物理选择性必修 第二册第五章 传感器2 常见传感器的工作原理及应用达标测试

5.2常见传感器的工作原理专题复习2021—2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第二册

一、选择题（共15题）

1．有这样一只音乐茶杯，茶杯平放桌上时，无声无息，提起茶杯，茶杯边播放悦耳的音乐，边闪烁着五彩的光芒，当用书挡住底部时（不与底部接触），音乐停止，音乐茶杯中所用的元件属于哪类传感器（　　）

A．超声波传感器 B．温度传感器

C．压力传感器 D．光电传感器

2．下列器件可作为传感器的有（ ）

A．热电阻 B．干电池

C．电键 D．二极管

3．家用电饭锅使用的传感器类型是：（     ）

A．温度传感器 B．红外传感器

C．声音传感器 D．湿度传感器

4．在生活中，许多地方都应用了传感器，像路灯的自动控制就要用到（   ）

A．位移传感器    

B．光传感器                        

C．温度传感器                        

D．压力传感器

5．光传感器的作用是(　　)

A．利用光敏电阻将光信号转化为电信号

B．利用光敏电阻将电信号转化为光信号

C．利用光敏电阻将光信号与电信号互为转化

D．以上说法都不正确

6．热敏电阻的阻值是随环境温度的增大而减小的．要想设计一个通过电表示数反映热敏电阻随环境温度变化的电路，要求温度升高时电表示数减小，电源电压不变，如图所示的四种电路符合要求的是（       ）

A． B． C． D．

7．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，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

8．电视机中有一个传感器，它能将遥控器发出的红外线信号转化为电信号．下列装置也利用了这种传感器的是

A．电话机的话筒 B．楼道里的声控开关

C．空调中的遥控接收器 D．冰箱中的温控器

9．关于传感器，下列说法正确的是(　　)

A．传感器能将电学量按一定规律转换成非电学量

B．金属热电阻是一种可以将电学量转换为热学量的传感器

C．干簧管是能够感知电场的传感器

D．半导体热敏电阻的阻值随温度的升高而减小

10．如图甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势E=9.0V，内阻不计；G为灵敏电流表，其内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示，闭合开关S，当R的温度等于20℃时，电流表示数I1=2mA；当电流表的示数I2=3.6mA时，热敏电阻的温度是(          )

A．60℃ B．80℃ C．100℃ D．120℃

11．利用霍尔元件可以进行微小位移的测量。如图甲所示，将固定有霍尔元件的物体置于两块磁性强弱相同、同极相对放置的磁体缝隙中，建立如图乙所示的空间坐标系。保持沿x方向通过霍尔元件的电流I不变，当物体沿z轴方向移动时，由于不同位置处磁感应强度B不同，霍尔元件将在y轴方向的上、下表面间产生不同的霍尔电压UH。当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度B为0，UH为0，将该点作为位移的零点。在小范围内，磁感应强度B的大小和坐标z成正比，这样就可以把电压表改装成测量物体微小位移的仪表。下列说法中正确的是（　　）

A．该仪表只能测量位移的大小，无法确定位移的方向

B．该仪表的刻度线是不均匀的

C．若霍尔元件中导电的载流子为电子，则当∆z>0时，上表面电势高

D．电流I越大，霍尔电压UH越大

12．某力敏电阻的阻值随着压力的增大而线性减小。一同学利用该力敏电阻设计了判断小车在水平方向上运动状态的装置。其工作原理如图甲所示，将力敏电阻和一块档板固定在绝缘小车上，之间放置一个光滑绝缘重物M，重物与挡板之间通过轻弹簧连接。某次实验中，电流表示数随时间变化关系如图乙所示、已知0-t1时间内，小车处于静止状态，则（　　）

A．0~t1时间内，弹簧处于压缩状态

B．t1~t2时间内，小车的加速度随时间均匀减小

C．t2~t3时间内，小车可能向左做匀减速直线运动

D．t2~t3时间内，小车可能向左做加速度增大的加速直线运动

13．.如图所示的电路可将声音信号转化为电信号，该电路中，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，构成了一个电容器，且通过导线与恒定电源两极相接，若声源S做简谐运动，则（　　）

A．a振动过程中，板之间的电场强度不变

B．a振动过程中，板所带的电荷量不变

C．a振动过程中，电路中始终有方向不变的电流

D．a板向右位移最大时，电容器的电容最大

14．如图所示，Rt为金属热电阻，R1为光敏电阻，R2和均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，V为理想电压表，现发现电压表示数增大，可能的原因是

A．金属热电阻温度升高，其他条件不变

B．金属热电阻温度降低，光照减弱，其他条件不变

C．光照增强，其他条件不变

D．光照增强，金属热电阻温度升高，其他条件不变

15．酒精测试仪用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车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。酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化，在如图所示的电路中，不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系。如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r′的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么，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 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

二、填空题（共4题）

16．与金属不同的是，有些半导体的导电能力随温度的升高而________，故可以用半导体材料制作________。

17．如图所示是“模块机器人”的控制器。其中①是“电源”键、②是“选择”键、③是“运行”键、④是“复位”键。现用这个控制器设计一个“模块机器人”来控制家用厨房间的“自行排气”。控制的要求是：当打开厨房间的灯或厨房间温度升高时，排气扇都能启动，则：

