【单元测试卷】第五章 传感器 章末复习(课件+试卷(原卷版+解析版))

第五章 传感器 章末检测

（考试时间：75分钟  试卷满分：100分  命题范围：第五章 传感器）

第Ⅰ卷（选择题 共43分）

一．单选题（本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一项符合题目要求）

1．（2021·山东枣庄·高二期中）传感器是将能感受的物理量（如力、热、光、声等）转换成便于测量的量（一般是电学量）的一类元件，在自动控制中有相当广泛的应用，如图所示的装置是一种测定液面高度的电容式传感器。金属芯线与导电液体构成一个电容器，从电容C大小的变化情况就能反映出液面高度h的高低情况，则两者的关系是（　　）

①C增大表示h增大　②C增大表示h减小

③C减小表示h减小　④C减小表示h增大

A．只有①正确 B．只有①、③正确

C．只有②正确 D．只有②、④正确

【答案】B

【解析】液面高度的变化，相当于电容器极板正对面积的变化。当h增大时，相当于正对面积增大，则电容应增大；当h减小时，相当于正对面积减小，电容C应减小。故选B。

2．（2022·山东省滕州市第五中学高二阶段练习）目前，传感器已经广泛应用于生产、生活、科学研究等各个领域，关于传感器的应用，下列说法中正确的是（　　）

A．自动洗衣机中的压力传感器、数字体重计所用的测力装置都应用了力传感器

B．走廊照明灯的声控开关、红外报警装置都是应用了声传感器

C．发光二极管是一种常用的光传感器，其作用是将光信号转换为电信号

D．霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电阻这个电学量

【答案】A

【解析】A．自动洗衣机中的压力传感器、数字体重计所用的测力装置都应用了力传感器，故A正确；

B．在天黑楼道里出现声音时，楼道里的灯才亮，说明它的控制电路中既有声音传感器，又有光传感器；但红外报警装置是应用了红外线传感器．故B错误；

C．发光二极管不是光传感器，故C错误；

D．霍尔元件能把磁感应強度这个磁学量转换成电压这个电学量，故D错误。故选A。

3．（2021·黑龙江·明水县第一中学高二阶段练习）.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

【答案】D

【解析】A．a振动过程中，两板间距d发生变化，电源始终与电容器相连，两板间电压U不变，由可知E变化，A错误；

B．由可知，d变化，Q变化，选项B错误；

C．a振动方向不确定，d可增可减，故电流方向不确定，选项C错误；

D．当a板向右位移最大时，由可知，d最小，C最大，选项D正确；故选D。

4．（2020·全国·高二课时练习）一同学在使用多用电表测量阻值约为几十欧姆的电阻时，该同学选择了欧姆挡的“”挡位，将两表笔接在电阻的两端。则下列说法正确的是（　　）

A．在测量光敏电阻的阻值时，光照越强，多用电表指针偏角越小

B．在测量热敏电阻（温度越高，阻值越小）的阻值时，温度越低，多用电表指针偏角越大

C．在测量压敏电阻（压力越大，阻值越小）的阻值时，压力越大，多用电表指针偏角越大

D．在测量磁敏电阻（磁场越强，阻值越小）的阻值时，磁场越强，多用电表指针偏角越小

【答案】C

【解析】A．光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，所以光照越强，阻值越小，多用电表指针偏角越大，故A错误；

B．热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，温度越低，电阻越大，多用电表指针偏角越小，故B错误；

C．压敏电阻的阻值随压力的增加而减小，所以压力越大，阻值越小，多用电表指针偏角越大，故C正确；

D．磁敏电阻的阻值随磁场强度的增强而减小，所以磁场越强，阻值越小，多用电表指针偏角越大，故D错误。

故选C。

5．（2020·全国·高二课时练习）如图所示为某水库用来检测水库水深的电路简图，其中R为可调电阻，为一定值电阻，可调电阻的滑动触头与一刚性轻杆连接，轻杆另一端与浮于液面的浮标相连接。当水库的液面高度发生变化时，灵敏电流计的指针发生改变。则下列说法正确的是（　　）

