5.2常见传感器的工作原理
课时作业（含解析)
1．当你走近某些宾馆、酒店的大门时，门就会自动为你打开；当你走进门之后，门又在你身后自动关上．你觉得这可能是将下列哪种外界信息转换为有用的信息( )
A．温度
B．紫外线
C．可见光
D．红外线
2．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小。某实验小组在升降机水平地面上利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置。其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻、定值电阻R、电流显示器、电源E连成电路，在压敏电阻上放置一个绝缘重物。0～t1时间内升降机停在某一楼层处，t1时刻升降机开始运动，从电流显示器中得到电路中电流i随时间t变化情况如图乙所示。则下列判断正确的是
A．t1～t2时间内绝缘重物处于超重状态
B．t3～t4时间内绝缘重物处于失重状态
C．升降机开始时可能停在10楼，从tt时刻开始，经向
下加速、匀速、减速，最后停在l楼
D．升降机开始时可能停在l楼，从t1时刻开始，经向上加速、匀速、减速，最后停在10楼
3．下列器件，没有使用温度传感器来控制其电路工作的是（
）
A．调温电熨斗
B．动圈式话筒
C．电饭锅
D．自动控温热水器
4．如图所示电路中，R为某种半导体气敏元件，其阻值随周围环境一氧化碳气体浓度的增大而减小．当一氧化碳气体浓度增大时，下列说法中正确的是
A．电压表V示数增大
B．电流表A示数减小
C．电路的总功率减小
D．变阻器R1的取值越大，电表示数变化越明显
5．如图是酒精测试仪的原理图，R0为定值电阻．已知酒精气体传感器的电阻与酒精气体的浓度成反比，如果测试到的酒精气体浓度越大，那么（
）
A．传感器的电阻越大
B．电压表的示数越大
C．通过传感器的电流越小
D．电路消耗总功率越小
6．如图甲所示为一种电容式位移传感器的原理图，当被测物体在左右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动。已知电容器的电容与电介质板进入电容器的长度x之间的关系如图乙所示，其中C0为电介质没有插入电容器时的电容。为判断被测物体是否发生微小移动，将该电容式位移传感器与电源、电流表、开关组成串联回路(图中未画出)。被测物体的初始位置如图甲所示。电路闭合一段时间后，下列说法正确的是( )
A．若电源为直流电源且直流电流表示数不为零，说明物体一定在发生移动
B．若电源为直流电源且直流电流表示数变大，说明物体一定在向右发生移动
C．若电源为交流电源且交流电流表示数不为零，说明物体一定在发生移动
D．若电源为交流电源且交流电流表示数变大，说明物体一定在向右发生移动
7．商场里常用电子秤，电子秤中使用的是（ ）
A．温度传感器
B．压力传感器
C．超声波传感器
D．红外线传感器
8．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程．下列所述与其工作原理相同的是( )
A．走廊照明灯的声控开关
B．宾馆天花板上安装的火灾报警器
C．自动洗衣机中的压力传感装置
D．电饭煲中控制加热和保温的温控器
9．下列关于传感器的说法中正确的是(
)
A．电子秤应用的是光传感器
B．电饭锅通过温度传感器实现温度的自动控制
C．干簧管是一种能够感知电场的传感器
D．霍尔元件能够把电学量转换为磁学量
10．下列说法正确的是（ ）
A．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
B．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
C．霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电流这个电学量
D．半导体热敏电阻常用作温度传感器，温度升高，它的电阻值变大
11．为解决楼道的照明，在楼道内安装一个传感器与电灯的控制电路相接．当楼道内有走动而发出声响时，电灯即与电源接通而发光，这种传感器为________传感器，它输入的是________信号，经传感器转换后，输出的是________信号．
12．一些材料的电阻随温度的升高而变化．如图甲是由某金属材料制成的电阻R随摄氏，温度t变化的图象，若用该电阻与电池(电动势E＝1.5
V，内阻不计)、电流表(量程为5
mA，内阻不计)、电阻箱R′串联起来，连接成如图乙所示的电路，用该电阻作测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“金属电阻温度计”．
(1)电流刻度较大处对应的温度刻度________(选填“较大”或“较小”)；
(2)若电阻箱阻值R′＝160
Ω，当电流为5
mA时对应的温度数值为________℃.
