高中物理第5章 传感器及其应用第1节 常见传感器的工作原理习题

5.1常见传感器的工作原理同步练习2021—2022学年高中物理鲁科版（2019）选择性必修第二册

一、选择题（共15题）

1．许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现人靠近它就开启；而在白天，即使有人靠近它也没有反应，它的控制电路中可能接入的传感器是（　　）

①温度传感器②人体红外线传感器③声音传感器④光敏传感器

A．①② B．②③ C．③④ D．②④

2．下列关于传感器说法正确的是（   ）

A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用

B．霍尔元件能够把磁学量（如磁感应强度）转化为电学量（如电压）

C．光敏电阻随光照强度增加电阻增大

D．热敏电阻的阻值随温度的升高而升高

3．物理传感器是利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出相关信息的，化学传感器是利用化学反应识别和检测信息的。下列说法正确的是（       ）

A．凡将非电学量转化为电学量的传感器都是物理传感器

B．气敏传感器只能是物理传感器

C．物理传感器只能将采集到的信息转换为电压输出

D．物理传感器利用的是物质的物理性质和物理效应

4．下列说法不正确的是（　　）

A．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的一种元件

B．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

C．电子秤所使用的传感器是力传感器，是把形变这个力学量转化为电压这个电学量

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

5．用电流传感器可以清楚地演示一些电学组件对电路中电流的影响.如图所示，在电路中接入电感线圈，闭合开关时，计算机显示的电流随时间变化的图像会是图中的（）

A．

B．

C．

D．

6．以下敏感元件中不是通过测量电阻的变化来确定外界非电学量的变化的是

A．光敏电阻 B．干簧管 C．热敏电阻 D．电阻应变片

7．关于传感器，下列说法中不正确的是（　　）

A．热敏电阻是由金属制成的，对温度感知灵敏

B．电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转化为电压信号

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．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量

8．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

9．下列说法不正确的是(　　)

A．电熨斗中的双金属片是温度传感器

B．金属热电阻的化学稳定性好，但灵敏度差

C．热敏电阻是把热量这个热学量转换为电阻这个电学量

D．霍尔元件是能够把磁感应强度这一磁学量转换为电压这一电学量的传感器

10．．在一些星级宾馆的洗手间经常装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，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 (　　)

A．改变了湿度 B．改变了温度

C．改变了磁场 D．改变了电容

11．诺贝尔物理学奖授予了法国科学家阿尔贝•费尔和德国科学家彼得•格林贝格尔，以表彰他们发现“巨磁电阻（GMR）效应”．基于巨磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的磁电技术，被认为是纳米技术的第一次真正应用．下图是研究巨磁电阻特性的原理示意图，实验发现，当闭合S1、S2后使滑动变阻器的滑片P向左滑动的过程中，指示灯明显变亮，下列说法中正确的是（　　）  

A．滑片P向左滑动的过程中，电磁铁的磁性减弱

B．巨磁电阻的阻值随磁场的增强而明显增大

C．巨磁电阻的阻值随磁场的增强而明显减小

D．巨磁电阻不可用来制作磁电传感器

12．如图是一火警报警电路的示意图，R3为用半导体热敏材料制成的传感器，这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而减小。值班室的显示器为电路中的电流表，电源两极之间接一报警器。当传感器R3所在处出现火情时，电流表显示的电流I、报警器两端的电压U的变化情况（　　）

A．I变大，U变小

B．I变小，U变小

C．I变小，U变大

D．I变大，U变大

13．电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装置。由于电容器的电容取决于极板正对面积、极板间距离以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而又可推出另一个物理量的值的变化，如图所示是四种电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，下列说法不正确的是（　　）

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

14．2018年春节期间，按照公安部统一部署，全国各大中城市进行了大规模集中整治酒驾行动。据统计酒驾违法者比往年同期下降了40％。执法交警所使用的酒精测试仪主要元件是一种氧化物半导体传感器。这种具有N型导电性的氧化物的电阻会随其周围气体浓度的变化而变化。这种传感器的电阻与酒精气体的浓度c成反比，在如图所示的简化原理图中，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越小，但c与U不成反比

