人教版（2019） 选择性必修 第二册 第五章 传感器 本章复习与测试（能力提升）（含解析）

人教版选必2 第五章传感器单元测试（能力提升）
一、单选题
1.下列可以用来控制电路通断的温度传感器元件有( )
A. 双金属片 B. 霍尔元件 C. 应变片 D. 干簧管
2.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提供的。为保持太阳能电池板总是正对太阳，用来感知太阳方位的传感器应为( )
A. 力传感器 B. 光传感器 C. 温度传感器 D. 生物传感器
3.一个简单的门窗防盗报警装置示意图如图所示，门的上沿嵌入一块永磁体，当门窗紧闭时，蜂鸣器不响，指示灯亮；打开时，蜂鸣器响，指示灯灭。为实现上述功能，最适合的传感器是( )
A. 干簧管 B. 光敏电阻 C. 热敏电阻 D. 电阻应变片
4.如图甲所示，半导体薄膜压力传感器利用了半导体材料的“压阻效应”图乙是某一压力传感器电阻随压力变化的图像．下列说法正确的是( )
A. 该传感器的工作原理是将电学量转化为力学量
B. 随着压力的增大，传感器的电阻不断增加
C. 压力为时曲线的斜率约为
D. 小于的区间内传感器的灵敏度较大
5.如图所示是观察电阻阻值随温度变化情况的实验装置示意图，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，以下说法正确的是( )
A. 如果为普通金属电阻，读数变大，且变化明显
B. 如果为普通金属电阻，读数变小，且变化不明显
C. 如果为热敏电阻，读数变化非常明显
D. 如果为热敏电阻，读数变化不明显
6.传感器在日常生活中有着广泛的应用，它的种类多种多样，其性能也各不相同。以下有关传感器的说法不正确的是( )
A. 非触摸式自动水龙头自动感应水龙头应用的传感器是压力传感器
B. 办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开或关，是光传感器的应用
C. 空调在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，是温度传感器的应用
D. 电熨斗够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，能控制电路的通断
7.下列关于传感器的说法正确的是( )
A. 干簧管基于电磁感应原理，起到开关作用
B. 应变式力传感器通过测量电阻的变化来确定金属梁受力的大小
C. 红外测温仪向人体发射红外线，从而测量人体温度
D. 电容式位移传感器是把电容器的电容转化为物体的位移进行测量
8.如图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、光电三极管和不透明的挡板。平时光电三极管接收不到发出的光，呈现高电阻状态。发生火灾时，下列说法正确的是( )
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，检测电路检测出变化发出警报
D. 以上说法均不正确
9.年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家。某探究小组查到某磁敏电阻在室温下的电阻随磁感应强度变化的曲线如图甲所示，其中、分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值。为检验其磁敏特性设计了图乙所示电路。关于这个实验，下列说法中正确的是 ( )
A. 闭合开关，图乙中只增加磁感应强度的大小时，电压表的示数增大
B. 闭合开关，图乙中只增加磁感应强度的大小时，电流表的示数增大
C. 闭合开关，图乙中只将磁场方向改为与原来方向相反时，电压表的示数减小
D. 闭合开关，图乙中只将磁场方向改为与原来方向相反时，电流表的示数减小
10.笔记本电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件。当显示屏开启时磁体远离霍尔元件，电脑正常工作：当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件，屏幕熄灭，电脑进入休眠状态。如图所示，一块宽为、长为的矩形半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为的自由电子，通入方向向右的电流时，电子的定向移动速度为。当显示屏闭合时元件处于垂直于上表面、方向向下的匀强磁场中，于是元件的前、后表面间出现电压稳定时为，以此控制屏幕的熄灭。则元件的( )
A. 前表面的电势比后表面的低 B. 前、后表面间的电压与无关
C. 前、后表面间的电压与成正比 D. 自由电子受到的洛伦兹力大小为
二、多选题