A．水库的液面降低时，滑动触头向下移动，灵敏电流计的示数变小

B．水库的液面降低时，滑动触头向下移动，灵敏电流计的示数变大

C．水库的液面升高时，滑动触头向下移动，灵敏电流计的示数变小

D．水库的液面升高时，滑动触头向下移动，灵敏电流计的示数变大

【答案】D

【解析】AB．水库的液面降低时，可调电阻的触头向上移动，其接入电路的阻值增大，电路的总阻值增大，灵敏电流计的示数变小，选项AB错误；

CD．水库的液面升高时，滑动触头向下移动，其接入电路的电阻阻值减小，电路的总电阻阻值减小，灵敏电流计的示数变大，选项C错误，D正确。故选D。

6．（2021·江西·芦溪中学高二开学考试）霍尔元件是磁传感器，是实际生活中的重要元件之一。如图所示为长度一定的霍尔元件，在该元件中通有方向从E到F的恒定电流I，现在空间加一竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，其中元件中的载流子为带负电的电荷。则下列说法正确的是（　　）

A．该元件能把电学量转化为磁学量

B．左表面的电势高于右表面

C．如果用该元件测赤道处的磁场，应保持平面呈水平状态

D．如果在霍尔元件中的电流大小不变，则左右表面的电势差与磁场的磁感应强度成正比

【答案】D

【解析】A．霍尔元件能够把磁学量转换为电学量，故A错误；

B．由于元件中的载流子为带负电的电荷，则负电荷的运动方向由F到E，由左手定则可知负B．电荷向左表面偏转，则右表面的电势高，故B错误；

C．如果用该元件测赤道处的磁场，由于地磁场与水平面平行，因此如果霍尔元件的平面保持水平，则无电压产生，故C错误；

D．根据得

由电流的微观定义式（n是单位体积内的导电粒子数，q是单个导电粒子所带的电荷量，S是导体的横截面积，v是导电粒子运动的速度）

整理得

联立解得

可知保持电流不变，则左右表面的电势差与磁感应强度成正比，故D正确。故选D。

7．（2022·山东省滕州市第五中学高二阶段练习）关于传感器，下列说法正确的是（　　）

A．传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量

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．热敏电阻的阻值都是随温度的升高而减小

【答案】A

【解析】A．传感器作为一种将其它形式的信号与电信号之间的转换装置，能将非电学量按一定规律转换成电学量。故A正确；

B．金属热电阻是将热学量转换为电学量的一种传感器，故B错误。

C．干簧管是把磁场的强弱转化为电路的通断的传感器，故C错误。

D．热敏电阻的阻值不一定随温度的升高而减小，故D错误。故选A。

二．多选题（本题共3小题，每小题5分，共15分。在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。）

8．（2022·全国·高三课时练习）如图所示，导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间，线圈中电流为I，线圈间产生匀强磁场，磁感应强度大小B与I成正比，方向垂直于霍尔元件的两侧面，此时通过霍尔元件的电流为IH，与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压UH满足，式中k为霍尔系数，d为霍尔元件两侧面间的距离，电阻R远大于RL，霍尔元件的电阻可以忽略，则下列说法错误的是（　　）

A．霍尔元件前表面的电势低于后表面的电势

B．若电源的正负极对调，电压表指针将反偏

C．IH与I成正比

D．电压表的示数与RL消耗的电功率成正比

【答案】AB

【解析】A．由题意可知电子从霍尔元件下表面向上表面运动，根据左手定则可知电子将在霍尔元件后表面聚集，所以霍尔元件前表面的电势高于后表面的电势，故A错误；

B．若电源的正、负极对调，则线圈中及霍尔元件中电流方向均反向，即穿过霍尔元件的磁场方向与电子的定向移动方向均反向，电子仍将在霍尔元件后表面聚集，所以仍是前表面的电势高于后表面的电势，电压表指针不会反偏，故B错误；

C．由并联电路的电流分配特点可知

故C正确；

D．由题意知B∝I

所以

RL消耗的电功率为

所以,故D正确。

本题选错误的，故选AB。

9．（2020·全国·高二课时练习）传感器是自动控制设备中不可缺少的元件，已经渗透到宇宙开发、环境保护、交通运输乃至家庭生活等多种领域。如图所示为三种电容式传感器。下列说法正确的是（　　）

