5.1 认识传感器 5.2 常见传感器的工作原理及应用 课时练（含解析）-2024春高中物理选择性必修2（人教版）
文档属性
| 名称 | 5.1 认识传感器 5.2 常见传感器的工作原理及应用 课时练（含解析）-2024春高中物理选择性必修2（人教版） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 278.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2024-03-06 08:23:07 | ||
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文档简介
第五章 传感器
1 认识传感器
2 常见传感器的工作原理及应用
考点一 传感器及其工作原理
1．(2022·徐州市高二期中)下列说法正确的是( )
A．干簧管是一种由电场控制的开关
B．光敏电阻能够把电信号转换成光信号
C．用半导体材料做成的热敏电阻在温度升高时电阻减小
D．可燃性气体报警器利用压力传感器制成
2．(2023·徐州市高二期中)2022年政府“惠民工程”为每个老小区居民楼免费安装了楼道照明灯，白天不论有没有声音灯都不亮，晚上有声音时灯才亮。该开关中有哪两种传感器？①声传感器，②压力传感器，③环境光线传感器，④温度传感器( )
A．①② B．①③
C．①④ D．②④
考点二 常见传感器及其应用
3．对于常见的可燃气体浓度的检测，现在一般用催化燃烧检测器。它的原理如下：传感器的核心为一惠斯通电桥，其中一桥臂上有催化剂，当与可燃气体接触时，可燃气体在有催化剂的电桥上燃烧，该桥臂的电阻发生明显变化，其余桥臂的电阻不发生变化，从而引起整个电路的输出发生变化，而该变化与可燃气体的浓度成比例，从而实现对可燃气体的检测。由此可推断有催化剂的桥臂上的电阻材料为( )
A．铜 B．合金
C．半导体 D．绝缘体
4.位移传感器的工作原理如图所示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑片P移动，通过电压表显示的数据来反映物体M位移的大小x。假设电压表是理想电表，物体M不动时，滑片P位于滑动变阻器正中间位置，则下列说法正确的是( )
A．物体M运动时，电源内的电流会发生变化
B．物体M运动时，电压表的示数会发生变化
C．物体M不动时，电路中没有电流
D．物体M不动时，电压表没有示数
5．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。如图中的甲、乙、丙、丁是四种常见的电容式传感器，下列说法正确的是( )
A．图甲中两极板所带电荷量不变，若电压减小，可判断出h变小
B．图乙中两极板所带电荷量不变，若电压增大，可判断出θ变小
C．图丙中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，则x变小
D．图丁中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，则F变大
6.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。如图所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高，电阻越小)，C为电容器。当环境温度降低时( )
A．电容器C的带电荷量增大
B．理想电压表的示数减小
C．电容器C两板间的电场强度减小
D．R1消耗的功率增大
7.(2022·扬州市高二期中)测量人体重的电子秤，其原理如图中的虚线所示，它的主要部件压力传感器是一个阻值随压力增大而减小的电阻器，下列说法正确的是( )
A．称重计在电路中相当于一个电压表
B．电路中的R′没有作用
C．人体越重，流过称重计的电流越大
D．人体越重，流过称重计的电流越小
8.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号转化成非电信号
D．当醉酒人员对传感器呼气时，电压表示数变大
9.(2023·江苏省丹阳高级中学校考期末)利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域，如图是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下，通入图示方向的电流I，C、D两侧面会形成电势差U，下列说法中正确的是( )
A．电势差U仅与材料有关
B．若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差UCD<0