13．如图所示，条形磁铁置于水平转台上且随转台一起做匀变速转动，磁传感器位于转台边缘，获得传感器所在位置的磁感应强度随时间的变化曲线如图所示.图中横坐标为时间，每格表示的时间是3s，纵坐标为磁感应强度.
（1）请类比平均速度的定义方法，定义平均角速度，并求出转台在测量期间的平均角速度.
（2）请类比加速度的定义方法，定义角加速度，并求出转台的角加速度.
参考答案
1．D
【解析】
人走向门口时，门会自动打开，是因为安装了红外线传感器。从而能感知红外线，导致门被打开，故选D。
2．C
【解析】
AB、t1～t2时间内电路中电流i比升降机静止时小，说明压敏电阻增大，压力减小，重物处于失重状态，故A错误，B正确；
C、t3～t4时间内电路中电流i比升降机静止时大，说明压敏电阻减小，压力增大，重物处于超重状态，根据重物的状态可知，若升降机开始时停在10楼，则t1时刻开始，向下加速、匀速、向下减速，最后停在1楼，故C正确；
D、若升降机开始时停在l楼，t1时刻开始向上加速、匀速、减速，即重物先处于超重、既不超重也不失重、失重状态，与上分析不符，故D错误；
故选BC。
【点睛】通过压敏电阻将压力信号转换成电信号，从而根据电路中电表的示数来分析压敏电阻的变化，判断压力的变化，确定升降机的运动状态。
3．B
【解析】
电熨斗是利用双金属片制成的自动开关.双金属片是把长和宽都相同的铜片和铁片紧紧地铆在一起做成的.受热时,因为铜片膨胀得比铁片大,双金属片便向铁片那边弯曲.温度愈高,弯曲得愈显著.故A错误;动圈式话筒将声音这个非电学量转化为电流.
没有使用温度传感器来控制其电路.故B正确；电饭锅的工作原理:开始煮饭时,用手压下开关按钮,永磁体与感温磁体相吸,手松开后,按钮不再恢复到图示状态,则触点接通,电饭锅通电加热,水沸腾后,因为锅内保持
不变,故感温磁体仍与永磁体相吸,继续加热,直到饭熟后,水分被大米吸收,锅底温度升高,当温度升至“居里点”时,感温磁体失去铁磁性,在弹簧作用下,永磁体被弹开,触点分离,切断电源,从而停止加热.故C错误;自动控温热水器使用热敏电阻,将温度这个非电学量转化为电流,使用了温度传感器来控制其电路工作.故D错误.故选B
4．B
【解析】
试题分析：当一氧化碳气体浓度减小时，R增大，总电阻增大，则总电流减小，内电压减小，路端电压增大，可知，通过R1的电流增大，因此电压表V示数增大，通过变阻器的电流增大，则电流表A示数减小．故A错误，B正确．电路的总功率为
P=EI，E不变，I减小，则P减小，故C错误．变阻器R1的取值越大，R1与R并联的阻值越接近R，R对电路的影响越大，则知变阻器R1的取值越大，电压表示数变化越明显．故D错误．故选B．
考点：电路的动态分析
5．B
【解析】
由题意可知，酒精气体传感器的电阻与酒精气体的浓度成反比，酒精气体浓度越大，则酒精气体传感器电阻越小，故A错误；酒精气体浓度越大，传感器电阻越小，传感器分压越小，定值电阻分压越大，电压表示数越大，故B正确；酒精气体浓度越大，传感器电阻越小，电路总电阻越小，电源电动势不变，由欧姆定律可知，电路电流越大，通过传感器的电流越大，故C错误；酒精气体浓度越大，传感器电阻越小，电路电流越大，电源电动势不变，由P=EI可知，电路消耗的总功率越大，故D错误。
6．A
【解析】
若电源为直流电源，物体不动，则直流电流表示数必定为零，直流电流表示数不为零，说明物体一定在发生移动，故A正确；物体左、右移动分别对应充电、放电，不管物体向左、右哪个方向移动，直流电流表示数都将变大，故B错误；电容器有通交流，隔直流的特点，因此若电源为交流电源，物体不移动时，交流电流表示数也不为零，故C错误；若电源为交流电源且交流电流表示数变大，说明电容器容抗变小，即电容变大，说明物体一定向左发生移动，故D错误。
7．B
【解析】
根据电子秤的工作原理，可知当电子秤受到压力的作用时，会显示相应的大小，故使用的是压力传感器，故B正确，ACD错误。故选B。
8．B
【解析】
用遥控器调换电视机的频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。走廊照明灯的声控开关，实际是将声波转化成电信号的过程，故A错误；火灾报警器当有烟雾时，经过漫反射，将光信号转换成电信号，从而发出警报。所以该传感器是用光传感器实现报警的，故B正确；自动洗衣机中的压力传感装置，是将压力转化成电信号的过程，故错误；电饭煲中控制加热和保温的温控器，是将温度转化成电信号的过程，故D错误。
9．B
【解析】
电子秤应用的是压力传感器，选项A错误；电饭锅通过温度传感器实现温度的自动控制，选项B正确；干簧管是一种能够感知磁场的传感器，选项C错误；霍尔元件能够把磁学量转换为电学量，故D错误。故选B.
