图9所示连接好电路，合上，发现小灯泡不亮，原因是____________________；用电吹风对热敏电阻吹一会儿，会发现小灯泡________，原因是________________________；把热敏电阻放入冷水中会发现__________．
图9
第1节 传感器及其工作原理
得分：
一、选择题
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
答案
二、填空题
12.
第1节 传感器及其工作原理 参考答案
一、选择题
1．AB
2．A 解析：光敏电阻的特点是光照强度变化时，电阻率发生明显变化，而长度、体积、横截面积等基本不变，故光敏电阻阻值大小会发生变化，A正确．
3．C 解析：金属热电阻的阻值随温度的升高而增大，但灵敏度较差．而热敏电阻(用半导体材料制成)灵敏度高，所以选C.
4．A 解析：是光敏电阻，当有光照射时电阻变小，两端电压降减小，故点电势将升高，因其他阻值不变，所以点电势将高于点电势．
5．AB 解析：降温，则↑，↓，所以↑，则↑，↑，A项正确．↓，则↑，电压表示数↑，B项正确．↓，↓，D项错误．电容器两板间的电场强度↑，故C项错误．
6．AC 解析：由题图可知，当光敏电阻阻值减小或热敏电阻阻值增大时，小灯泡L都会变暗，结合光敏电阻特性可知，A正确，B错误．若光敏电阻阻值减小的同时，热敏电阻的阻值增大，小灯泡L变暗，C正确．若热敏电阻减小，光敏电阻增大，则小灯泡变亮．D错误．
7．D 解析：多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源，故不能用电流挡，A、B均错．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，应该换用倍率小的挡，C错误，D正确．
8．BD 解析：A选项若不变，由，变小知，变大，可知变大，A错．B选项若不变，由，变大知，变小，可知变大，B对．C中若不变，电流流向负极表示正在放电，减小，可知减小，变大，C错．D中若不变，电流流向正极表示在充电，增加，可知增大，减小，增大，D对．
9.A 解析：压力作用时，极板间距变小，由，电容器电容变大，又根据，极板带电荷量变大，所以电容器应充电，灵敏电流计中产生由正接线柱流入的电流，所以指针将右偏，极板保持固定后，充电结束，指针回到零刻度．
10．D 解析：、始终跟电源相连，电势差不变，由于、间距离变化，由知场强变化，A错误；由知变化时变化，向右位移最大时，电容最大，D正确；由知、所带电荷量变化，电路中电流方向改变，B、C错误．
11．D 解析：根据自动干手机工作的特征，手靠近干手机电热器工作，手撤离后电热器停止工作，人是一种导体，可以与其他导体构成电容器．手靠近时相当于连接一个电容器，可以确定干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变了电容大小，故D正确；用湿度和温度来驱动电热器工作，理论上可行，但是假如干手机是由于温度、湿度的变化工作就成了室内烘干机．
二、填空题
12．温度低，热敏电阻阻值大，电磁铁磁性弱，触点断开 发光 温度升高，热敏电阻阻值变小，电磁铁磁性增强，触点接触 灯泡熄灭
第2节 传感器的应用
建议用时
实际用时
满分
实际得分
45分钟
50分
一、选择题（本题包括8小题，每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不选的得0分，共32分）
1．下列情况不可能是由于水位控制装置损坏引起的是( )
A．洗衣机不加水
B．洗衣机加水但不能自动停止
C．洗衣机不排水
D．洗衣机不洗衣
2．下列关于力传感器的说法正确的是( )
A．力传感器是通过弹簧测力的
B．力传感器是通过弹簧将力转换为电学量
C．力传感器是通过电阻应变片测力的
D．力传感器是通过悬臂梁将力的变化转换为金属应变片的形变并进一步转换成电学量
3．下列装置中利用了温度传感器的是( )
A．电熨斗 B．电饭锅
C．电子秤 D．火灾报警器
4．人类发射的绕地球运转的所有航天器，在轨道上工作时都需要电能，所需要的电能都是由太阳能电池把太阳能转化为电能得到的，要求太阳能电池板总是对准太阳，为达到这一要求应利用下列哪种传感器来感知太阳方位( )
A．力传感器 B．光传感器
C．温度传感器 D．生物传感器
5．(原创题) 2011年3月11日14时46分，日本9级强震引发海啸和核危机，震中宫城县和岩手县等地受灾严重，灾难发生后，各路救援人员及时深入灾区，与死神抢时间，争分夺秒抢救被埋人员，有些救援队借助“生命探测仪”可以发现深埋在废墟中的伤员，根据所学知识，你认为“生命探测仪”可能用到了( )
A．红外线传感器 B．压力传感器
C．振动传感器 D．电容传感器
6．如图1是自动调温式电熨斗，下列说法正确的 是( )
图1
A．常温时上下触点是接触的
B．双金属片温度升高时，上金属片形变较大，双金属片将向下弯曲
C．原来温度控制在80 ℃断开电源，现要求60 ℃断开电源，应使调温旋钮下调一些
D．由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些
7．如图2所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图：罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．发生火灾时，下列说法正确的是( )
图2
A．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报
B．光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报
C．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报
D．以上说法均不正确
8．如图3所示为一种自动跳闸的闸刀开关，O是转动轴，A是绝缘手柄，C是闸刀卡口，M、N接电源线，闸刀处于垂直纸面向里、B=1 T 的匀强磁场中，CO间距离为10 cm，当磁场力为0.2 N 时，闸刀开关会自动跳开．则要使闸刀开关能跳开，CO中通过的电流的大小和方向为( )
图3
A．电流方向C→O B．电流方向O→C?