C．仅增大磁感应强度时，电势差U变小
D．在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平
10.如图所示，电路由电源(电动势为E，内阻为r)，开关S，定值电阻R1、R2，光敏电阻R3(光照越强，电阻越小)和两平行板水平放置的电容器连接而成。开关S闭合，稳定后电容器两板间的M点有一带电液滴恰好静止。当用强光照射R3时( )
A．液滴向下运动
B．电容器所带电荷量增加
C．电源的输出功率减小
D．M点的电势不变
11．(2022·江苏省苏州实验中学校考期中)利用某半导体的电阻随温度升高而减小的特征可以制作电子温度计。图甲表示该半导体的电阻R随温度t变化的情况。把该半导体与电动势为E、内阻为r的电源，理想电压表和保护电阻R0连成如图乙所示的电路。用该半导体作为测温探头，把电压表的电压刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简易的电子温度计。下列说法正确的是( )
A．温度升高后，电源的效率将升高
B．该电子温度计表盘上温度的刻度是均匀的
C．tA和tB相比，tA应标在电压较小的刻度上
D．若电池用久后内阻r变大，用该温度计测量的温度要比真实值偏高
12．(2023·连云港市高二期中)现代生物医学研究使用的细菌培养箱内的温度需要精确测控，测控的方法之一是用热敏电阻来探测温度。如图甲所示的电路，将热敏电阻R0置于细菌培养箱内(如图中虚线)，其余都置于箱外。这样可以通过理想电流表、电压表的示数来表示箱内温度。已知随着箱内温度的改变，电压表和电流表示数如图乙，电源的电动势恒定、内阻忽略不计。热敏电阻随温度的变化图像如图丙所示，求：
(1)电阻R的阻值；
(2)当培养箱内的温度为40 ℃时，电流表的示数；
(3)已知电流表的量程是0～20 mA，电压表的量程是0～16 V，则此电路能够测量的最高温度约是多少？此时热敏电阻R0消耗的电功率是多大？
1 认识传感器
2 常见传感器的工作原理及应用
1．C [干簧管是在玻璃管内封入了两个软磁性材料制成的簧片，当磁场靠近时，两个磁片被磁化而接通，所以干簧管是由磁场控制的开关，故A错误；光敏电阻是用电阻率与光照强度有关的材料制成的，当光照射时，电阻发生变化，是把光信号转化成电信号，故B错误；热敏电阻是用电阻率与温度有关的材料制成的，用半导体做成的热敏电阻在温度升高时，电阻减小，故C正确；可燃性气体传感器利用电化学气体传感器制成，故D错误。]
2．B [白天不论有没有声音灯都不亮，晚上有声音时灯才亮，由此可知该开关中有声传感器和环境光线传感器，故选B。]
3．C [由题意可知，该电阻为热敏电阻，热敏电阻由半导体材料制成，故C正确，A、B、D错误。]
4．B [电压表为理想电表，则电压表不分流，故滑片P移动时不会改变电路的电阻，也就不会改变电路中的电流，且电路中始终有电流，故A、C错误；电压表测的是滑片P左侧电阻分得的电压，故示数随物体M的运动即滑片P的移动而变化，物体M不动时，电压表仍有读数，故B正确，D错误。]
5．D [题图甲中两极板所带电荷量不变，若电压减小，则由电容的定义式C＝分析可知，电容增大，由电容的决定式C＝可知，两极间正对面积增大，h变大，A错误；题图乙中两极板所带电荷量不变，若电压增大，则电容减小，极板正对面积减小，θ变大，B错误；题图丙中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，说明电容器在放电，电荷量减小，电容减小，电介质向外移动，则x变大，C错误；题图丁中两极间的电压不变，若电流流向传感器的正极，说明电容器在充电，电荷量增加，电容增大，两电极间距离减小，则F变大，D正确。]
6．A [当环境温度降低时，R2的阻值增大，电路的总电阻增大，由I＝可知I减小，又U＝E－Ir，则电压表的示数增大，B错误；由P1＝I2R1可知，R1消耗的功率P1减小，D错误；电容器C两板间的电压U2＝U－U1，U1＝IR1，可知U1减小，U2增大，由电场强度E电＝，Q＝CU2可知，Q、E电都增大，故A正确，C错误。]
7．C [称重表串联在电路中，相当于电流表，A错误；当人体很重时，压力传感器阻值很小，如果没有R′，电路中电流过大，会损坏电表，所以电路中的R′是起保护电路作用，B错误；当人体越重时，压力传感器阻值越小，电路中电阻越小，电流越大，C正确，D错误。]