11.电容式传感器是用来将各种非电学物理量转变为电学物理量的装置。如图是四种电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，下列说法正确的是( )
A. 甲图的传感器可以用来测量角度 B. 乙图的传感器可以用来测量液面的高度
C. 丙图的传感器可以用来测量压力 D. 丁图的传感器可以用来测量速度
12.动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应原理。图甲是动圈式话筒的原理图，图乙是录音机的录、放原理图。由图可知( )
A. 话筒工作时，磁铁不动，音圈随膜片振动而产生感应电流
B. 录音机放音时，变化的磁场在静止的线圈内激发起感应电流
C. 录音机放音时，线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
D. 录音机录音时，线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
13.在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是元件，元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率随温度的变化关系如图所示，由于这种特性，使元件具有发热、保温双重功能。以下判断正确的是 ( )
A. 通电后，其电功率先增大，后减小
B. 通电后，其电功率先减小，后增大
C. 当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在不变
D. 当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在和之间的某一值不变
14.如图。为探究霍尔效应，取一块长度为、宽度为、厚度为的金属导体，给金属导体加与前后所在平面垂直的匀强磁场，且通以图示方向的电流时，用电压表测得导体上、下平面、间的电压为。下列说法正确的是( )
A. 平面的电势比平面的电势低
B. 平面的电势比平面的电势高
C. 导体单位体积内自由电子数越多，电压表的示数越大
D. 导体中自由电子定向移动的速度
15.小敏设计了一种“闯红灯违规模拟记录器”，拍摄机动车闯红灯时的情景，如图甲。工作原理：当光控开关接收到某种颜色光时，开关自动闭合，且当压敏电阻受到车的压力，它的阻值变化规律如图乙所示，当电流变化到一定值时，继电器的衔铁就被吸下；光控开关未受到该种光照射时自动断开，衔铁没有被吸引，工作电路中的指示灯发光，已知控制电路电压为，继电器线圈电阻，当控制电路中电流大于时，衔铁被吸引取。下列说法中正确的是( )
A. 要记录违规闯红灯的情景，光控开关应在接收到红光时，自动闭合
B. 光控开关接收到绿光时，指示灯亮，电控照相机不工作
C. 质量小于的车辆违规时不会被拍照记录
D. 要使质量较小的车闯红灯也能被拍下，可以在控制电路中串联一个电阻
16.小明制作一个远距离光传音装置，结构如下图所示用互感器以及激光头组成的电路对音乐信号进行调制，使得激光亮度随音乐发生变化在远处的接收电路中，被激光照射的敏感元件的电阻值会随激光亮度变化而变化，从而使得定值电阻两端电压发生相应的变化，再用扩音器把电信号转化成音乐下列相关说法正确的是( )
A. 敏感元件可以是光敏电阻
B. 激光频率会随音乐的变化而变化
C. 流经激光头的电流强度随音乐的变化而变化
D. 传音距离“远”是利用了激光的平行度好、亮度高的特点
17.如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中为光敏电阻，为定值电阻。光电计数器的基本工作原理是( )
A. 当有光照射时，信号处理系统获得高电压
B. 当有光照射时，信号处理系统获得低电压
C. 信号处理系统每获得一次低电压就记数一次
D. 信号处理系统每获得一次高电压就记数一次
三、填空题
18.霍尔元件是一种基于霍尔效应的金属磁传感器，用它可以检测磁场及其变化，图甲为使用霍尔元件测量通电直导线产生磁场的装置示意图，由于磁芯的作用，霍尔元件所处区域磁场可看做匀强磁场，测量原理如乙图所示，直导线通有垂直纸面向里的电流，霍尔元件前、后、左、右表面有四个接线柱，通过四个接线柱可以把霍尔元件接入电路，所用器材已在图中给出并已经连接好电路。
霍尔元件被夹在磁芯缝隙处，则间磁场方向为___________填“竖直向下”、“竖直向上”、“水平向左”或“水平向右”；
霍尔元件的前后两表面间形成电势差，则___________填“前表面”或“后表面”电势高；
已知霍尔元件单位体积内自由电荷数为，每个自由电荷的电荷量为，霍尔元件的厚度为。为测量霍尔元件所处区域的磁感应强度，根据乙图中所给的器材和电路，还必须测量的物理量有___________写出具体的物理量名称及其符号，计算式___________。
若要提高灵敏度，可采用的操作是___________。
