高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册常见传感器的工作原理及应用课时训练

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册常见传感器的工作原理及应用课时训练，共8页。试卷主要包含了传感器及其工作原理，光敏电阻，金属热电阻和热敏电阻，电阻应变片等内容，欢迎下载使用。
考点一、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．通常是电压、电流等电学量，或转换为电路的通断．
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、传输、处理和控制．
3．传感器的组成：传感器的基本部分一般由敏感元件、转换元件组成．
4．传感器应用的一般模式：
考点二、光敏电阻
光敏电阻在被光照射时电阻发生变化，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．
考点三、金属热电阻和热敏电阻
1．金属热电阻：金属的电阻率随温度的升高而增大，利用这一特性，金属丝可以制作成温度传感器，称为热电阻．
2．热敏电阻：用半导体材料制成，氧化锰制成的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小．
考点四、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，半导体电阻应变片的工作原理是基于半导体材料的压阻效应．
3．电阻应变片能够把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量．
二：考点题型归纳
题型一：传感器的认识和原理
1．(2022秋·浙江杭州·高二期中)如图所示为某汽车的加速度传感器的俯视图。金属块左、右侧分别连接电介质、轻质弹簧，弹簧与电容器固定在外框上，金属块可带动电介质相对于外框左右移动(不能上下移动)，电容器与电源连接，并串联计算机的信号采集器。关于该传感器的说法正确的是( )
A．汽车保持静止时，电容器不带电 B．汽车静止时与直线运动时，电容器的电容可能相同
C．汽车由静止突然向右加速，电路中有逆时针方向的电流
D．汽车向右做匀加速运动过程中，电路中始终有顺时针方向的电流
2．(2023秋·广东广州·高二统考期末)传感器是采集信息的一种重要元件，如图所示是一种电容式压力传感器，当待测压力作用于可动电极时，使它发生形变，从而改变传感器的电容。若电流从灵敏电流计“＋”接线柱流进时指针向右偏，从“－”流进时向左偏。当待测压力突然增大时，下列说法中正确的是( )
A．电容器的电容将减小B．M点的电势比N点的低
C．灵敏电流表指针向左偏转D．若电流计示数稳定且不为零，说明压力F不再变化
3．(2022春·山东烟台·高二期末)某同学设计了一个如图所示的加速度传感器，较重的滑块2可以在光滑的框架1中平移，滑块两侧用弹簧3拉着；R为滑动变阻器，4是滑动片，它与电阻器任一端之间的电阻值都与它到这端的距离成正比，两个电池E的电压相同。按图连接电路后，电压表指针的零点位于表盘中央，当P端的电势高于Q端时，指针向零点右侧偏转。将此加速度传感器固定在运动的物体上，物体沿弹簧方向运动。下列说法正确的是( )
A．当物体向左加速运动时，电压表的指针将向左偏 B．若电压表的示数不变，则说明物体做匀速直线运动
C．若电压表的示数增大，则说明物体的速度正在增大 D．电压表表盘上各刻度对应加速度值的刻度是均匀的
题型二：光敏电阻
4．(2022春·甘肃庆阳·高二期中)如图是应用光敏电阻设计的实验电路。闭合开关后，用光照向光敏电阻，发现光照强度增加时，灯变得更亮，下列分析正确的有( )
A．光敏电阻的阻值随光照强度增加而增大 B．光敏电阻的阻值不随光照强度的变化而变化
C．灯变得更亮，说明电路中的总电阻变小 D．灯变得更亮，说明电路中的总电阻变大