8．D [酒精气体传感器和定值电阻R、R0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接触到酒精气体的浓度成正比，接触到的酒精气体浓度越大则酒精气体传感器的电阻的倒数越大，即传感器的电阻越小，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，表示浓度c越大，A、B错误，D正确；酒精气体传感器把非电信号(酒精气体浓度)转化成电信号(电压)，C错误。]
9．B [电势差U不仅与材料有关，还与磁感强度大小、电流大小有关，A错误；若霍尔元件的载流子是自由电子，根据左手定则，电子受洛伦兹力向C端移动，因此电势差UCD<0，B正确；根据Eq＝Bqv，而U＝Ed＝Bvd，因此仅增大磁感应强度时，电势差U变大，C错误；在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持竖直，让磁感线穿过工作面，D错误。]
10．B [电路稳定时电容器两板间的电压等于R1两端的电压，当用强光照射光敏电阻R3时，光敏电阻的阻值减小，电路中电流增大，R1两端的电压增大，电容器两板间的电压增大，板间电场强度增大，液滴所受的静电力增大，液滴向上运动，故A错误；电容器两板间的电压增大，电容不变，由Q＝CU知，电容器所带电荷量增加，故B正确；由于内、外电阻的关系未知，所以无法确定电源的输出功率如何变化，故C错误；电容器两板间电场强度增大，M点与下极板间的电势差增大，而M点的电势比下极板的电势高，所以M点的电势升高，故D错误。]
11．D [电源的效率η＝＝，温度升高后，R阻值减小，外电阻减小，则电源的效率将减小，选项A错误；由图像可知R＝r0－kt，U＝＝，则该电子温度计表盘上温度的刻度是不均匀的；温度越高，U越小，即tA应标在电压较大的刻度上，tB应标在电压较小的刻度上，选项B、C错误；若电池用久后内阻r变大，根据U＝，可知相同的R值时U值偏小，则对应的温度偏高，即用该温度计测量的温度要比真实值偏高，选项D正确。]
12．(1)600 Ω (2)16 mA (3)70 ℃ 0.08 W
解析 (1)根据题意，由题图乙可知，当I＝0时
U＝16 V
则电源的电动势为E＝16 V
当I＝20 mA＝0.02 A时，电阻R0两端的电压为U＝4 V
由闭合电路欧姆定律有U＝E－IR
解得R＝600 Ω
(2)由题图丙可知，当培养箱内的温度为40 ℃时，R0的阻值为R0＝400 Ω
由闭合电路欧姆定律有I＝＝0.016 A＝16 mA
(3)根据题意，由题图丙可知，温度越高，R0阻值越小，则温度最高时，电路中电流最大，即电流表满偏，则有
E＝Ig(R0＋R)
解得，此时R0的阻值为R0＝200 Ω
由题图丙可知，此时温度为70 ℃，热敏电阻R0两端的电压为U1＝IgR0＝4 V
则消耗的电功率为P＝IgU1＝0.08 W。
1 认识传感器
2 常见传感器的工作原理及应用
考点一 传感器及其工作原理
1．(2022·徐州市高二期中)下列说法正确的是( )
A．干簧管是一种由电场控制的开关
B．光敏电阻能够把电信号转换成光信号
C．用半导体材料做成的热敏电阻在温度升高时电阻减小
D．可燃性气体报警器利用压力传感器制成
2．(2023·徐州市高二期中)2022年政府“惠民工程”为每个老小区居民楼免费安装了楼道照明灯，白天不论有没有声音灯都不亮，晚上有声音时灯才亮。该开关中有哪两种传感器？①声传感器，②压力传感器，③环境光线传感器，④温度传感器( )
A．①② B．①③
C．①④ D．②④
考点二 常见传感器及其应用
3．对于常见的可燃气体浓度的检测，现在一般用催化燃烧检测器。它的原理如下：传感器的核心为一惠斯通电桥，其中一桥臂上有催化剂，当与可燃气体接触时，可燃气体在有催化剂的电桥上燃烧，该桥臂的电阻发生明显变化，其余桥臂的电阻不发生变化，从而引起整个电路的输出发生变化，而该变化与可燃气体的浓度成比例，从而实现对可燃气体的检测。由此可推断有催化剂的桥臂上的电阻材料为( )
A．铜 B．合金
C．半导体 D．绝缘体
4.位移传感器的工作原理如图所示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属滑片P移动，通过电压表显示的数据来反映物体M位移的大小x。假设电压表是理想电表，物体M不动时，滑片P位于滑动变阻器正中间位置，则下列说法正确的是( )
A．物体M运动时，电源内的电流会发生变化
B．物体M运动时，电压表的示数会发生变化
C．物体M不动时，电路中没有电流
D．物体M不动时，电压表没有示数
5．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。如图中的甲、乙、丙、丁是四种常见的电容式传感器，下列说法正确的是( )