C．电流大小为1 A? D．电流大小为0.5 A
二、简答题（本题共2小题，第9题6分，第10题12分，共18分）
9．一般的电熨斗用合金丝做发热元件，合金丝电阻随温度变化的关系如图4中实线①所示．由于环境温度以及熨烫的衣服厚度、干湿等情况不同，熨斗的散热功率不同，因而电熨斗的温度可能会在较大的范围内波动，易损坏衣物．有一种用主要成分为BaTiO3，被称为“PTC”的特殊材料做发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点．PTC材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示．
根据图线分析：
图4
为什么处于冷态的PTC熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快？
(2)通电一段时间后，电熨斗温度t自动地稳定在________＜t＜________范围之内．
10．青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能．用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制．光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为0，照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大．利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑天打开．电磁开关的内部结构如图5所示.1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接．当励磁线圈中电流大于50 mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50 mA时，3、4接通．励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA.
图5
(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图．
光敏电阻R1，符号
灯泡L，额定功率40 W，额定电压36 V，符号
保护电阻R2，符号
电磁开关，符号
蓄电池E，电压36 V，内阻很小；开关S，导线若干．
(2)回答下列问题：
①如果励磁线圈的电阻为200 Ω，励磁线圈允许加的最大电压为__________V，保护电阻R2的阻值范围为__________Ω.
②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通．为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明．
③任意举出一个其他的电磁铁应用的例子．
第2节 传感器的应用
得分：
一、选择题
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
答案
二、简答题
9.（1）
（2）
10.（1）
（2）
第2节 传感器的应用 参考答案
一、选择题
1.C 解析：洗衣机水位控制装置正常，才能正常加水，且加到合适的水位，若损坏可能导致一直不加水，或一直不停地加水或加足水后洗衣机仍然不洗衣，故A、B、D可能，C不可能．
2.CD 解析：力传感器结构里没有弹簧，它是通过悬臂梁这样一种弹性元件将微小的形变传递到金属应变片这种电阻应变片上，从而将悬臂梁上的形变转换为电阻的变化，这样就把感知的力学量转换成易测易算的电 学量．
3.AB 解析：电熨斗、电饭锅都是通过温度传感器来控制温度，A、B正确；电子秤是利用力传感器来测力的，C错误；火灾报警器是利用烟雾对光的散射，使光照射到光电三极管上，光电三极管的电阻减小引起电流变化而发出警报，因此火灾报警器是光电传感器，故D错．
4.B 解析：太阳能电池板的有效采光面积不同，所产生的电流不同，当电流最大时正对太阳，所以应用的是光传感器，B对，A、C、D错．
5.A 解析：伤员被深埋在废墟中，借助红外线传感器，可以感知人与周围环境的差别，且伤员与尸体的温度不同，借助探测仪可以探测到活着的被困人员．
6.ABD 解析：常温工作时，上下触点是接通的，当温度升高时，上层金属片形变大，向下弯曲，切断电源，由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态时，温度要升高，则应使调温旋钮下移一些，A、B、D对，C错．
7.C 解析：由火灾报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照在光电三极管上，光电三极管电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，C对．
8．B 解析：由左手定则知，电流的方向为，由得．
二、简答题
9．(1)见解析 (2)
解析：(1)由于冷态时材料电阻很小，故由知，其发热功率很大，所以升温很快．
(2)在之间，电熨斗放出的热量和产生的热量才有可能相等，达到热平衡状态，所以电熨斗温度自动地稳定在范围之内．
10．(1)见解析
(2)①20 160～320
②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开