5．(2023·全国·高三)为了节能和环保，一些公共场所用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统，如图为电路原理图。图中，直流电源电动势为3V，内阻可不计，R为可变电阻，RG为光敏电阻，其在不同照度下的阻值如下表(照度是描述光的强弱的物理量，光越强照度越大，lx是它的单位)。若控制开关两端电压升至2V时将自动开启照明系统，则以下说法正确的是( )
A．若将R接入电路的阻值调整为20 k，则当照度降低到0 lx时启动照明系统
B．若要使照明系统在照度降低到0.8 lx时启动，则要将R接入电路的阻值调整为46 k
C．R接入电路的阻值不变时，照度越大，控制开关两端的电压越大
D．若要在光照更暗时启动照明系统，应将R接入电路的阻值调大

6．(2022·高二课时练习)如图所示电路中，E为电源(内阻为r)，R2、R3为定值电阻，R4为滑动变阻器，R1为光敏电阻(其阻值随光照强度的增大而减小)，电压表为理想电压表，开关S闭合后，电容器中一带电微粒恰好处于静止状态。下列说法正确的是( )
A．若仅将R4的滑片向下移动，电压表的示数将变大，电源效率将变大
B．若仅将R4的滑片向下移动，R2消耗的电功率将变大，带电微粒将向上运动
C．若仅增大光照强度，R4消耗的电功率将变小
D．若仅增大光照强度，将有电流向下通过R3
题型三：热敏电阻
7．(2023秋·江苏南京·高二南京市宁海中学校考期末)某同学想用一只半导体热敏电阻制作一支能测量水温的温度计。他查阅资料获得了图1所示的该热敏电阻的特性曲线，并设计了图2所示的温度计电路，图中，电压表的量程是，电源电动势恒定，内阻可不计。他的制作目标是温度计的测量范围是，且水温时电压表指针偏转达到最大位置。则( )
A．电源的输出电压为B．水温越高，电压表的示数越小
C．电压表的0刻度对应水温D．水温时电压表的示数为
8．(2022·高三单元测试)温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用金属热电阻的阻值随温度变化的特性来工作的。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，内电阻不计，G为灵敏电流表，其内阻保持不变；R为金属热电阻，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；当电流表的示数时，金属热电阻的温度是( )
A．40℃B．60℃C．80℃D．100℃
9．(2021春·全国·高二期末)如图所示，RT为负温度系数的热敏电阻，R为定值电阻，若往RT上擦些酒精，在环境温度不变的情况下，关于电压表示数的变化情况，下列说法中正确的是( )
A．变大B．变小C．先变大后变小再不变D．先变小后变大再不变
题型四：金属热电阻和霍尔元件
10．(2021·高二课时练习)如图，在电路中接一段钨丝(从旧白炽灯中取出)，闭合开关，灯泡正常发光，当用打火机给钨丝加热时灯泡亮度明显变暗，根据钨丝的上述特性，可用钨丝来制作一个温度传感器，下面的说法中正确的是( )
A．该传感器利用了钨丝的化学性质 B．该传感器的原理是把电学量(电阻)转换为热学量(温度)
C．该传感器的敏感元件是钨丝，转换元件是灯泡 D．该传感器利用了钨丝电阻随温度变化而变化的特性
11．(2021秋·山东·高二期中)如图所示，厚度为、宽为的金属导体板放在垂直于它的磁感应强度为的匀强磁场中，当电流通过金属导体板时，在金属导体板的上侧面和下侧面之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应。实验表明，电势差、电流和的关系为，式中的比例系数称为霍尔系数。下列说法正确的是( )
A．达到稳定的状态时，金属导体板上侧面的电势一定高于下侧面的电势
B．达到稳定的状态时，金属导体板上侧面的电势一定低于下侧面的电势
C．增大导体的厚度时，之间的电势差将变大
D．增大磁感应强度时，之间的电势差将变小
12．(2019秋·北京平谷·高二期末)2007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R、R0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S，图乙中只增加磁感应强度的大小时，伏特表的示数增大