19.传感器能够将感受到的物理量如温度、光、声等转换成便于测量的量通常是电学量，例如用半导体材料制成的热敏电阻，其阻值随温度变化的图线如图甲所示，乙是由热敏电阻作为传感器制作的简单自动报警器的线路图。
为了使温度过高时报警器响铃，应接在______处选填“”或“”，此时电磁铁右端为______极选填“”或“”。
若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片向______移动选填“左”或“右”。
四、简答题：本大题共3小题，共9分。
20.电饭锅中应用了温度传感器，它的主要元件是感温铁氧体，其特点是：常温下感温铁氧体具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了。这个温度在物理学中称为该材料的“居里点”。电饭锅的结构如图所示，请结合温度传感器的特点回答以下问题：
开始煮饭时为什么要压下开关按钮手松开后这个按钮是否会恢复到图示状态为什么
煮饭时水沸腾后锅内还有一定水分时，为什么锅的温度会保持而不会持续升高
饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变化这时电饭锅会自动地发生哪些动作
如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电
21.一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度变化的关系如图中实线所示，由于环境温度以及熨烫的衣服厚度、干湿等情况不同，电熨斗的散热功率不同，因而电熨斗的温度可能会在较大范围内波动，易损坏衣物。有一种用主要成分为被称为“”的特殊材料作发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点，材料的电阻随温度变化的关系如图中实线所示。根据图线分析：
为什么原处于冷态的“”电熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快？
通电一段时间后“”电熨斗温度自动稳定在哪个范围之内？
22.某同学用热敏电阻制作高温报警器。实验器材如下，热敏电阻、电磁继电器、蜂鸣器、小灯泡额定电压、保护电阻阻值、变阻箱、电池组两组、多用电表有温度挡、铁架台、烧杯、开关及导线若干。
如图甲是某同学设计的高温报警器电路图，左边部分是控制电路，右边部分是报警装置，实验发现控制电路不工作，合上开关，用多用电表排查电路故障，则应将如图乙所示的选择开关旋至_________选填“”、“”、“”或“”，发现表笔接入继电器线圈两端时多用电表的指针偏转，接入热敏电阻两端时多用电表的指针不偏转，说明继电器线圈_________选填“短路”或“断路”。
是该热敏电阻阻值随温度变化如图丙所示。当热敏电阻达到设定温度时，电磁继电器应自动吸合，报警装置报警。已知控制电路电池组电动势为，内阻不计，实测电磁继电器正常吸合时的电流为，继电器线圈内阻为，如果设置报警温度为，至少应将变阻箱的电阻调节到_________。想要让热敏电阻在高温报警中更加“敏感”即温度不是太高就报警，需要_________选填“增大”“减小”或“不变”变阻箱的电阻。
答案和解析
1.【答案】
【解析】A.当双金属片温度高时膨胀系数不一样，使金属片向下弯曲，触点断开可以用来控制电路通断，故 A正确
B.霍尔元件是通过带电粒子在磁场中运动而产生电势差的元件，故B错误
C.应变片是压力传感器，故C错误
D.干簧管是一种能够感知磁场的传感器，故D错误。
故选A。
2.【答案】
【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，当正对太阳时，电流最大，感知太阳方位应用的是光传感器，选项B正确。
3.【答案】
【解析】光敏电阻是对光敏感的元件，电阻应变片是对压力敏感的元件，热敏电阻是对温度敏感的元件，干簧管是通过磁场控制电路的元件，根据题意，报警电路通过磁场来控制，所以BCD错误，A正确。
故选：。
4.【答案】
【解析】A、该传感器的工作原理是将力学量转化为电学量，故A错误；
B、由图知，随着压力的增大，传感器的电阻不断减小，故B错误；
C、由图知，压力为时曲线的斜率，故C错误；
D、由图知，小于的区间内电子的阻值随压力变化较大，即传感器的灵敏度较大，故 D错误。
5.【答案】
【解析】普通金属电阻的阻值随温度升高而增大，但变化不明显，选项A、B错误；热敏电阻的阻值随温度的变化非常明显，选项C正确，D错误。
6.【答案】
【解析】A.利用红外线的热效应可以制成多种开关，本题所涉及的水龙头和智能门就是这一应用的体现，是利用光传感器而制成的，故A错误，符合题意；
