高二物理人教版（2019）选择性必修二5.1认识传感器 课时作业（含解析）
文档属性
| 名称 | 高二物理人教版（2019）选择性必修二5.1认识传感器 课时作业（含解析） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 439.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-03-17 21:37:11 | ||
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文档简介
5.1认识传感器
一、单选题
1．利用电磁感应原理工作的是（ ）
A．动圈式扬声器 B．磁电式仪表 C．发电机 D．电磁炮
2．在用位移传感器做实验时，下列说法中正确的是（ ）
A．位移传感器的发射窗口应对准接收器的信号接收窗口
B．位移传感器的发射窗口不一定要对准接收器的信号接收窗口
C．连接到数据采集器上的是发射器部分
D．实验开始后，必须先打开发射器的电源开关
3．氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测，它的电导G（电阻的倒数）与一氧化碳浓度C的关系如图甲所示。如果将氧化锡传感器接到如图乙所示的电路中，不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表（电压表）的指针就与一氧化碳浓度有了对应关系，观察仪表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标。下面表示电压表示数U0与一氧化碳浓度C之间的对应关系的图象正确的是（ ）
A． B．C． D．
4．下列说法不正确的是（ ）
A．热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量
B．霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转化为电流这个电学量
C．电子秤所使用的测力装置是力传感器
D．电熨斗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
5．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
6．如图所示，是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两极，把这两极接入外电路，当外电路中的电流变化说明电容值增大时，则导电液体的深度h变化为（ ）
A．h增大
B．h减小
C．h不变
D．无法确定
7．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a、b构成一个电容器，b是固定不动的金属板，a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S发出频率恒定的声波使a振动，则a在振动过程中（ ）
A．a、b板之间的电场强度不变
B．a、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，电容器的电容量最大
8．如图甲所示，条形码扫描笔的原理是扫描笔头在条形码上匀速移动时，遇到黑色线条，发光二极管发出的光线将被吸收，光敏三极管接收不到反射光，呈高阻抗；遇到白色间隔，光线被反射到光敏三极管，三极管呈低阻抗。光敏三极管将条形码变成一个个电脉冲信号，信号经信号处理系统处理，即完成对条形码信息的识别，等效电路图如图乙所示，其中R为光敏三极管的等效电阻，为定值电阻，下列判断正确的是（ ）
A．当扫描笔头在黑色线条上移动时，信号处理系统获得高电压
B．当扫描笔头在白色间隔上移动时，信号处理系统获得高电压
C．扫描速度对信号处理系统接收到的电压信号无影响
D．扫描笔头外壳出现破损时仍然能正常工作
二、多选题
9．传感器担负着信息采集的任务，它可以（ ）
A．将力学量（如形变量）转变成电学量
B．将热学量转变成电学量
C．将光学量转变成电学量
D．将电学量转变成力学量
10．磁敏电阻的阻值随磁场的增强而增大.在如图所示的闭合电路中，滑动变阻器的滑片处于中间位置，磁敏电阻置于匀强磁场中.闭合开关S后，若磁场增强，则
A．电压表的示数变大
B．电压表的示数变小
C．电流表的示数变大
D．电流表的示数变小
11．传感器在现代生产生活中的应用十分广泛。下列传感器中，输入物理量为温度的是（ ）
A．热敏电阻 B．电阻应变片 C．金属热电阻 D．电容式位移传感器
12．如图是一种测定液面高度的电容式传感器的示意图．金属棒与导电液体构成一个电容器，将金属棒和导电液体分别与直流电源的两极相连接，从电容C和导电液与金属棒间的电压U的变化就能反映液面的升降情况，则以下判断正确的是
A．电源接通后，电容C减小，反映h减小
B．电源接通后，电容C减小，反映h增大
C．电源接通再断开后，电压U减小，反映h减小
D．电源接通再断开后，电压U减小，反映h增大
三、解答题
