高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第一节 传感器及其工作原理精品练习

粤教版（2019）选择性必修二 5.1 传感器及其工作原理

一、单选题

1．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

2．关于“模块机器人”的组成部分中相当于“人脑”部分的是（       ）

A．执行器 B．传感器 C．控制器 D．敏感元件

3．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

4．下列关于几种传感器的说法不正确的是（　　）

A．电子秤所使用的测力装置是力传感器

B．电饭锅常压下只要锅内有水，锅内的温度不可能达到103℃，开关按钮就不会自动跳起

C．电熨斗需要较高温度熨烫时，要调节温度旋钮，使升降螺丝上移并推动弹性铜片上移

D．霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量

5．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．半导体热敏电阻的阻值随温度的升高而增大

6．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

7．环境监测中通常需要监测烟尘浓度。如图所示为光电式烟尘浓度计的工作原理图。光源1发出的光线经聚光透镜2后，再经半透半反镜3分成两束强度相等的光线。其中一路光线经反射镜4后穿过被测烟尘，有部分光线被烟尘吸收或散射（光在介质中与物质微粒相互作用，使光的传播方向发生改变的现象）后，经过光电转换电路6转换成电压信号U1.另一路光线直接到达光电转换电路7（6、7完全相同）后，产生作为被测烟尘浓度的参比电压信号U2.运算电路通过U1和U2的比值计算出被测烟尘的浓度。根据上述信息应用所学知识可以判断（　　）

A．没有烟尘时，U1和U2的比值应该为零

B．散射过程中动量守恒定律不成立

C．如果用全反射棱镜作为反射镜4，其折射率至少为2

D．烟尘浓度越高时，U1和U2的差值越大

8．关于“模块机器人”的组成部分中相当于“人脑”部分的是（       ）

A．执行器 B．传感器 C．控制器 D．敏感元件

9．传感器在日常生活中有着广泛的应用，它的种类多种多样，其性能也各不相同.下列物品中用到了传感器的是（   ）

A．示波器

B．真空冶炼炉

C．回旋加速器

D．火灾报警器

10．电容器是一种常用的电学元件，在电工、电子技术中有着广泛的应用。以下有关电容式传感器在生活中应用说法正确的是（　　）

甲：电容式触摸屏       乙：电容式压力传感器

丙：电容式油位传感器       丁：电容式加速度传感器

A．甲图中，手指作为电容器一电极，如果改用绝缘笔在电容式触摸屏上仍能正常操作

B．乙图中，力F增大过程中，电流计中的电流从a流向b

C．丙图中，油箱液位上升时，电容变小

D．丁图中，当传感器由静止突然向左加速，电容器处于充电状态

11．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．半导体热敏电阻的阻值随温度的升高而增大

12．关于传感器，下列说法正确的是

A．霍尔元件能把光学量转化为电学量

B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的

C．话筒中的传感器将电信号转化成声音信号

D．传感器是把非电信号转换为电信号的主要元件

13．中国物联网校企联盟认为“传感器的存在和发展,让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官,让物体慢慢变得活了起来”.下列关于传感器的作用或应用不符合实际的是（     ）

A．热敏电阻是半导体材料制成,它是温度传感器的重要组成部分

B．干簧管是一种能感知磁场的敏感元件,在电路中是一个磁控开关

C．自动门和公共场所的非触摸式自动水龙头利用了紫外线传感器

D．家庭厨房里的可燃气体泄漏报警器是用气敏元件制成

14．环境监测中通常需要监测烟尘浓度。如图所示为光电式烟尘浓度计的工作原理图。光源1发出的光线经聚光透镜2后，再经半透半反镜3分成两束强度相等的光线。其中一路光线经反射镜4后穿过被测烟尘，有部分光线被烟尘吸收或散射（光在介质中与物质微粒相互作用，使光的传播方向发生改变的现象）后，经过光电转换电路6转换成电压信号U1.另一路光线直接到达光电转换电路7（6、7完全相同）后，产生作为被测烟尘浓度的参比电压信号U2.运算电路通过U1和U2的比值计算出被测烟尘的浓度。根据上述信息应用所学知识可以判断（　　）