10．B
【解析】
试题分析：话筒是将声信号转化为电信号的声传感器，A错误，电熨斗通过温度传感器实现温度的自动控制，B正确；霍尔元件是把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量，C错误；半导体热敏电阻常用作温度传感器，因为温度越高，它的电阻值越小，D错误
故选B
考点：常见传感器的工作原理．
点评：了解各种传感器的特点、工作原理，在仪器设备中的应用是解决本题的关键．
11．声控声音电
【解析】
当楼道内有走动而发出声响时，电灯即与电源接通而发光，这种传感器为声控传感器，它输入的是声音信号，经传感器转换后，输出的是电信号．
12．
较小
40
【解析】（1）根据闭合电路欧姆定律得，电路中电流
，可见，电阻R越小，电流I越大，对应的温度越低，所以电流刻度较大处对应的温度刻度较小．
（2）当电流为5mA时，由闭合电路欧姆定律，得R=-R′=300-160Ω=140Ω，
由R-t图象，根据数学得到R=t+100（Ω），当R=140Ω，t=40℃．
13．（1）
（2）
【解析】
(1)由图像可知，在测量期间，磁铁转动的周期数为7，用时51
s，故平均角速度
(2)类比加速度的定义，角加速度为角速度的增量与所用时间的比值.测量期内，从第一个周期开始到第七个周期开始的时间间隔t=42s.第一个周期用时6s,角速度为
rad/s≈1.05rad/s.第七个周期用时约为8s，角速度为
rad/s≈0.79rad/s.所以角加速度为.5.2常见传感器的工作原理
课时作业（含解析)
1．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LED、光电三极管和不透明的挡板。平时外罩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（
）
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．发生火灾时，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．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，发出警报
D．发生火灾时，进入罩内的烟雾对光有折射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报
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．如图所示为一种常见的身高体重测量仪，测量仪顶部向下发射超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪可记录发射和接收的时间间隔。测量仪底部有一压力传感器，其输出电压与作用在其上的压力F成正比，表达式为U=kF（k为比例系数）。某同学已知了自己的身高h、质量m和重力加速度g，他想利用该装置测量超声波速度v和比例系数k，他多次研究发现，当他站上测重台时测量仪记录的时间间隔比他没站上时减少了；当他没站上测重台时，测量仪已有输出电压为U0（U0≠0），当他站上测重台时测量仪输出电压为U，那么超声波v与比例系数k为（）
A．
B．
C．
D．
4．图为火灾报警器，在会议室、宾馆房间的天花板上均有安装。当有烟雾进入这种有孔的罩内时即会发出警报，则该报警器中装有的传感器是(
)
A．光传感器
B．压力传感器
C．声音传感器
D．温度传感器
5．下列有关传感器的说法正确的是
（
）
A．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
B．楼梯口的电灯开关装的两种传感器是热敏电阻和光敏电阻
C．电子秤所使用的测力装置是力传感器
D．半导体热敏电阻常用作温度传感器，因为温度越高，它的电阻值越大
6．传感器的应用改变了我们的生活，没有传感器，就不可能有现代化的自动控制技术，下列有关传感器的判断正确的是（
）
A．传感器是将电学量（如电压、电流等）转化成非电学量（如压力温度、位移等）的装置
B．热敏电阻的电压随温度变化而变化
C．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
D．光敏电阻在有光照射时，电阻会变小
7．下列说法正确的是（
）
A．光敏电阻能够把电信号转换成光信号
B．干簧管是一种能够感知静电场的传感器
C．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