13．许多楼道灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启，而在白天，即使有声音它也没反应。这种“聪明”的楼道灯电路中接入了哪几种传感器？
14．随着生活质量的提高，自动干手机已进入许多家庭。洗手后，将手靠近自动干手机，机内的传感器使电热器加热，热空气从机内喷出，将手烘干。请查阅资料，选择干手机使用的一种传感器，简要分析其工作原理。
15．加速度计是测定物体加速度的仪器，现代科技中，它已成为导弹、飞机、潜艇制导系统的信息源，如图所示为应变式加速度计，当系统加速时，加速度计中的敏感元件也处于加速状态，敏感元件由两根相同的弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件下端滑动臂可在滑动变阻器上无摩擦水平滑动，当系统加速时敏感元件发生位移，并转换成电信号输出。已知敏感元件的质量为m，每根弹簧的劲度系数为k，电源的电动势为E且内阻不计，滑动变阻器的总阻值为R，且总电阻有效长度为L。静态时，两弹簧恰好为原长，滑动变阻器的滑动触头位于正中间，并且此时加速度计的输出电压为零。
（1）假定待测系统的加速度大小为a，方向向左，求敏感元件发生的位移大小和方向？
（2）求用输出信号的电压U来表示待测系统加速度a大小关系的表达式？
参考答案：
1．C
【详解】A．动圈式扬声器是变化的电流通过线圈，产生变化的磁场，通电导体在磁场中受安培力力，从而让扬声器的膜片振动，产生声音，故A错误；
B．磁电式仪表主要的结构是螺旋弹簧线圈通电后在磁场中受到安培力偏转，从而能反映相关物理量的大小，故B错误；
C．发电机是利用电磁感应原理，将其他形式的能源转换成电能的机械设备，故C正确；
D．电磁炮是利用电磁系统中电磁场产生的安培力来对金属炮弹进行加速，使其达到打击目标所需的动能，故D错误。
故选C。
2．A
【详解】AB．位移传感器的发射窗口应对准接收器的信号接收窗口。故A正确；B错误；
C．连接到数据采集器上的是接收器部分。故C错误；
D．实验开始前，必须先打开发射器的电源开关。故D错误。
故选A。
3．C
【详解】设传感器的电阻为R1，电源的电动势为E，内阻为r，由题意，氧化锡传感器电导（即电阻的倒数）与一氧化碳浓度曲线，得到
k是比例系数。又根据欧姆定律得，电压表示数
由数学知识分析，当C增大时，U0增大，C与U0是非线性关系，变化率越来越小，图象是曲线，而且是增函数。
故选C。
【点睛】对于传感器，关键是理解其工作原理，本题首先要读懂题意，抓住电导与浓度的关系，列出表达式，其次利用欧姆定律研究电压表示数与浓度的关系。
4．B
【详解】A．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A正确；
B．霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量，故B错误；
C．电子秤所使用的测力装置是力传感器。故C正确；
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，故D正确。
本题选择错误的，故选B。
5．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.
6．A
【详解】根据电容的决定式知，电容增大时，其他量不变时，两极板正对面积增大，则知深度h增大。
故选A。
7．D
【详解】A．a、b始终跟电源相连，电势差U不变，由于a、b间距离变化，由E＝知场强变化，A错误；
D．由知d变化时C变化，a向右位移最大时，d最小，电容C最大，D正确；
BC．由Q＝CU知a、b所带电荷量变化，由于a振动时而位移向右，时而向左，电容器电量时而增加，时而减小，所以电路中电流方向改变，BC错误。
故选D。
8．B
【详解】AB．信号处理系统获得的电压是R0两端的电压，当扫描笔头在黑色线条上移动时，R相当于大电阻，根据闭合电路欧姆定律，回路电流很小，R0两端的电压很低，信号处理系统获得低电压；当扫描笔头在白色间隔上移动时，R相当于小电阻，回路电流较大，R0两端的电压较高，信号处理系统获得高电压，A错误，B正确；
C．如果扫描速度发生变化，在信号处理系统中高低电压的时间间隔就会发生变化，从而无法正确判断黑、白条纹宽度，可能出现错误识别信息，C错误；
D．扫描笔头外壳出现破损时，外面的光就会进入光敏三级管，从而出现错误信息，导致不能正常工作，D错误。
故选B。
9．ABC
【详解】传感器是将所感受到的不便于测量的物理量（如力、热、光、声等）转换成便于测量的物理量（一般是电学量）的一类元件。故选项ABC正确；选项D错误；
故选ABC。
10．AD
【详解】磁敏电阻与变阻器的左半边电阻相并联后再与变阻器的右半边电阻相串联;若磁场增强,则磁敏电阻的阻值增加;外电路总电阻增加,根据闭合电路欧姆定律,干路电流减小;则内电阻的电压降增加,变阻器的右半边的电压降也减小,故并联部分的电压增加,故电压表读数增加;通过变阻器左半边的电流增加,故流过磁敏电阻的电流减小,即电流表读数减小;故AD正确,BC错误;
故选AD
【点睛】磁敏电阻与变阻器的左半边电阻相并联后再与变阻器的右半边电阻相串联,先根据闭合电路欧姆定律判断电流的变化,再根据串并联电路的电压和电流关系判断电压表和电流表示数的变化.