A．没有烟尘时，U1和U2的比值应该为零

B．散射过程中动量守恒定律不成立

C．如果用全反射棱镜作为反射镜4，其折射率至少为2

D．烟尘浓度越高时，U1和U2的差值越大

15．下列说法正确的是（　　）

A．干簧管是一种简易的力电传感器

B．交警所使用的酒精检测仪安装了“乙醇传感器”，能够感知乙醇的浓度

C．一些宾馆安装了“自动门”，当人靠近时自动打开，是因为门上安装了温度传感器

D．电熨斗能自动控制温度主要因为装有双金属片温度传感器，两片金属的热膨胀系数相同

二、填空题

16．某同学做DIS实验时用如图所示的电路，利用该电路可以测量小灯泡的________或者________．

17．如图所示，为定值电阻，为负温度系数热敏电阻，L为小灯泡、当温度降低时，两端的电压______，电流表的示数______，小灯泡的亮度变______。

18．如图是“用DIS探究向心力与哪些因素有关”的实验仪器，该实验采用的方法是_______________；该实验中需要用到的传感器是__________________。

三、解答题

19．按照你对以下几种传感器的理解，填写下面的表格。

20．有三个失去标记的元件，分别是定值电阻、热敏电阻和光敏电阻．为识别它们，可将这三个元件分别接入如图所示电路中的A、B两点间。用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数变化，这样就可将它们区分开来。请简述其中的原理。

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．当前大量使用的磁敏器件是霍尔元件与集成电路制作在一起的磁传感器，它有以下两种。

(1)一种是“线性”的。它是将霍尔元件和放大器集成在一个芯片内，其输出的电压与感受到的磁感应强度成正比地连续变化。请你提出一种方案，利用它来测量电流的大小。

(2)另一种叫作“开关型”的。当磁场增强到一定程度时它才会输出高电势，而在磁场弱到一定程度时输出低电势，它只能像开关一样在高、低电势之间跃变。请你提出一种方案，利用它来测量物体的转速。

参考答案：

1．B

【详解】

A．光敏电阻是根据光照强度不同而电阻不同的性质，通过测量电阻的变化来确定光强的变化，故A错误；

B．干簧管能将磁场的信息转化为电学量，是一种磁性传感器，故B正确；

C．热敏电阻是根据温度升高而电阻减小的性质，通过测电阻的变化来确定温度的变化，故C错误；

D．电阻应变片是根据应变片在力的作用下形状变化而电阻变化的性质，通过测电阻的变化来确定力变化，故D错误。

故选B。

2．C

【详解】

A．执行器相当于人的“肌肉”，故A错误；

B．传感器相当于人的“感觉器官”，故B错误；

C．控制器相当于人的“大脑”，故C正确；

D．敏感元件不属于“模块机器人”的组成部分，故D错误。

故选C。

3．C

由滑动变阻器滑片的移动得知电路中电流的变化情况，通过电路中电流的变化结合电磁铁磁性强弱的决定因素可以确定滑片移动时，其磁性强弱的变化；根据灯泡的亮度变化，能够确定电路中电流的变化，进而知道巨磁电阻的阻值与磁场强度的关系．

【详解】

A．当滑片P向左滑动时，滑动变阻器连入电路中的电阻变小，则电路中的电流变大，通电螺线管的磁性增强．A错误．

BC．通电螺线管的磁性增强时，右边电路中的指示灯明显变亮，则说明右边电路的电流变大了，巨磁电阻的电阻变小了，即巨磁电阻的阻值随磁场的增强而变小．故B错误，C正确．