A．图甲是测定液面高度h的传感器，液面高度h发生变化时，两电极之间的距离发生变化，从而使电容发生变化

B．图乙是测定压力的传感器，压力发生变化时，两电极之间的距离发生变化，从而使电容发生变化

C．图丙是测定角度的传感器，角度发生变化时，两电极之间的正对面积发生变化，从而使电容发生变化

D．三个图中传感器都是通过改变两电极之间的正对面积来改变电容的

【答案】BC

【解析】A．题图甲中液面高度h发生变化时，两个电极间的正对面积发生了变化，从而使电容发生变化，故A错误；

B．题图乙中当待测压力作用在可动电极上且发生变化时，两电极之间的距离发生变化，从而使电容发生变化，故B正确；

C．题图丙中当角度发生变化时，两电极之间的正对面积发生变化，从而使电容发生变化，故C正确；

D．因为题图乙是通过改变两电极之间的距离来改变电容的，故D错误。故选BC。

10．（2022·山东省滕州市第五中学高二阶段练习）电子电路中常用到一种称为“干簧管”的元件（如图所示），它的结构很简单，只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片。当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”。关于干簧管，下列说法正确的是（　　）

A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用

B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的

C．两个磁性材料制成的簧片接通的原因是被磁化后相互吸引

D．干簧管接入电路中相当于开关的作用

【答案】CD

【解析】BC．当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化相互吸引而接通，故B错误；C正确；

AD．当磁体远离干簧管时，软磁性材料制成的簧片失去磁性，所以两簧片又分开，因此于簧管在电路中相当于开关的作用，故A错误；D正确。故选CD。

第Ⅱ卷  （非选择题  共57分）

三、非选择题（共57分，解答题应写出必要的文字说明、方程式或重要演算步骤，只写出最后答案的不得分。有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位。）

11．（6分）（2022·全国·高三课时练习）某同学用光敏电阻和电磁继电器等器材设计自动光控照明电路。

（1）光强（E）是表示光照强弱程度的物理量，单位为坎德拉（cd），如图甲所示是光敏电阻阻值随光强变化的图线，由此可得到的结论是∶随着光强的增加，光敏电阻的阻值____（填“增大”或“减小”）得越来越____（填“快”或“慢”）。

（2）如图乙为电磁继电器的构造示意图，其中L为含有铁芯的线圈，P为可绕O点转动的衔铁，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱。工作时，应将____（选填“A、B”或“C、D”）接照明电路。

（3）请在图丙中用笔画线代替导线，完成实物电路的连接__________。

（4）已知电源电动势为3 V，内阻很小，电磁铁线圈电阻R0=20.0 Ω，电流超过50 mA时可吸合衔铁。如果要求光强达到2 cd时，照明电路恰好接通，则图丙中定值电阻R定=____Ω。（结果保留两位小数）

【答案】     减小     慢     C、D          18.95

【解析】（1）[1][2]由题图甲可得到的结论是∶随着光照强度的增加，光敏电阻的阻值迅速减小，进一步增大光照强度，电阻值减小得越来越慢。

（2）[3]由电磁继电器的工作原理可知，电磁铁上的线圈连接的是控制电路，触头S连接的是工作电路，故工作时，应将C、D接照明电路。

（3）[4]要想使照明电路正常工作，需要在光照弱时，使电磁铁线圈中电流足够大，而此时光敏电阻阻值较大，因此必须使用并联电路，且定值电阻位于干路，起到保护电路的作用，则实物电路的连接如图。

（4）[5]由于电源内阻极小，故

电磁铁两端电压

故定值电阻两端电压

当光强E=2 cd时，光敏电阻的阻值

通过光敏电阻的电流

故通过定值电阻的电流

则

12．（9分）（2022·吉林·长春市第六中学高二阶段练习）某同学利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，如图甲所示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响。图甲中继电器的供电电压U1=3V，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R0为30Ω。当线圈中的电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被吸合，警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像。

(1)图甲中警铃的接线柱C应与接线柱__________相连，指示灯的接线柱D应与接线柱__________相连（均选填“A”或“B”）；

(2)当环境温度升高时，热敏电阻阻值将__________，继电器的磁性将__________（均选填“增大”、“减小”或“不变”），当环境温度达到__________℃时，警铃报警；

(3)如果要使报警电路在更高的温度报警，下列方案可行的是__________

A．适当减小U1 B．适当增大U1 C．适当减小U2 D．适当增大U2

【答案】     B     A     减小     增大     80     A

【解析】 (1)[1][2]根据“当环境温度正常时，继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警铃响”，知警铃的接线柱C应与接线柱B相连，指示灯的接线柱D应与接线柱A相连；

(2)[3][4][5]当环境温度升高时，热敏电阻阻值减小，由欧姆定律知电路中电流增大，则继电器的磁性将增大。当线圈中的电流等于50mA时，继电器的衔铁刚好被吸合，则控制电路中电阻最大值为