D．电容式位移传感器能够把电动势这个电学量转化为物体的位移这个力学量
8．街道旁的路灯利用半导体的电学特性制成了白天自动熄灭，夜晚自动点亮的装置，该装置的工作原理是应用了半导体的（ ）
A．热敏性
B．压敏性
C．光敏性
D．三个特性同时应用
9．洗手后将湿手靠近自动干手机，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，是因为手靠近干手机能够（
）
A．改变湿度
B．改变温度
C．改变磁场
D．改变电容
10．下列使用压力传感器的是（
）
A．洗衣机设有多段式水位自动感应装置
B．火灾报警器
C．酒精测试仪
D．电子秤
11．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。）
12．图是一种自动控制水温的装置，加热电路的两个端点P、Q应棒在触头间a、b之间还是c、d之间
__________.热敏电阻两端M、N应接在哪两个触头之间_______.
13．在蜂鸣式温度报警器的电路中，若将和的位置互换，取适当阻值，如图所示，还能进行高温报警吗？为什么？
14．有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图中的虚线所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器
R
(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)。设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为
0~3A，电源电动势为
E=15V，内阻为
r=1Ω，电阻R随踏板变化的函数为R=29-0.02F
(F和R的单位分别是
N
和Ω)。
（1）求该秤零刻度线
(
即踏板空载时的刻度线)对应的流强度大小；
（2）求该秤能测量的最大体重；
（3）该秤的刻度(体重刻度)是否均匀?
参考答案
1．C
【解析】
由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，部分光线照在三极管上电阻变小与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，所以该传感器是用光传感器实现报警的，故AB不符合题意。
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不符合题意
B.
发生火灾时，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不符合题意
C.
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，发出警报符合题意
D.
发生火灾时，进入罩内的烟雾对光有折射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报不符合题意
2．B
【解析】
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．C
【解析】
设身高体重测量仪高度为L，没有站人时压力传感器的压力为F0，设当测重台上没有站人时，测量仪记录的时间间隔为t0，根据超声波的速度和位移关系可得
vt0=2L；根据传感器输出电压与作用在其上的压力成正比可得U0=kF0；当测重台上站人时，测量仪记录的时间间隔为t，同理可得vt=2（L-h），U=k（F0+mg），联立解得，。
A.
与计算结果不符，故A不符合题意。
B.
与计算结果不符，故B不符合题意。
C.
与计算结果相符，故C符合题意。
D.
与计算结果不符，故D不符合题意。
4．A
【解析】有烟雾进入这种有孔的罩内时对光有散射作用，使光线的光路发生变化，改变传感器上光照强度来发出警报，则该报警器中装有的传感器是光传感器。故A项正确。
5．C
【解析】话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号，选项A错误；楼梯口的电灯开关装的两种传感器是声敏电阻和光敏电阻，选项B错误；电子秤所使用的测力装置是力传感器，选项C正确；半导体热敏电阻常用作温度传感器，因为温度越高，它的电阻值越小，选项D错误；故选C.
6．D
【解析】
A.
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、电量等)的一种元件，故A不符合题意；
B.
热敏电阻的电阻随温度变化而变化将热量转化为电流这个电学量故B不符合题意；
C.