B.办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开和关，是由于人体会发出红外线，当传感器探测到人体发出的红外线后，门会自动打开，是光传感器的应用，故B正确，不合题意；
C.空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，这是因为空调机使用温度传感器。故C正确，不合题意；
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，这种传感器作用是控制电路的通断，原理是不同的金属膨胀系数不同，故D正确，不合题意。
7.【答案】
【解析】A.当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，当磁体远离干簧管时，软磁性材料制成的簧片失去磁性，两簧片又分开，经常被用于控制电路的通断，故A错误；
B.在梁的自由端施加向下的力，上应变片长度变长，电阻变大，下应变片长度变短，电阻变小，通过测量电阻的变化来确定金属梁受力的大小，故B正确；
C.红外测温仪是接收从人体发射红外线，根据接受到的红外线的强弱来测量人体温度，故C错误；
D.电容式位移传感器是把物体的位移转化为电容器的电容进行测量，故D错误。
8.【答案】
【解析】火灾报警器的结罩内装有发光二极管、光电三极管和不透明的挡板。平时光电三极管接收不到发出的光，呈现高电阻状态。发生火灾时， 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，检测电路检测出变化发出警报。
故选C。
9.【答案】
【解析】闭合开关，图乙中只增加磁感应强度的大小时，磁敏电阻的阻值变大，则电路总电阻增大，电流减小，即电流表示数减小，内电压和滑动变阻器两端电压减小，电压表的示数增大，故A正确，B错误；
由图甲知，磁敏电阻的阻值与磁感应强度的方向无关，所以闭合开关，图乙中只将磁场方向改为与原来方向相反时，电压表和电流表的示数不变，故C、D错误。
10.【答案】
【解析】根据左手定则判断出电子受力情况，可知电子偏转到后表面，前表面电势高于后表面电势，故A项错误；
再由，，解得，，与成正比、与无关，故B、项错误，项正确。
11.【答案】
【解析】A.甲图中，当动片与定片之间的夹角发生变化时，极板的正对面积变化，使电容器电容变化，如果知道了电容器电容的变化情况就可以知道夹角的变化情况，则甲图的传感器可以用来测量角度，故A正确；
B.乙图中，金属芯线和导电液体构成电容器的两个电极，液面高度变化时，正对面积发生变化，使电容器电容变化，如果知道了电容器电容的变化情况就可以知道液面高度的变化情况，则乙图的传感器可以用来测量液面的高度，故B正确；
C.丙图中，力作用在可动电极上，可动电极发生形变，与固定电极间距离发生变化，使电容器电容变化，如果知道了电容器电容的变化情况就可以知道力的变化情况，则丙图的传感器可以用来测量压力，故C正确；
D.丁图中，随着电介质进入极板间长度的变化，使电容器电容变化，如果知道了电容器电容的变化情况就可以知道电介质进入长度的变化情况，则丁图的传感器可以用来测量位移，故D错误。
故选ABC。
12.【答案】
【解析】A.话筒工作时，通过线圈切割磁感线，产生感应电动势，从而形成感应电流，磁铁不动，话筒工作时将声音信号转变为电信号，故A正确；
放音时是磁生电，变化的磁场在静止的线圈内激发起感应电流，即利用了电磁感应现象原理，故B正确，C错误；
D.录音时是电生磁，线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场，即利用了电流的磁效应原理，故D正确。
13.【答案】
【解析】由图象可知，在这区间里电阻随温度升高而减小；在这区间里电阻随温度的升高而增大；在区间里电阻随温度的升高而减小。即温度超过时，功率随温度增加而增大，又因为该器件有“发热、保温双重功能”，可知设计的正常工作温度应当小于。温度升到前，电阻随温度的升高而减小，功率增大，温度升高更快；温度一旦超过，电阻随温度的升高而增大，功率减小，放出热量减小，温度升高变慢，当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在至间的某一值不变，保持稳定，故C错误，D正确。
由上述分析，半导体通电后工作温度小于，即其电阻率先变小后变大，电阻先变小后变大，又电源电压不变，由可知，半导体材料的电功率先变大，后变小，故A正确，B错误；
故选AD。
14.【答案】
【解析】、如图，电流方向向右，电子定向移动方向向左，根据左手定则判断可知，电子所受的洛伦兹力方向向上，则积累了电子，之间产生向上的电场，所以板比板电势低。故A正确，B错误；
C、根据分析可知，当电子受到的电场力增大到与洛伦兹力平衡时，不再有电子向极板聚集，此时两板间保持恒定电势差，即，则有，又由于，代入可得：，故越大，越小，故C错误；
D、由，得自由电子定向移动的速度为：，故D正确。