B．U越大，表示c越小，与U成反比

C．U越大，表示c越大，但c与U不成正比

D．U越大，表示c越大，c与U成正比

15．下列关于传感器说法中不正确的是（　　）

A．电子秤所使用的测力装置是力传感器，它将压力大小转化为可变电阻，进而转化为电压信号

B．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

C．电熨斗能自动控制温度的原因是它装有双金属片，这种双金属片的作用是控制电路的通断

D．光敏电阻能够把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量

二、填空题（共4题）

16．电阻应变片

（1）电阻应变效应：金属导体在外力作用下发生机械形变时，其电阻也随之变化的现象。

（2）电阻应变片：电阻应变片有金属电阻应变片和_____，半导体电阻应变片的工作原理是基于半导体材料的_____。

（3）电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为_____这个电学量。

17．(1)如图甲所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔分别与光敏电阻Rg的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的中央．若用不透光的黑纸将Rg包裹起来，表针将向________(填“左”或“右”)转动；若用手电筒光照射Rg，表针将向________(填“左”或“右”)转动．

(2)如图乙所示，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，再将电表的两支表笔分别与负温度系数的热敏电阻RT的两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的中央．若往RT上擦些酒精，表针将向________(填“左”或“右”)转动；若用吹风机热风吹向RT，表针将向________(填“左”或“右”)转动．

18．传感器及其工作原理

（1）传感器的定义：能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等被测量，并能把它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的可用信号输出。通常转换成的可用信号是电压、电流等_____，或转换为电路的_____。

（2）非电学量转换为电学量的意义：把非电学量转换为电学量，可以很方便地进行测量、_____、处理和_____。

（3）传感器的组成：传感器的基本部分一般由_____、_____组成。

（4）传感器应用的一般模式

19．如图甲所示，是某种材料制成的电阻随摄氏温度变化的图象，若用该电阻与电池（电动势，内阻不计）、电流表（量程为，内阻不计）、电阻箱串联起来，连接成如图乙所示的电路，用该电阻做测温探头，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“金属电阻温度计”。

（1）该热敏电阻最有可能的是由____________制作而成的（选填字母）

A、金属合金材料        B、半导体硅材料          C、塑料材料

（2）电流刻度逐渐变大，材料所处环境对应的温度在___________；（选填"变大”或“变小”）

（3）若电阻箱阻值，当电流为时对应的温度数值为________。

三、综合题（共4题）

20．参考“信息浏览”中所列的敏感元件，到电子元件市场调查有哪些敏感元件可以用来做传感器。观察各种敏感元件，了解它们的型号、价格和用途，写一份调查报告，并与同学交流。

21．某些非电磁量的测量是可以通过一些相应的装置转化为电磁量来测量的。一平行板电容器的两个极板竖直放置在光滑的水平平台上，极板的面积为S，极板间的距离为d，电容器的电容公式为（E是常数但未知）。极板1固定不动，与周围绝缘，极板2接地，且可在水平平台上滑动，并始终与极板1保持平行。极板2的侧边与劲度系数为k，自然长度为L的两个完全相同的弹簧相连。两弹簧的另一端固定，弹簧L与电容器垂直，如图甲所示。如图乙所示是这一装置的应用示意图，先将电容器充电至电压U后，即与电源断开，再在极板2的右侧的整个表面上施以均匀向左的待测压强p，使两极板之间的距离发生微小的变化。测得此时电容器的电压改变量为ΔU。设作用在电容器极板2上的静电力不致于引起弹簧可测量到的形变，试求待测压强p。

22．请从网上或参考资料上查找传感器技术的最新进展，写一篇调研报告。

23．干簧管结构：如图甲所示，玻璃管内封入了两个软磁性材料制成的簧片，接入图乙电路，当条形磁体靠近干簧管时：

（1）会发生什么现象，为什么？

（2）干簧管的作用是什么？

参考答案：

1．D

2．B

3．D

4．B

5．B

6．B

7．A

8．D

9．C

10．D

11．C

12．B

13．D

14．C

15．B

16．     半导体电阻应变片     压阻效应     电阻

17．     (1)左     右     (2)左     右

18．     电学量     通断     传输     控制     敏感元件     转换电路

19．     A     变小     100

20．

敏感元器件是指它的特性会随着某种（某些）外部条件的变化而变化的元器件。敏感元器件分为两类，一类特性变化是非线性的，如压敏电阻，当电压小于敏感值时，电阻值很大，电压高于敏感值时，电阻很小，一般用在电源的保护电路中。另一类特性变化是接近线性的，用来测量相应的物理量，通常制造成产品，指标规范，参数稳定，称为传感器。如：对温度敏感的温度传感器，对压力敏感的压力传感器等等。

21．

22．

光敏电阻：光敏电阻能够把光照强度这个非电学量转换为电阻这个电学量；热敏电阻和金属热电阻：热敏电阻和金属热电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量；霍尔元件：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；应变式力传感器：应变片能够把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量；干簧管：干簧管将磁场的变化转换成电路的通断。

23．（1）灯泡会亮，因为当条形磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通；（2）干簧管起到开关的作用，是一种能够感知磁场的传感器。