物理人教版 (2019)常见传感器的工作原理及应用精练

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A级——基础达标
1．当你走近某些宾馆、酒楼的大门时，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 ．运动
C．人D．光线
2．某楼梯口的电灯开关装有传感器，天黑时，出现声音才能发光，而白天即使有声音，电灯也不能发光，该开关中有两种传感器，它们可能是( )
A．热敏电阻和光敏电阻
B．金属热电阻和光敏电阻
C．热敏电阻和霍尔元件
D．光敏电阻和驻极体话筒
3.(多选)如图为握力器原理示意图，握力器把手上的连杆与弹簧一起上下移动，握力的大小可通过一定的换算关系由电流表的示数获得。当人紧握握力器时，如果握力越大，下列判断正确的有( )
A．电路中电阻越大B．电路中电阻越小
C．电路中电流越小D．电路中电流越大
4．(2024·陕西咸阳期中)关于传感器及其应用，下列说法中正确的是( )
A．传感器都是利用敏感元件的电阻变化来工作的
B．电脑所用的光电鼠标主要采用声传感器
C．霍尔元件是把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量
D．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
5.(多选)如图所示是“电容式加速度传感器”原理图，电容器的一个金属极板固定在绝缘底座上，另一块极板用弹性金属片制成，当这种加速度传感器用在上下移动的升降机中时，通过测量电容C的变化就能感知升降机加速度的变化情况。设升降机加速度为零时电容器的电容为C0，下列说法正确的是( )
A．当升降机加速上升时，C＞C0
B．当升降机减速上升时，C＞C0
C．当升降机减速下降时，C＜C0
D．当升降机加速下降时，C＜C0
6．传感器广泛应用在我们的生产生活中，常用的计算机键盘就是一种传感器。如图所示，键盘上每一个键的下面都连有一小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一小的固定金属片，这两个金属片组成一个小电容器，当键被按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能够检测出哪个键被按下，从而给出相应的信号。这种计算机键盘使用的是( )
A．温度传感器B．压力传感器
C．磁传感器D．光传感器
7．(2024·新疆乌鲁木齐期中)在电喷汽车的进气管道中，广泛地使用着一种叫“电热丝式空气流量传感器”
的部件，其核心部分是一种用特殊的合金材料制作的电热丝。如图所示，当进气管道中的冷空气流速越大时，电阻R两端的电压U0就变得越高，反之，电压U0就越低。这样管道内空气的流量就转变成了可以测量的电压信号，便于汽车内的电脑系统实现自动控制。如果将这种电热丝从汽车的进气管道中取出，放在实验室中测量，得到的伏安特性曲线正确的是( )
B级——综合应用
8.(2024·河北石家庄期末)(多选)电容式加速度传感器是常见的手机感应装置，结构如图所示。质量块的上端连接轻质弹簧，下端连接电介质，弹簧与电容器固定在外框上，质量块带动电介质移动改变电容，则下列说法正确的是( )
A．电介质插入极板越深，电容器电容越大
B．当传感器处于静止状态时，电容器不带电
C．当传感器由静止突然向前加速时，会有电流由a流向b
D．当传感器以恒定加速度向前运动，达到稳定后电流表指针不偏转
9．(多选)如今智能手机中普遍安装了陀螺仪，它是一种加速度传感器，可集成于手机内部，用来检测手机的姿态。其工作原理如图所示，当手机运动状态改变时，固连在手机上的A部分随手机一起运动，质量块B通过弹性物体连接手机，由于惯性，运动状态不会随手机立刻发生变化，出现运动滞后，这样电容器电容值就发生了变化，变化的电容值会通过电信号传输给处理单元，就可测量手机的姿态，铺三层这种结构，就可以测出手机的前后、左右、上下以及旋转的加速度，这样就可以360°无死角检测手机运动。以下说法中正确的是( )