B．闭合开关S，图乙中只增加磁感应强度的大小时，安培表的示数增大
C．闭合开关S，图乙中只将磁场方向改为与原来方向相反时，伏特表的示数减小
D．闭合开关S，图乙中只将磁场方向改为与原来方向相反时，安培表的示数减小
题型五：压力传感器
13．(2023·高二单元测试)压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小。某位同学利用压敏电阻设计了一个判断电梯运动状态的装置，其装置示意图如图所示。将压敏电阻平放在电梯内，受压面朝上，在上面放一物体m，电梯静止时电流表示数为。电梯在不同的运动过程中，电流表的示数分别如图甲、乙、丙、丁所示，则下列判断中不正确的是( )
A．甲图表示电梯可能做匀速直线运动 B．乙图表示电梯可能做匀加速上升运动
C．丙图表示电梯可能做匀加速上升运动 D．丁图表示电梯可能做变减速下降运动
14．(2022秋·浙江杭州·高二杭州市长河高级中学期中)某同学利用压力传感器设计水库水位预警系统。如图所示，电路中的和，其中一个是定值电阻，另一个是压力传感器(可等效为可变电阻)。水位越高，对压力传感器的压力越大，压力传感器的电阻值越小。当a、b两端的电压大于时，控制开关自动开启低水位预警；当a、b两端的电压小于(、为定值)时，控制开关自动开启高水位预警。下列说法正确的是( )
A． B．为压力传感器
C．若定值电阻的阻值越大，开启高水位预警时的水位越低 D．若定值电阻的阻值越大，开启低水位预警时的水位越高

15．(2022秋·江苏南通·高二江苏省如皋中学阶段练习)货梯设置了超载自动报警系统，其简化电路如图所示，货梯箱底层装有压敏电阻，为滑动变阻器，K为动触点，A、B为静触点。当出现超载情况时，电铃将发出报警声，以下说法正确的是( )
A．电磁铁的上端为N极 B．压敏电阻的阻值随压力的增大而增大
C．压敏电阻的阻值增大，电磁铁的磁性增强
D．如果要使货梯设定的超载质量变大，那么滑动变阻器的滑片P向右滑动
题型六：温度和光传感器
16．(2022春·江苏淮安·高二阶段练习)下列关于传感器的说法中错误的是( )
A．电饭锅通过温度传感器实现温度的自动控制 B．自动调温的空调应用的是温度传感器
C．电子秤应用的是压力传感器 D．霍尔元件能够把电学量转换为磁学量
17．(2022·高二课时练习)如图是电饭锅的结构示意图。电饭锅中的感温铁氧体在常温下具有铁磁性，能被磁体吸引，当温度上升到约103℃(称为感温铁氧体的“居里点”)时，就会失去铁磁性，不能被磁体吸引，在电饭锅工作过程中，下列说法错误的是( )
A．煮饭时手压开关按钮，永磁体与感温铁氧体相吸同时接通电路
B．当锅底水分刚好被大米全部吸收时，电饭锅立即自动断电
C．当感温铁氧体的温度达到“居里点”时，电饭锅自动断电
D．若用电饭锅烧水至沸腾时，感温铁氧体与永磁体仍吸在一起
18．(2023秋·黑龙江齐齐哈尔·高二校考期末)某学校创建绿色校园，新装了一批节能灯，如图甲所示，该路灯通过光控开关实现自动控制；电灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变。图乙为其内部电路简化原理图，电源电动势为E，内阻为r，为光敏电阻(光照强度增加时，其电阻值减小)。现减小光照强度，则下列判断不正确的是( )
A．电源的效率变大B．A灯和B灯都变亮
C．两端电压变小D．电源内部发热的功率不变
三：课堂过关精练
一、单选题
19．(2022·全国·高二假期作业)全自动洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该装置实际上就是传感器把压力信号转化为电信号的过程。下列属于这类传感器的是( )
A．红外报警装置B．门窗防盗报警装置
C．电子秤中的电阻应变片D．洗手后将湿手靠近会有热空气喷出的自动干手机
20．(2022秋·陕西西安·高二长安一中校考期中)据统计交通事故逐年增加，造成交通事故的一个主要原因就是酒后驾驶，“严查酒驾”成为全国交通部门的一项重要任务。酒精测试仪是用于现场检测机动车驾驶人员是否酗酒的一种仪器，它的主要元件是由二氧化锡半导体制成的酒精气体传感器，该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c成正比，则以下说法正确的是( )