11．AC
【详解】A．热敏电阻是将温度信号转化为电压（电阻）信号输出的，A正确；
B．电阻应变片是将压力信号转化为电压（电阻）信号输出的，B错误；
C．金属热电阻是将温度信号转化为电压（电阻）信号输出的，C正确；
D．电容式位移传感器，是将位移信号转化为电压（电阻）信号输出的，D错误。
故选AC。
12．AD
【详解】AB．电源接通时，电容器的电压一定，若电容C减小时，金属棒与导电液的正对面积减小，h减小，故A正确，B错误；
CD．电源接通再断开，电容器的电量不变，电压减小，由公式分析可知，C增大，金属棒与导电液的正对面积增大，h增大，故C错误，D正确．
故选AD。
13．光传感器和声音传感器
【详解】楼道灯能对明暗和声音做出反应，故楼道灯电路中应接入了光传感器和声音传感器。
14．见解析
【详解】一切物体都会向外辐射红外线，温度越高，辐射的红外线越多。手靠近干手机，红外线传感器通过接收身体表面辐射出来的红外线来启动加热装置工作，属于红外线传感器。
15．（1） ，方向向右；（2）
【分析】（1）加速时由牛顿第二定律求得形变量；
（2）设系统向左加速时滑片右移x，由牛顿第二定律得到加速的表达式，联立方程就可以得到加速度与电压的关系式．
【详解】（1）由牛顿第二定律可知
2kx＝ma
得
方向向右；
（2）设加速度为a时，滑动变阻器的滑片距中间的距离为x，则敏感元件的输出电压为
再设系统向左加速时滑片右移x，则敏感元件的动力学方程为
2kx＝ma
联立可得
一、单选题
1．利用电磁感应原理工作的是（ ）
A．动圈式扬声器 B．磁电式仪表 C．发电机 D．电磁炮
2．在用位移传感器做实验时，下列说法中正确的是（ ）
A．位移传感器的发射窗口应对准接收器的信号接收窗口
B．位移传感器的发射窗口不一定要对准接收器的信号接收窗口
C．连接到数据采集器上的是发射器部分
D．实验开始后，必须先打开发射器的电源开关
3．氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测，它的电导G（电阻的倒数）与一氧化碳浓度C的关系如图甲所示。如果将氧化锡传感器接到如图乙所示的电路中，不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表（电压表）的指针就与一氧化碳浓度有了对应关系，观察仪表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标。下面表示电压表示数U0与一氧化碳浓度C之间的对应关系的图象正确的是（ ）
A． B．C． D．
4．下列说法不正确的是（ ）
A．热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量
B．霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转化为电流这个电学量
C．电子秤所使用的测力装置是力传感器
D．电熨斗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
5．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
6．如图所示，是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两极，把这两极接入外电路，当外电路中的电流变化说明电容值增大时，则导电液体的深度h变化为（ ）
A．h增大
B．h减小
C．h不变
D．无法确定
7．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a、b构成一个电容器，b是固定不动的金属板，a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S发出频率恒定的声波使a振动，则a在振动过程中（ ）
A．a、b板之间的电场强度不变
B．a、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，电容器的电容量最大
8．如图甲所示，条形码扫描笔的原理是扫描笔头在条形码上匀速移动时，遇到黑色线条，发光二极管发出的光线将被吸收，光敏三极管接收不到反射光，呈高阻抗；遇到白色间隔，光线被反射到光敏三极管，三极管呈低阻抗。光敏三极管将条形码变成一个个电脉冲信号，信号经信号处理系统处理，即完成对条形码信息的识别，等效电路图如图乙所示，其中R为光敏三极管的等效电阻，为定值电阻，下列判断正确的是（ ）
A．当扫描笔头在黑色线条上移动时，信号处理系统获得高电压