D．由C分析可知巨磁电阻可用来制作磁电传感器，D错误；

故选C．

【点睛】

在控制电路中，滑片的移动是分析的入手点；在工作电路中，灯泡的亮度是确定电路中电流变化的一个隐含条件．

4．C

【详解】

A．电子秤所使用的测力装置是力传感器，利用通过应力片的电流一定，压力越大，电阻越大，应力片两端的电压差越大，将力信号变成电信号，故A正确，不符合题意；

B．铁氧体在103℃失去磁性；电饭锅常压下只要锅内有水，锅内温度就不可能达到103℃，开关按钮就不会自动跳起；故B正确，不符合题意；

C．电熨斗需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移，当温度升到较高，金属片发生弯曲较厉害触点才断开，故C错误，符合题意；

D．霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量，故D正确，不符合题意。

故选C。

5．A

【详解】

传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量，选项A正确；金属热电阻是一种可以将热学量转换为电学量的传感器，选项B错误；干簧管是能够感知磁场的传感器，选项C错误；热敏电阻在温度升高时，电阻会变小，热敏电阻能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量．故D错误；故选A．

6．B

【详解】

A．在电子秤中的应用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差信号，故A正确；

B．话筒是一种常用的声波传感器，其作用是声信号转换为电信号，故B错误；

C．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，这种传感器的作用是控制电路的通断。故C正确；

D．光敏电阻的工作原理实际上是传感器把光信号转换成电信号，故D正确；

故选B。

7．D

【详解】

A．没有烟尘时，光的传播方向没有发生改变，U1和U2的大小相等，其比值应该为1，不是零，故A错误；

B．根据康普顿效应原理，散射过程是光子与微粒碰撞作用的结果，所以动量守恒定律仍然成立，故B错误；

C．如果用全反射棱镜作为反射镜4，其反射光线与入射光线的夹角是90°，故需要其临界角小于45°，再根据

故其折射率至少为，故C错误；

D．烟尘浓度越高时，光线被烟尘吸收或散射得就会越多，光线射到6的亮度就会越少，所以U1和U2的差值越大，故D正确。

故选D。

8．C

【详解】

A．执行器相当于人的“肌肉”，故A错误；

B．传感器相当于人的“感觉器官”，故B错误；

C．控制器相当于人的“大脑”，故C正确；

D．敏感元件不属于“模块机器人”的组成部分，故D错误。

故选C。

9．D

【详解】

示波器是带电粒子在电场中的偏转问题，没用到传感器，选项A错误；真空冶炼炉没用到传感器，选项B错误；回旋加速器是带电粒子在电场及磁场中的运动问题，没用到传感器，选项C错误；火灾报警器用到了热传感器，选项D正确；故选D.

10．D

【详解】

A．甲图中，绝缘笔与工作面不能形成一个电容器，所以不能在电容屏上进行触控操作。故A错误。

B．乙图中，力F增大过程中，电容器极板间距减小，电容变大，电容器充电，电流计中的电流从b流向a，选项B错误；

C．丙图中，油箱液位上升时，正对面积变大，电容变大，选项C错误；

D．丁图中，当传感器由静止突然向左加速，电介质插入电容器，电容变大，电容器处于充电状态，选项D正确。

故选D。

11．A

【详解】

传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量，选项A正确；金属热电阻是一种可以将热学量转换为电学量的传感器，选项B错误；干簧管是能够感知磁场的传感器，选项C错误；热敏电阻在温度升高时，电阻会变小，热敏电阻能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量．故D错误；故选A．