A．U越大，表示c越小 B．U越大，表示c越大
C．检测到驾驶员喝了酒时，U的示数变小 D．U越大，表示检测到驾驶员喝酒越少

21．(2022·全国·高二假期作业)某加速度计工作原理如图所示，滑块可以在光滑的框架中平移，滑块两侧用两劲度系数相同的轻弹簧与框架连接，R为滑动变阻器，其滑动片与滑块固定连接；两个电池的电动势均恒为E，内阻不计。按图连接电路后，电压表指针的零点位于表盘中央，此时两弹簧均为原长，滑动片恰好在变阻器的中间位置。已知滑动片与滑动变阻器任一端之间的电阻值都与其到这端的距离成正比，当a端的电势高于b端时电压表的指针向零点右侧偏转。若将电压表的表盘换成直接表示加速度大小及方向的刻度盘，并将此加速度计按图示方式固定在一辆运动的汽车上，汽车沿弹簧方向向前行驶，发现指针向零点左侧偏转。下列说法正确的是( )
A．加速度表盘的刻度非均匀分布，指针向零点左侧偏转说明汽车在加速
B．加速度表盘的刻度非均匀分布，指针向零点左侧偏转说明汽车在减速
C．加速度表盘的刻度均匀分布，指针向零点左侧偏转说明汽车在加速
D．加速度表盘的刻度均匀分布，指针向零点左侧偏转说明汽车在减速
22．(2022秋·河南洛阳·高二统考期末)关于传感器，下列说法正确的是( )
A．酒店大厅的自动门使用了力传感器 B．自动灌溉系统利用的是湿度传感器
C．传感器都是通过感知电压的变化来传递信号的 D．光敏电阻在传感器中的作用是将电信号转化为光信号
23．(2023·高二单元测试)利用热敏电阻在通以恒定电流(实验设定恒定电流为)时，其阻值随温度的变化关系(如图甲所示)可以制作电子温度计。把恒压直流电源、热敏电阻、可变电阻、电流表、电压表连成如图乙所示的电路。用热敏电阻作测温探头，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．电压较高时表示温度也较高 B．该电子温度计表盘上温度的刻度是均匀的
C．当热敏电阻的温度升高时，应将的阻值调大 D．每升高相同的温度，热敏电阻的阻值变化均相等
24．(2023·高二单元测试)传感器已广泛应用在生产、生活中，下列关于传感器的说法正确的是( )
A．给货车称重的地磅使用了光传感器 B．酒店大厅的自动门使用了力传感器
C．空调的控温系统使用了温度传感器 D．夜间自动打开的路灯使用了红外线传感器
25．(2022秋·浙江舟山·高二浙江省普陀中学期中)利用光敏电阻制作的光传感器，可以记录传送带上工件的输送情况。如图甲所示是光电计数器的工作示意图，其中A是发光仪器，B是传送带上的物品，R1为光敏电阻(有光照时电阻为4Ω，无光照时电阻为100Ω)，R2为定值电阻，电源内阻不计；图乙是输出电信号与时间的关系。则下列说法正确的是( )
A．当有光照射R1时，信号输出端获得高电压
B．当有光照射R1时，R1的功率将变小
C．选用20Ω定值电阻，信号输出端获得的高电压最小
D．选用20Ω定值电阻，一个周期内定值电阻R2两端电压差最大
26．(2022春·山东聊城·高二期末)关于传感器的应用，下列说法中正确的是( )
A．电熨斗是通过感温铁氧体的作用控制电路的通断的
B．电子秤能通过应变片把力这个力学量转换为电学量进行测量
C．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
D．热敏电阻是把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量的
27．(2022·高二课时练习)图甲为某厂商生产的电容式电子体重计，其内部电路简化图如图乙所示，称重时，人站在体重计面板上，使平行板上层膜片电极在压力作用下向下移动，则下列说法正确的是( )
A．上层膜片下移过程中，电流表有b到a的电流
B．上层膜片下移过程中，电容器的电容增大，上下极板间的电压增大
C．上层膜片下移过程中，电容器的电容增大，所带电荷量减小
D．上层膜片稳定后，平行板电容器上下极板均不带电荷
照度/lx
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻RG/k
75
40
28
23
20
18