B．当扫描笔头在白色间隔上移动时，信号处理系统获得高电压
C．扫描速度对信号处理系统接收到的电压信号无影响
D．扫描笔头外壳出现破损时仍然能正常工作
二、多选题
9．传感器担负着信息采集的任务，它可以（ ）
A．将力学量（如形变量）转变成电学量
B．将热学量转变成电学量
C．将光学量转变成电学量
D．将电学量转变成力学量
10．磁敏电阻的阻值随磁场的增强而增大.在如图所示的闭合电路中，滑动变阻器的滑片处于中间位置，磁敏电阻置于匀强磁场中.闭合开关S后，若磁场增强，则
A．电压表的示数变大
B．电压表的示数变小
C．电流表的示数变大
D．电流表的示数变小
11．传感器在现代生产生活中的应用十分广泛。下列传感器中，输入物理量为温度的是（ ）
A．热敏电阻 B．电阻应变片 C．金属热电阻 D．电容式位移传感器
12．如图是一种测定液面高度的电容式传感器的示意图．金属棒与导电液体构成一个电容器，将金属棒和导电液体分别与直流电源的两极相连接，从电容C和导电液与金属棒间的电压U的变化就能反映液面的升降情况，则以下判断正确的是
A．电源接通后，电容C减小，反映h减小
B．电源接通后，电容C减小，反映h增大
C．电源接通再断开后，电压U减小，反映h减小
D．电源接通再断开后，电压U减小，反映h增大
三、解答题
13．许多楼道灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启，而在白天，即使有声音它也没反应。这种“聪明”的楼道灯电路中接入了哪几种传感器？
14．随着生活质量的提高，自动干手机已进入许多家庭。洗手后，将手靠近自动干手机，机内的传感器使电热器加热，热空气从机内喷出，将手烘干。请查阅资料，选择干手机使用的一种传感器，简要分析其工作原理。
15．加速度计是测定物体加速度的仪器，现代科技中，它已成为导弹、飞机、潜艇制导系统的信息源，如图所示为应变式加速度计，当系统加速时，加速度计中的敏感元件也处于加速状态，敏感元件由两根相同的弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件下端滑动臂可在滑动变阻器上无摩擦水平滑动，当系统加速时敏感元件发生位移，并转换成电信号输出。已知敏感元件的质量为m，每根弹簧的劲度系数为k，电源的电动势为E且内阻不计，滑动变阻器的总阻值为R，且总电阻有效长度为L。静态时，两弹簧恰好为原长，滑动变阻器的滑动触头位于正中间，并且此时加速度计的输出电压为零。
（1）假定待测系统的加速度大小为a，方向向左，求敏感元件发生的位移大小和方向？
（2）求用输出信号的电压U来表示待测系统加速度a大小关系的表达式？
参考答案：
1．C
【详解】A．动圈式扬声器是变化的电流通过线圈，产生变化的磁场，通电导体在磁场中受安培力力，从而让扬声器的膜片振动，产生声音，故A错误；
B．磁电式仪表主要的结构是螺旋弹簧线圈通电后在磁场中受到安培力偏转，从而能反映相关物理量的大小，故B错误；
C．发电机是利用电磁感应原理，将其他形式的能源转换成电能的机械设备，故C正确；
D．电磁炮是利用电磁系统中电磁场产生的安培力来对金属炮弹进行加速，使其达到打击目标所需的动能，故D错误。
故选C。
2．A
【详解】AB．位移传感器的发射窗口应对准接收器的信号接收窗口。故A正确；B错误；
C．连接到数据采集器上的是接收器部分。故C错误；
D．实验开始前，必须先打开发射器的电源开关。故D错误。
故选A。
3．C
【详解】设传感器的电阻为R1，电源的电动势为E，内阻为r，由题意，氧化锡传感器电导（即电阻的倒数）与一氧化碳浓度曲线，得到
k是比例系数。又根据欧姆定律得，电压表示数
由数学知识分析，当C增大时，U0增大，C与U0是非线性关系，变化率越来越小，图象是曲线，而且是增函数。
故选C。
【点睛】对于传感器，关键是理解其工作原理，本题首先要读懂题意，抓住电导与浓度的关系，列出表达式，其次利用欧姆定律研究电压表示数与浓度的关系。
4．B
【详解】A．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A正确；
B．霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量，故B错误；
C．电子秤所使用的测力装置是力传感器。故C正确；
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，故D正确。
本题选择错误的，故选B。
5．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.