A．图甲中两极板所带电荷量不变，若电压减小，可判断出h变小
B．图乙中两极板所带电荷量不变，若电压增大，可判断出θ变小
C．图丙中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，则x变小
D．图丁中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，则F变大
6.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。如图所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高，电阻越小)，C为电容器。当环境温度降低时( )
A．电容器C的带电荷量增大
B．理想电压表的示数减小
C．电容器C两板间的电场强度减小
D．R1消耗的功率增大
7.(2022·扬州市高二期中)测量人体重的电子秤，其原理如图中的虚线所示，它的主要部件压力传感器是一个阻值随压力增大而减小的电阻器，下列说法正确的是( )
A．称重计在电路中相当于一个电压表
B．电路中的R′没有作用
C．人体越重，流过称重计的电流越大
D．人体越重，流过称重计的电流越小
8.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号转化成非电信号
D．当醉酒人员对传感器呼气时，电压表示数变大
9.(2023·江苏省丹阳高级中学校考期末)利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域，如图是霍尔元件的工作原理示意图，磁感应强度B垂直于霍尔元件的工作面向下，通入图示方向的电流I，C、D两侧面会形成电势差U，下列说法中正确的是( )
A．电势差U仅与材料有关
B．若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差UCD<0
C．仅增大磁感应强度时，电势差U变小
D．在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平
10.如图所示，电路由电源(电动势为E，内阻为r)，开关S，定值电阻R1、R2，光敏电阻R3(光照越强，电阻越小)和两平行板水平放置的电容器连接而成。开关S闭合，稳定后电容器两板间的M点有一带电液滴恰好静止。当用强光照射R3时( )
A．液滴向下运动
B．电容器所带电荷量增加
C．电源的输出功率减小
D．M点的电势不变
11．(2022·江苏省苏州实验中学校考期中)利用某半导体的电阻随温度升高而减小的特征可以制作电子温度计。图甲表示该半导体的电阻R随温度t变化的情况。把该半导体与电动势为E、内阻为r的电源，理想电压表和保护电阻R0连成如图乙所示的电路。用该半导体作为测温探头，把电压表的电压刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简易的电子温度计。下列说法正确的是( )
A．温度升高后，电源的效率将升高
B．该电子温度计表盘上温度的刻度是均匀的
C．tA和tB相比，tA应标在电压较小的刻度上
D．若电池用久后内阻r变大，用该温度计测量的温度要比真实值偏高
12．(2023·连云港市高二期中)现代生物医学研究使用的细菌培养箱内的温度需要精确测控，测控的方法之一是用热敏电阻来探测温度。如图甲所示的电路，将热敏电阻R0置于细菌培养箱内(如图中虚线)，其余都置于箱外。这样可以通过理想电流表、电压表的示数来表示箱内温度。已知随着箱内温度的改变，电压表和电流表示数如图乙，电源的电动势恒定、内阻忽略不计。热敏电阻随温度的变化图像如图丙所示，求：
(1)电阻R的阻值；
(2)当培养箱内的温度为40 ℃时，电流表的示数；
(3)已知电流表的量程是0～20 mA，电压表的量程是0～16 V，则此电路能够测量的最高温度约是多少？此时热敏电阻R0消耗的电功率是多大？
1 认识传感器
2 常见传感器的工作原理及应用
1．C [干簧管是在玻璃管内封入了两个软磁性材料制成的簧片，当磁场靠近时，两个磁片被磁化而接通，所以干簧管是由磁场控制的开关，故A错误；光敏电阻是用电阻率与光照强度有关的材料制成的，当光照射时，电阻发生变化，是把光信号转化成电信号，故B错误；热敏电阻是用电阻率与温度有关的材料制成的，用半导体做成的热敏电阻在温度升高时，电阻减小，故C正确；可燃性气体传感器利用电化学气体传感器制成，故D错误。]
2．B [白天不论有没有声音灯都不亮，晚上有声音时灯才亮，由此可知该开关中有声传感器和环境光线传感器，故选B。]