12．D

【详解】

A.霍尔元件能够把磁学量转换为电学量，故A错误；

B.干簧管是一种能够感知磁场的传感器，故B错误；

C.话筒中的传感器将声音号转化成电信信号，故C错误；

D.传感器是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，故D正确．

13．C

【详解】

A、热敏电阻是由半导体材料制成的；它主要用于温度传感器中，是温度传感器的重要组成部分，故A正确；

B、干簧管是一种能感知磁场的敏感元件，在电路中是一个磁控开关，故B正确；

C、自动门和自动水龙门是利用光传感器，但不是紫外传感器，因为紫外线对人有较强的辐射作用，故C错误；

D、家庭厨房里的可燃气体泄漏报警器是用气敏元件制成，故D正确；

应用不符合实际的是故选C．

【点睛】传感器在生产生活中有着重要的作用，要掌握常见传感器的作用及其对应仪器的工作原理．

14．D

【详解】

A．没有烟尘时，光的传播方向没有发生改变，U1和U2的大小相等，其比值应该为1，不是零，故A错误；

B．根据康普顿效应原理，散射过程是光子与微粒碰撞作用的结果，所以动量守恒定律仍然成立，故B错误；

C．如果用全反射棱镜作为反射镜4，其反射光线与入射光线的夹角是90°，故需要其临界角小于45°，再根据

故其折射率至少为，故C错误；

D．烟尘浓度越高时，光线被烟尘吸收或散射得就会越多，光线射到6的亮度就会越少，所以U1和U2的差值越大，故D正确。

故选D。

15．B

【详解】

A．干簧管是一种磁敏感元件，能够将磁信号转化为电信号，A错误；

B．酒精检测仪主要元件是一种氧化物半导体传感器，酒精的浓度与传感器的电阻成反比，所以能够感知乙醇的浓度，B正确；

C．一些宾馆安装了“自动门”，当人靠近时自动打开，是因为门上安装了红外线传感器，C错误；

D．电熨斗能自动控制温度主要因为装有双金属片温度传感器，两片金属的热膨胀系数不同，所以才能控制电路的通断，D错误。

故选B。

16．     功率     电阻

【详解】

[1][2]电压传感器A可以测量小灯泡两端的电压，电流传感器B可以测量灯泡的电流，根据 及 可以测量功率和电阻。

17．     减小     减小     亮

【详解】

[1][2][3]当温度降低时，的电阻增大，总电阻增大，据闭合电路欧姆定律知干路电流减小，即电流表示数减小；由

知两端电压减小；再据

知L两端的电压增大，小灯泡变亮。

18．     控制变量法     力传感器、光电传感器

【详解】

[1] 该实验运用控制变量法研究物理量的关系，根据向心力公式，实验探究向心力F和圆柱体线速度v的关系时，要保持圆柱体质量和半径都不变；研究F与r的关系时，保持圆柱体的质量和线速度的大小不变，故采用控制变量法；

[2] 向心力F需要用力传感器测定，圆柱体的线速度v需要用光电传感器测定，故需要用到力传感器、光电传感器。

19．见解析。

【详解】

光敏电阻是将光照强度信号转化为电压（电阻）信号输出的；

热敏电阻是将温度信号转化为电学中的电压（电阻）信号输出的；

金属热电阻也是将温度信号转化为电压（电阻）信号输出的；

电阻应变片是将压力信号转化为电压（电阻）信号输出的；

电容式位移传感器，是将位移信号转化为电压（电容）信号输出的；

故如下表示：

20．见详解

【详解】

当用墨纸包住元件时，光线被挡住，光敏电阻阻值变化，其它两个电阻阻值不变，所以欧姆表示数变化较大的是光敏电阻，欧姆表示数不变化的是定值电阻和热敏电阻；当把元件放入热水中时，温度升高，热敏电阻阻值变化，其它两个电阻阻值不变，所以欧姆表的示数变化较大的是热敏电阻，欧姆表示数不变化的是定值电阻和光敏电阻。

21．见详解

【详解】

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．（1）见解析；（2）见解析

【详解】

（1）在软铁芯上绕制线圈2，磁传感器3置入铁芯的间隙中，并与数字电压表4相连，线圈2中通入的待测电流I越强，铁芯间隙中的磁感应强度就越大，则磁传感器输出的电压也越大。电路如图

（2）在转动物体1的边缘嵌入一个永久磁体2 ，磁传感器3固定在旁边，并与计数电路和显示屏4相连。物体每转动1周，传感器就输出1个电压脉冲，计数器显示的数字就增加1，配合秒表测出物体在时间t内转动的周数n，就可以计算出转速。电路如图