A．在外太空完全失重的情况下，这种传感器仍然可以使用
B．可以测量出任意情况下手机相对地面的速度
C．这种探测器可以测量地磁场强度，进而进行卫星定位
D．改变电容值是通过改变正对面积和板间距d来实现的
10．(2024·广东广州期中)物理学中用照度描述光的强弱，光越强照度越大，照度的单位为lx。某实验室采用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统，使照度小时照明系统可以自动启动，光敏电阻在不同照度下的阻值如下表。控制电路原理如图甲所示，电路中的电阻R1和R2，其中一个是定值电阻，另一个是光敏电阻。已知直流电源电动势E＝3 V、内阻不计，实验室某日的光照强度随时间变化曲线如图乙，当控制开关两端电压U≥2 V时，控制开关自动启动照明系统。则下列说法正确的是( )
A．R1为定值电阻，R2为光敏电阻
B．照度越大，该电路控制开关两端的电压越大
C．若将定值电阻的阻值变为20 kΩ，该天18：00后照明系统即可工作
D．该电路中定值电阻的阻值越大，该天的照明系统工作的时间越长
11．(2024·江西宜春期中)按照新国标的规定，电动自行车总重量(含电池)不得超过55公斤。某地交警
在部分路口设置了称重点，对过往的可疑车辆进行称重，一款电子秤的工作原理如图所示。电子秤空载时变阻器滑片P位于A点，电子秤满载时滑片P位于B点，电压表为理想电压表，弹簧始终处于弹性限度内，下列说法正确的是( )
A．电动自行车的质量越大，电压表的示数越小
B．若称量值比实际值偏大，可将R0的滑片向右滑动少许
C．将一电阻与电压表串联，称量值会变小
D．电子秤的电池长时间使用后，内阻增大，称量值会偏大
12．(2024·北京昌平期末)利用热敏电阻作为感温元件可以制作简易温度计，电路图如图甲所示。用热敏电阻RT作为测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，可以直接读出温度值。已知电源电动势E为6.0 V、内阻不计；电流表量程为300 mA、内阻为10 Ω；保护电阻R0为5 Ω；热敏电阻RT的阻值随温度t变化的关系如图乙所示。下列说法正确的是( )
A．电流表示数越大，对应温度越低
B．该温度计测量的最高温度为50 ℃
C．电流表零刻度线处对应温度为0 ℃
D．该温度计表盘上温度的刻度是均匀的
课时跟踪检测(二十三)
1．选D 自动门的自动控制要求灵敏、可靠，若以温度控制，人的体温与夏季气温接近，则在夏季自动门将无法使用。自动门实际使用的是红外线传感器，人在白天或黑夜均发出红外线，传感器接收到人体发出的红外线后传给自动控制装置的电动机，实现自动开、关门，D正确。
2．选D 两种传感器分别把声音信号转换为电信号、把光信号转换为电信号，D正确。
3．选BD 由题图可知，握力越大，滑动变阻器接入电路的电阻越小，外电路的总电阻越小，根据闭合电路欧姆定律可知，电路中电流越大，B、D正确，A、C错误。
4．选C 传感器都是利用敏感元件将非电学量转化为电学量，但不一定是电阻变化，故A错误；电脑所用的光电鼠标主要采用光传感器，故B错误；霍尔元件是把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量，故C正确；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，故D错误。
5．选AD 升降机加速度向上时，弹性金属片向下弯曲，升降机加速度向下时，弹性金属片向上弯曲；根据C＝eq \f(εrS,4πkd)知，弹性金属片向下弯曲，d减小，电容变大；弹性金属片向上弯曲，d增大，电容变小。当升降机加速上升或减速下降时，加速度向上，电容变大，即C＞C0，A正确，C错误；当升降机减速上升或加速下降时，加速度向下，电容变小，即C＜C0，B错误，D正确。