③电磁起重机
解析：(1)要使光敏电阻能够对电路进行控制，且有光照时路灯熄灭，光敏电阻应与1、2串联，3、4与路灯串联，则电路图如图6所示．
图6
(2)①由得励磁线圈允许加的最大电压；依据允许通过励磁线圈的电流最大值和最小值计算得，，因此保护电阻的阻值范围为；
②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开．
③电磁起重机．
第3节 实验：传感器的应用
建议用时
实际用时
满分
实际得分
45分钟
50分
一、选择题（本题包括4小题，每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得5分，选对但不全的得2分，有选错或不选的得0分，共20分）
1．如图1所示为一个逻辑电平检测电路，A与被测点相接，则( )
A．A为低电平，LED发光
B．A为高电平，LED发光
C．A为低电平，LED不发光
D．A为高电平，LED不发光
图1
2．如图2所示，将一光敏电阻连入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时表针的偏角为，现用手掌挡住部分光线，表针的偏角变为，则可判断( )
图2
A．
B．
C．
D．不能确定和的关系
3．某小型电磁继电器，其中为含铁芯的线圈．为可绕点转动的铁片，为弹簧，为一对触头，为四个接线柱．电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求，如图3所示．其工作方式是( )
图3
A. 与接信号电压，与跟被控电路串联
B. 与接信号电压，与跟被控电路并联
C. 与接信号电压，与跟被控电路串联
D. 与接信号电压，与跟被控电路并联
4. 演示位移传感器的工作原理如图4所示，物体在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑杆，通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小.假设电压表是理想电压表，则下列说法正确的 是( )
图4
A．物体运动时，电源内的电流会发生变化
B．物体运动时，电压表的示数会发生变化
C．物体不动时，电路中没有电流
D．物体不动时，电压表没有示数
二、填空与简答题（本题共3小题，共30分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
5．（6分）如图5所示是电阻式温度计，一般是利用金属铂制作的，已知铂丝的电阻随温度的变化情况，测出铂丝的电阻就可以知道其温度．这实际上是一个传感器，它是将________转化为__________来进行测量的．
图5
6．（16分）说明下列各种场合分别选用的传感器
(1)普通电冰箱中的自动温度控制电路是________．
(2)马路两侧的路灯控制电路是________．
(3)气垫导轨上用的光电门是________．
(4)楼梯灯控制电路是________．
(5)宾馆的自动门是________．
(6)话筒是________．
(7)非接触式体温计是________．
(8)遥控电视机的接收器是________．
7．（8分）一路灯控制装置如图6所示，为光敏电阻，光照射时，阻值变小．白天时，继电器两端电压是较大还是较小？要使路灯比平时早一些时间亮起来，应如何调节?
图6
第3节 实验：传感器的应用
得分：
一、选择题
题号
1
2
3
4
答案
二、填空与简答题
5.
6.
7.
第3节 实验：传感器的应用 参考答案
一、选择题
1．BC 解析：A为低电平时，Y为高电平，LED的电压小，不发光；A为高电平时，Y为低电平，LED的电压大，发光，故B、C正确．
2．B 解析：光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，开始时有光照射，光敏电阻的阻值较小，当手掌挡住部分光线时，光敏电阻的阻值增大，因为欧姆表的零刻度在表盘的右侧，所以欧姆表测电阻时，阻值越大，指针张角越小，所以选项B正确．
3．A 解析：A、B接电磁继电器线圈，所以A、B应接信号电压，线圈随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用．故正确答案为A.
4．B 解析：电压表为理想电表，则电压表不分流，故触头移动不会改变电路的总电阻，也就不会改变电路中的电流，故A项错误；电压表测的是触头P左侧电阻分得的电压，故示数随物体M的移动，亦即随触头的运动而变化，故B正确，C、D错误．
二、填空与简答题
5．温度这个热学量 电阻这个电学量
6．(1)温度传感器 (2)光传感器 (3)光传感器 (4)光传感器和声传感器 (5)红外线(光)传感器 (6)声传感器(7)红外线(光)传感器 (8)红外线(光)传感器
7．较小 调节R1使其变小
解析：由题可知，按照逻辑分析法，引起电路状态变化的原因是照射光敏电阻RG的光的强弱．白天光照强，RG的阻值较小，R1两端的电压U1=较大，即A点电势较高，则Y端为低电平，继电器两端电压较小，不工作，路灯不亮．而夜间的情形恰好相反．所以，白天时，继电器J两端电压较小．若使路灯早一些时间亮时，首先要明确继电器的动作电压UJ一定，Y端电平一定，A端电平一定，则R1两端的电压U1一定，因U1==，则可知要使路灯早些时间亮时，环境光线仍较强，RG较小，要保证U1一定，必须调节R1使其变小．