15.【答案】
【解析】、记录闯红灯时需闭合开关启动照相进行记录工作，指示灯为绿时照相机不工作，AB正确；
C、当质量为时压力，此时，电流正好为，当质量小于时，更大，电流更小，不会触发衔铁，车辆不会被拍照，C正确；
D、再串联一个电阻会增加总电阻减小电流，因此更难拍下质量小的车，D错误。
16.【答案】
【解析】A.根据传音设备可知，此敏感元件是把激光信息转化为电学信息，故敏感元件可以是光敏电阻，故A正确；
B.互感器不会改变频率，故激光频率不会随音乐的变化而变化，故B错误；
C.根据变压器原理可知，流经激光头的电流强度随音乐的变化而变化，故C正确；
D.传音距离“远”是利用了激光的平行度好、亮度高的特点，故D正确。
故选ACD。
17.【答案】
【解析】、当有光照射时，的电阻减小，则整个电路总电阻变小，电动势不变，则电流增大，则两端的电压增大，所以两端的电压减小，即信号处理系统获得低电压，故A错误，B正确．
C、当传送带上有物品挡住由射出的光信号，即无光照射 时，的电阻增大，则整个电路总电阻变大，电动势不变，则电流减小，则两端的电压减小，所以两端的电压增大，即信号处理系统获得高电压．则信号处理系统每获得一次高电压就记数一次．所以C错误，D正确；
故选：。
18.【答案】竖直向下 前表面 电压表示数和电流表示数
适当减小或适当增大工作电流或增大电源电动势或减小滑动变阻器阻值。
【解析】根据安培定则，通电直导线在磁芯上的磁感线为顺时针方向，即则间磁场方向为竖直向下。
电流向右，根据左手定则，安培力向里，载流子是负电荷，故后表面带负电，前表面带正电，故前表面电势较高。
设前后表面的厚度为，最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡，有
根据电流微观表达式，有
联立解得
因此还必须测量的物理量为电压表读数和电流表读数。
若要提高灵敏度，可采用的操作是适当减小或适当增大工作电流或增大电源电动势或减小滑动变阻器阻值。
故答案为 竖直向下 前表面 电压表示数和电流表示数 适当减小或适当增大工作电流或增大电源电动势或减小滑动变阻器阻值。
19.【答案】；； 左。
【解析】根据图甲坐标系中曲线的趋势可以得出，电阻随温度的升高而减小，因此热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，热敏电阻所在电路电流增大，电磁铁磁性增强，所以为了使温度过高时发送报警信息，则开关应该接在处；
根据安培定则可知此时电磁铁右端为极；若使报警的最低温度提高些，则热敏电阻的阻值减小，为了保证电路中电流大小不变，则应增大滑动变阻器的阻值，所以应将滑片向左移动。
20.【答案】开始煮饭时用手压下开关按钮，永磁体与感温铁氧体相吸，手松开后，由于此时锅内温度低于感温铁氧体的居里点，感温铁氧体与永磁体相吸，按钮不会恢复教材图示状态，这样触点保持接通，电热板通电加热。
水沸腾后，当锅内有一定水分时，由于水沸腾时温度保持不变，故锅内温度保持不变，因此感温铁氧体未达到居里点仍有磁性，保持与永磁体相吸引，继续加热至饭熟。此过程中温度基本不变。
饭煮熟后水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升高达到感温铁氧体的居里点时，感温铁氧体失去磁性，在弹簧作用下永磁体被弹开，触点分离，切断电源，停止加热。
如果用电饭锅烧水，在水沸腾后只要锅内有水，温度将保持在，没有达到感温铁氧体的居里点，故不能自动断电。只有水烧干后，温度升高到才能自动断电。
【解析】电饭锅应用了温度传感器，它的主要元件感温铁氧体，特点：在常温下具有铁磁性，但温度升高到时便失去了铁磁性，不能被磁铁吸引．而水的沸点为，从而即可判定。
考查了电饭锅应用了温度传感器概念及特点，注意感温磁体的作用，及知道“居里点”．
21. 【解析】由于冷态时材料电阻较小，根据公式知，其发热功率很大，故升温快；
温度在以下时，“”电熨斗发热元件的电阻较小，发热功率较大，发热快于散热，温度升高；温度在以上时，发热元件的电阻较大，发热功率较小，散热快于发热，温度降低，故通电一段时间后“”电熨斗温度自动稳定在范围之内。
22.【答案】 ；断路；；减小。
【解析】合上开关，应用多用电表的直流电压挡去排查电路故障，故应将选择开关旋至；表笔接入继电器线圈两端时，多用电表的指针偏转，说明线圈以外部分未发生断路；表笔接入热敏电阻两端时，多用电表的指针不偏转，则说明继电器线圈断路，回路中没有电流，热敏电阻两端电压为零；
如果设置报警温度为，由图像可知该温度对应的热敏电阻阻值为
根据闭合电路欧姆定律可得
可得至少应将变阻箱的电阻调节到；
要使报警系统更灵敏，即温度较低时就报警，即增大，则只有减小滑动变阻器才能使电流达到吸合电流。
故答案为 ；断路；；减小。
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