6．选B 由题意可知，电容器通过受压后变形从而将压力信号转换为电信号，所以计算机键盘使用的是压力传感器，B正确，A、C、D错误。
7．选D 当进气管道中的冷空气流速越大时，电阻R两端的电压U0就变得越高，根据电路图可知，温度越低，这种电热丝的电阻越小；温度越高，这种电热丝的电阻越大；根据欧姆定律可得R＝eq \f(U,I)，则有I＝eq \f(1,R)U，可知I­U图像上的点与原点连线的斜率表示电阻的倒数，随着U、I的增大，温度升高，电热丝的电阻增大，则I­U图像上的点与原点连线的斜率减小。故选D。
8．选AD 电介质插入极板越深，根据电容的决定式C＝eq \f(εrS,4πkd)可知，εr越大，电容器电容越大，A正确；当传感器处于静止状态时，电容器左极板带正电，右极板带负电，且两极板之间电势差大小恒等于电源电动势，B错误；当传感器由静止突然向前加速时，弹簧会伸长，电介质插入极板深度增加，根据电容的决定式C＝eq \f(εrS,4πkd)可知，电容器电容增大，因电容器两端的电压不变，根据Q＝CU可知，两极板间的电荷量增大，会有电流由b流向a，C错误；当传感器以恒定加速度向前运动，达到稳定后弹簧长度不变，电介质插入极板深度不变，则电容器电容不变，极板上电荷量也不变，故电流表中没有电流通过，指针不偏转，D正确。
9．选AD 这种传感器的使用原理是惯性，跟重力无关，所以在外太空完全失重的情况下，这种传感器仍然可以使用，故A正确；这种探测器可以测出手机的前后、左右、上下以及旋转的加速度，不可以测量出任意情况下手机相对地面的速度，也不可以测量地磁场强度，进行卫星定位，故B、C错误；由题图可知，手机上的A部分与质量块B发生相对移动时，电容器的正对面积和板间距d发生变化，所以改变电容值是通过改变正对面积和板间距d来实现的，故D正确。
10．选C 当控制开关两端电压U≥2 V时，控制开关自动启动照明系统，可知照度小时，控制开关两端电压大，根据表格数据可知，照度小时，光敏电阻阻值大，则R1为光敏电阻，R2为定值电阻；照度越大，光敏电阻R1的阻值越小，该电路控制开关两端的电压越小，故A、B错误；若将定值电阻的阻值变为20 kΩ，则控制开关自动启动时光敏电阻的阻值为40 kΩ，此时对应照度为0.4 lx，根据题图乙可知，该天照明系统工作时间段为0～6：00、18：00～24：00，故C正确；该电路中定值电阻的阻值越大，控制开关自动启动时光敏电阻的阻值越大，此时对应照度越小，该天的照明系统工作的时间越短，故D错误。
11．选B 电动自行车的质量越大，则滑片P的位置越偏向下，则电压表的示数越大，A错误；若称量值比实际值偏大，说明电压表读数偏大，电路中电流偏大，可将R0的滑片向右滑动少许，从而减小电流，B正确；将一电阻与电压表串联，电压表读数不变，则称量值不变，C错误；电子秤的电池长时间使用后，内阻增大，则回路电流会减小，则电压表读数减小，则称量值会偏小，D错误。
12．选B 由闭合回路欧姆定律有I＝eq \f(E,RT＋R0＋r)，可知电流表示数越大，RT越小，由题图乙可知，RT越小，对应温度越高，故A错误；根据以上分析可知，当电流表满偏时，RT最小，此时温度最高，则有RTmin＝eq \f(E,Im)－eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(R0＋r))＝5 Ω，由题图乙可知，此时的温度为50 ℃，故B正确；由题图乙可知，当温度为0 ℃时，RT1＝28 Ω，此时电流表的示数为I1＝eq \f(E,RT1＋R0＋r)≈0.14 A，故C错误；由上述分析可知，电流表示数与RT的关系为I＝eq \f(E,RT＋R0＋r)，由题图乙可知，RT与温度不成线性关系，则该温度计表盘上温度的刻度是不均匀的，故D错误。
照度/lx
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻/kΩ
75
40
24
20
18
15