3．C [由题意可知，该电阻为热敏电阻，热敏电阻由半导体材料制成，故C正确，A、B、D错误。]
4．B [电压表为理想电表，则电压表不分流，故滑片P移动时不会改变电路的电阻，也就不会改变电路中的电流，且电路中始终有电流，故A、C错误；电压表测的是滑片P左侧电阻分得的电压，故示数随物体M的运动即滑片P的移动而变化，物体M不动时，电压表仍有读数，故B正确，D错误。]
5．D [题图甲中两极板所带电荷量不变，若电压减小，则由电容的定义式C＝分析可知，电容增大，由电容的决定式C＝可知，两极间正对面积增大，h变大，A错误；题图乙中两极板所带电荷量不变，若电压增大，则电容减小，极板正对面积减小，θ变大，B错误；题图丙中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，说明电容器在放电，电荷量减小，电容减小，电介质向外移动，则x变大，C错误；题图丁中两极间的电压不变，若电流流向传感器的正极，说明电容器在充电，电荷量增加，电容增大，两电极间距离减小，则F变大，D正确。]
6．A [当环境温度降低时，R2的阻值增大，电路的总电阻增大，由I＝可知I减小，又U＝E－Ir，则电压表的示数增大，B错误；由P1＝I2R1可知，R1消耗的功率P1减小，D错误；电容器C两板间的电压U2＝U－U1，U1＝IR1，可知U1减小，U2增大，由电场强度E电＝，Q＝CU2可知，Q、E电都增大，故A正确，C错误。]
7．C [称重表串联在电路中，相当于电流表，A错误；当人体很重时，压力传感器阻值很小，如果没有R′，电路中电流过大，会损坏电表，所以电路中的R′是起保护电路作用，B错误；当人体越重时，压力传感器阻值越小，电路中电阻越小，电流越大，C正确，D错误。]
8．D [酒精气体传感器和定值电阻R、R0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接触到酒精气体的浓度成正比，接触到的酒精气体浓度越大则酒精气体传感器的电阻的倒数越大，即传感器的电阻越小，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，表示浓度c越大，A、B错误，D正确；酒精气体传感器把非电信号(酒精气体浓度)转化成电信号(电压)，C错误。]
9．B [电势差U不仅与材料有关，还与磁感强度大小、电流大小有关，A错误；若霍尔元件的载流子是自由电子，根据左手定则，电子受洛伦兹力向C端移动，因此电势差UCD<0，B正确；根据Eq＝Bqv，而U＝Ed＝Bvd，因此仅增大磁感应强度时，电势差U变大，C错误；在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持竖直，让磁感线穿过工作面，D错误。]
10．B [电路稳定时电容器两板间的电压等于R1两端的电压，当用强光照射光敏电阻R3时，光敏电阻的阻值减小，电路中电流增大，R1两端的电压增大，电容器两板间的电压增大，板间电场强度增大，液滴所受的静电力增大，液滴向上运动，故A错误；电容器两板间的电压增大，电容不变，由Q＝CU知，电容器所带电荷量增加，故B正确；由于内、外电阻的关系未知，所以无法确定电源的输出功率如何变化，故C错误；电容器两板间电场强度增大，M点与下极板间的电势差增大，而M点的电势比下极板的电势高，所以M点的电势升高，故D错误。]
11．D [电源的效率η＝＝，温度升高后，R阻值减小，外电阻减小，则电源的效率将减小，选项A错误；由图像可知R＝r0－kt，U＝＝，则该电子温度计表盘上温度的刻度是不均匀的；温度越高，U越小，即tA应标在电压较大的刻度上，tB应标在电压较小的刻度上，选项B、C错误；若电池用久后内阻r变大，根据U＝，可知相同的R值时U值偏小，则对应的温度偏高，即用该温度计测量的温度要比真实值偏高，选项D正确。]
12．(1)600 Ω (2)16 mA (3)70 ℃ 0.08 W
解析 (1)根据题意，由题图乙可知，当I＝0时
U＝16 V
则电源的电动势为E＝16 V
当I＝20 mA＝0.02 A时，电阻R0两端的电压为U＝4 V
由闭合电路欧姆定律有U＝E－IR
解得R＝600 Ω
(2)由题图丙可知，当培养箱内的温度为40 ℃时，R0的阻值为R0＝400 Ω
由闭合电路欧姆定律有I＝＝0.016 A＝16 mA
(3)根据题意，由题图丙可知，温度越高，R0阻值越小，则温度最高时，电路中电流最大，即电流表满偏，则有
E＝Ig(R0＋R)
解得，此时R0的阻值为R0＝200 Ω
由题图丙可知，此时温度为70 ℃，热敏电阻R0两端的电压为U1＝IgR0＝4 V
则消耗的电功率为P＝IgU1＝0.08 W。