干簧管是将一对磁性材料制成的弹性舌簧片密封于玻璃管中，舌簧端面互叠，但留有空隙，当干簧管处在磁场中，舌簧由于磁化而吸引，利用磁化及磁极间的相互作用，故C不符合题意。
D.
光敏电阻在有光照射时，电阻会变小故D符合题意。
7．C
【解析】A.
光敏电阻是由半导体材料制成的，其电阻值随光照的强弱发生变化，能够把光照强弱变化转换为电阻大小变化，把光信号转变成电信号，故A错误；
B.
干簧管是能够感知磁场的传感器，故B错误；
C.
霍尔元件是能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量，故C正确；
D.
电容式位移传感器能够把物体的位移这个力学量转化为电动势这个电学量，故D错误。
故选：C
8．C
【解析】灯要求夜晚亮、白天熄。则白天有光，黑夜没有光，则是由光导致电路的电流变化，所以电路中光传感器导致电阻变化，实现动控制，因此是利用半导体的光敏性。故C正确、ABD错误。故选C.
点睛：热敏电阻是当温度变化时，导致电阻的阻值发生变化；而光敏电阻则是当有光时，其电阻的阻值发生变化．当它们起作用时，其电阻的阻值都是变小，而金属电阻则是变大．
9．D
【解析】手靠近干手机能使传感器工作，是因为手靠近干手机能够改变传感器的电容，发送启动信号给控制芯片，控制芯片在启动电机工作和加热装置工作，故D正确；
综上所述本题答案是：D
10．AD
【解析】A、洗衣机设有多段式水位自动感应装置，是通过不同的压力转换成电学量，运用的压力传感器，故A正确；
B、火灾报警器，是当有火灾时，会发生烟，进入火灾报警器时，利用光的漫反射，从而触发开关报警，故B错误；
C、交通警察用来检测驾驶员酒精含量的检测器使用的是酒精气体传感器，故C错误；
D、电子秤是将压力转化为电阻的传感器，属于压力传感器，故D正确。
点睛：对常用传感器的工作原理、特性及在实践中的应用要在平时学习中不断积累。
11．
左
变大
【解析】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．
点睛：此题关键是判断电容减小是由于什么因素引起的；关于电容的动态分析问题，电容的决定式和定义式的联合应用通常是解决此类题目的常用方法.
12．a,b之间；
e,f之间；
【解析】
P、Q应该分别接在触头a、b
之间，同时，M、N
应该分别读在触头e、f之间，其工作原理是：加热装置开始加热，当水温升髙时，热敏电阻的阻值减小，电磁铁中的电流增大，吸引力增大，衔铁被吸下,a、b
之间断开，使加热装置停止加热；当水温降低到一定程度时，热敏电阻的阻值增大，电磁铁中的电流减小，吸引力减小，衔铁被弹簧拉上去，a、b
之间连接，加热装置开始加热，从而实现对水温的控制.
【点睛】
理解热敏电阻的特性，并利用电路结构判断电流及电压的变化。
13．不能；变成低温报警器了。
【解析】
RT和R1两个电阻的比值大小决定了A端电平的髙低,决定了触发器是否触发，也就决定了报瞽器是否报警.若RT和R1的位置互换，报警器就变成了低温报警器.
14．（1）0.5A；（2）1250N；（3）刻度不均匀
【解析】
由零刻度线(即踏板空载时的刻度线)对应的压力F=0，根据闭合电路欧姆定律可求得对应电流和最大体重，由电流与F的关系可判断刻度是否均匀。
【详解】
（1）由题意，零刻度线(即踏板空载时的刻度线)对应的压力F=0，由电阻R随踏板变化的函数关系R=29-0.02F，此时R=29Ω，由闭合电路欧姆定律I=，代入E=15V，内阻为r=1Ω得：该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)对应的流强度大小I=0.5A
（2）由题意可知，
F越大，R越小，由闭合电路欧姆定律知电流强度I越大，所以当电流表达到满量程I=3A时F最大。
根据I=，把R=29-0.02F，E=15V，r=1Ω，I=3A代入得：
该秤能测量的最大体重F=1250N
（3）由I=知，电流I与F不成正比，刻度不均匀。