此时热敏电阻阻值为

由图乙知，此时环境温度为，所以环境温度在大于等于时，警铃报警；

(3)[6]要使报警电路在更高的温度就报警，则线圈中的电流等于50mA时，热敏电阻R变大，由（2）知，热敏电阻

则可通过适当减小U1达到这个目的。故选A。

13．（12分）（2021·全国·高三课时练习）如图所示，一定厚度和宽度的导体板放在匀强磁场中，当导体板通过一定电流，且电流与磁场方向垂直时，在导体板的上侧面A和下侧面之间会产生一定的电势差，这种现象称为霍尔效应。

(1)若图中的电流I是电子的定向运动产生的，则导体板上、下两个侧面中，哪个电势高？

(2)设该导体板单位体积中自由电子的个数为n，导体板的宽度为d，通过导体板的电流为I，磁感应强度为B，电子电荷量为e。试证明：发生霍尔效应时，导体板上、下侧面间的电势差。

(3)由上问的结论可知，在I、n、e、d都相同的情况下，与B成正比，由的数值可以比较B的大小，因此可以把这种导体板做成磁敏元件。试问：用这种磁敏元件探测某空间的磁场时，磁敏元件摆放的方向对是否有影响？如果把这种导体板上、下侧面间的电压进行线性放大显示，用它做成的磁传感器的示数是否跟被测磁感应强度有线性关系？

【答案】(1)A′；(2)见解析；(3)有影响；是线性关系；

【解析】 (1)导体的电子定向移动形成电流，电子的运动方向与电流方向相反，电流方向向右，则电子向左运动。由左手定则判断，电子会偏向A端面，A′板上出现等量的正电荷，电场线向上，所以下侧面A′的电势高于侧面A的电势。

(2)当电场力与洛伦兹力平衡时，则有

由电流微观表达式得I＝neSv=nehdv

解得

(3)用这种磁敏元件探测某空间的磁场时，磁敏元件的侧面要与磁场垂直，即摆放的方向对有影响；根据

可得

在I、n、e、d都相同的情况下B与UH成正比，则如果把这种导体板上、下侧面间的电压进行线性放大显示，用它做成的磁传感器的示数跟被测磁感应强度是线性关系。

14．（12分）（2021·全国·高三课时练习）某同学在研究性学习活动中自制电子秤，原理示意图如图所示。用理想电压表的示数指示物体的质量，托盘与电阻可忽略的金属弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计，滑动变阻器R的滑动端与弹簧上端连接。当托盘中没有放物体时，滑片恰好指在变阻器的最上端，此时电压表示数为0。设变阻器总电阻为R，总长度为l，电源电动势为E，内阻为r，限流电阻阻值为，弹簧劲度系数为k，不计一切摩擦和其他阻力。试推导出电压表示数U与所称物体质量m的关系式。

【答案】

【解析】当托盘中没有放物体时，电压表示数为零，当物体质量为m时，设物体下降x，平衡条件有：

mg=kx    

根据欧姆定律得  

故电压表读数为        

根据电阻定律，有

联立解得

15．（18分）（2020·全国·高二课时练习）如图所示是一种测量血压的压力传感器在工作时的示意图.薄金属片P上固定有4个可以发生形变的电阻、、、，如图甲所示.图乙是它的侧视图，这4个电阻连成的电路如图丙所示，试回答下列问题：

（1）开始时金属片中央O点未加任何压力，欲使电压表无示数，则4个电阻应满足怎样的关系？

（2）当O点加一个垂直于金属片的压力F后，薄金属片P发生形变，这时4个电阻也随之发生形变，形变后各电阻阻值大小如何变化？

【答案】（1）（2）、的阻值增大，、的阻值减小

【解析】（1）解题的关键是找出电路中A、B两点的电压与4个电阻的关系.由于电压表的电阻可以看作无穷大，因此本电路中与串联，与串联，然后它们再并联；设上面支路电流为，下面支路电流为，要使A点电势等于B点电势，则应有电阻两端的电压等于两端的电压，电阻两端的电压等于两端的电压，即        ①

        ②

联立①②式得.

（2）当O点加垂直于金属片的压力F后，金属片发生形变，由于电阻是固定在金属片上的，因此、被拉长，、被拉宽，则、的阻值增大，、的阻值减小，这时A、B两点电势不再相等.