6．A
【详解】根据电容的决定式知，电容增大时，其他量不变时，两极板正对面积增大，则知深度h增大。
故选A。
7．D
【详解】A．a、b始终跟电源相连，电势差U不变，由于a、b间距离变化，由E＝知场强变化，A错误；
D．由知d变化时C变化，a向右位移最大时，d最小，电容C最大，D正确；
BC．由Q＝CU知a、b所带电荷量变化，由于a振动时而位移向右，时而向左，电容器电量时而增加，时而减小，所以电路中电流方向改变，BC错误。
故选D。
8．B
【详解】AB．信号处理系统获得的电压是R0两端的电压，当扫描笔头在黑色线条上移动时，R相当于大电阻，根据闭合电路欧姆定律，回路电流很小，R0两端的电压很低，信号处理系统获得低电压；当扫描笔头在白色间隔上移动时，R相当于小电阻，回路电流较大，R0两端的电压较高，信号处理系统获得高电压，A错误，B正确；
C．如果扫描速度发生变化，在信号处理系统中高低电压的时间间隔就会发生变化，从而无法正确判断黑、白条纹宽度，可能出现错误识别信息，C错误；
D．扫描笔头外壳出现破损时，外面的光就会进入光敏三级管，从而出现错误信息，导致不能正常工作，D错误。
故选B。
9．ABC
【详解】传感器是将所感受到的不便于测量的物理量（如力、热、光、声等）转换成便于测量的物理量（一般是电学量）的一类元件。故选项ABC正确；选项D错误；
故选ABC。
10．AD
【详解】磁敏电阻与变阻器的左半边电阻相并联后再与变阻器的右半边电阻相串联;若磁场增强,则磁敏电阻的阻值增加;外电路总电阻增加,根据闭合电路欧姆定律,干路电流减小;则内电阻的电压降增加,变阻器的右半边的电压降也减小,故并联部分的电压增加,故电压表读数增加;通过变阻器左半边的电流增加,故流过磁敏电阻的电流减小,即电流表读数减小;故AD正确,BC错误;
故选AD
【点睛】磁敏电阻与变阻器的左半边电阻相并联后再与变阻器的右半边电阻相串联,先根据闭合电路欧姆定律判断电流的变化,再根据串并联电路的电压和电流关系判断电压表和电流表示数的变化.
11．AC
【详解】A．热敏电阻是将温度信号转化为电压（电阻）信号输出的，A正确；
B．电阻应变片是将压力信号转化为电压（电阻）信号输出的，B错误；
C．金属热电阻是将温度信号转化为电压（电阻）信号输出的，C正确；
D．电容式位移传感器，是将位移信号转化为电压（电阻）信号输出的，D错误。
故选AC。
12．AD
【详解】AB．电源接通时，电容器的电压一定，若电容C减小时，金属棒与导电液的正对面积减小，h减小，故A正确，B错误；
CD．电源接通再断开，电容器的电量不变，电压减小，由公式分析可知，C增大，金属棒与导电液的正对面积增大，h增大，故C错误，D正确．
故选AD。
13．光传感器和声音传感器
【详解】楼道灯能对明暗和声音做出反应，故楼道灯电路中应接入了光传感器和声音传感器。
14．见解析
【详解】一切物体都会向外辐射红外线，温度越高，辐射的红外线越多。手靠近干手机，红外线传感器通过接收身体表面辐射出来的红外线来启动加热装置工作，属于红外线传感器。
15．（1） ，方向向右；（2）
【分析】（1）加速时由牛顿第二定律求得形变量；
（2）设系统向左加速时滑片右移x，由牛顿第二定律得到加速的表达式，联立方程就可以得到加速度与电压的关系式．
【详解】（1）由牛顿第二定律可知
2kx＝ma
得
方向向右；
（2）设加速度为a时，滑动变阻器的滑片距中间的距离为x，则敏感元件的输出电压为
再设系统向左加速时滑片右移x，则敏感元件的动力学方程为
2kx＝ma
联立可得