(1)控制器的执行器插口应接__________。

(2)传感器的插口应接____________________、____________________。

(3)控制器的“选择”键应置于__________控制方式。

18．如图甲所示为在温度为10 ℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1＝20 kΩ，R2＝10 kΩ，R3＝40 kΩ，Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示．当a、b端电压Uab＜0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当Uab＞0时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在________℃．

19．已知某热敏电阻R1的阻值随温度升高而降低，329~40°C温度与阻值对应关系如下表。

（1）为了验证33°C时热敏电阻准确值，把保温箱调整到33°C，热敏电阻放入其中，实验室提供的器材如下∶

A．电源E（电动势为9 V）                         B．电流表A1（0-3 mA，内阻约100 Ω）

C．电流表A2（0~0.6 A，内阻约0.2 Ω）        D．电压表V（0~9 V，内阻约9 kΩ）

E.滑动变阻器R（0~20 Ω，额定电流1 A）     F.开关、导线若干

①为了得到尽量多的测量数据并较准确的测定热敏电阻阻值，实验中应选择的电流表是____（用所选器材前的字母表示）；

②请根据提供的器材，在虚线框内画出实验电路图，部分电路已经画出______。

（2）人工孵化温度最适宜为38°C左右。根据种蛋的大小、品种和环境温度以及机器性能不同，理想的孵化温度会有一定的变化，但高不能超过39°C ，低不能低于36°C。某同学设计了使用电磁继电器和热敏电阻自动控制孵化器内温度装置，设计如图所示，回答下列问题∶

①EF间接220V交流电，加热电阻应接在________（填“AB”或“CD”）之间。

②控制电路中R1为热敏电阻，直流电源电动势为9V，内阻忽略，R2是滑动变阻器，当通过热敏电阻电流为2mA时，电流通过电流放大器放大恰好可以把衔铁吸引下来，AB电路被断开，CD电路被接通。则滑动变阻器R，应选择(      )

A．滑动变阻器R（0~ 1000 Ω）                 B．滑动变阻器R（0 ~ 2000 Ω）

③使用前检测时发现电路接通正确，但当温度达到39°C时加热电阻才停止加热，此时应调节滑动变阻器R2，使R2______（填“调大” 或“调小”）一些。

三、综合题（共4题）

20．如图甲表示某金属丝的电阻随摄氏温度变化的情况。把这段金属丝与电池、电流表串联起来（图乙），用这段金属丝做测温探头，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电阻温度计。请判断：如果电池的电动势和内阻都是不变的，电流表上代表、的两点，哪个应该标在电流比较大的刻度上？

21．霍尔元件是一种能将磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量的传感器，其基本结构如图所示，M为半导体薄片（砷化镓），B为外加与薄片垂直的磁场，a、b、c、d为霍尔电极。若在ab方向通以恒定电流I，请简要分析霍尔电势的形成过程及方向。

22．一般说来，物体在温度升高时膨胀，温度降低时收缩，这一现象称为热胀冷缩．在相同的条件下，气体的热胀冷缩最显著，液体次之，固体最不显著．固体、液体、气体的这种性质都可以被利用．有一些电冰箱中的自动温度控制装置，就是根据气体热胀冷缩的性质制成的．如图是它的结构示意图，其中金属盒是用薄的弹性钢片制作，表面有一些环状波纹，内部密封有一定量的气体．结合图片尝试分析它的控温原理．

23．如图所示是一个应变式力传感器，弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片。结合力传感器的特点，叙述它的工作原理。

参考答案：

1．D

2．A

3．A

4．B

5．A

6．D

7．B

8．C

9．D

10．D

11．D

12．AD

13．D

14．B

15．B

16．     增强     热敏电阻

17．     电风扇     温度传感器     光传感器     或门

18．32

19．     B          AB     B     调小

20．标在电流较大的刻度上

21．

根据左手定则知，自由电子向d电极偏转，所以d电极这一侧聚集负电荷，另一端聚集正电荷，所以d点的电势低于c点的电势，cd两点间形成电势差，方向在半导体外部由c指向d。

22．当电冰箱内的温度高于设定温度时，金属盒内的气体膨胀，使金属盒的两个侧面凸起来，透过连杆带动控制连杆，动触点向右移动，与两静触点接触，接通工作电路，压缩机工作，电冰箱内温度降低．

当温度降低至设定温度以下，金属盒内气体体积减小，金属盒的两个侧面凹进去，通过连杆带动控制连杆，动触点向左移动，导致动触点与静触点分离，切断工作电路，压缩机停止工作．如此反复，保持电冰箱内的温度不高于设定温度．   

23．在梁的自由端施力F，则梁发生弯曲，上表面拉伸，下表面压缩，上表面应变片的电阻变大，下表面应变片的电阻变小。力F越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大。如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变大，下表面应变片两端的电压变小。传感器把这两个电压的差值输出。力F越大，输出的电压差值也就越大。