5.2常见传感器的工作原理及应用（Word版含答案）.docx

人教版（2019）选择性必修二5.2常见传感器的工作原理及应用一、单选题1 .如图所示，两块水平放置的金属板距离为力用导线、开关K与一个匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场5中。两板间放一台压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为2、电荷量为9的带负电小球。K断开时传感器上有示数 mg, K闭合稳定后传感器上示数为詈。则线圈中的磁场3的变化情况和磁通量的变 化率分别是（ ）B.正在减弱,D.正在减弱, _ mgdN 3nqA _ 2mgdAZ 3nq木火/Ct/A. ht2B . t2t3C. t3-t4D.都可以十, " mgdA.正在增加，-=t qc,正在增加，-=-Ar 3q2 .有一热敏电阻的电阻值在0的温度变化范围内，R“图像如图所示。现将该热敏电阻接在欧姆表的两表笔上，做成一个电阻温度计。为了便于读数，再把欧姆表上的 电阻值转换成温度值。现在要使该温度计对温度的变化反应较为灵敏，那么该温度计 测量哪段范围内的温度较为适宜（设在。74温度范围内，欧姆表的倍率不变）（）3 .如图所示，厚度为力、宽为d的金属导体板放在垂直于它的磁感应强度为3的匀强【详解】AB.金属导体板上的电流是带负电的电子定向移动形成的，当电流如图所示时，根据左手 定则，电子受到的洛伦兹力方向向上，所以上极板聚集负电荷，则达到稳定的状态时，金 属导体板上侧面A的电势一定低于下侧面A'的电势。A错误，B正确；C.根据一 ,IBU = k d 可知，A4'之间的电势差U与导体的厚度无关。C错误；D.根据一,IBU = k d可知，增大磁感应强度B时，4A之间的电势差U增大。D错误。故选Bo4. B【详解】A. /-U图象上的点与原点连线的斜率的倒数表示电阻，由甲图可知，/越大，电阻越小， 而温度越高，则热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，选项A错误；B.温度越高，R阻值越小，热敏电阻R与定值电阻R串联接在电路中，电路中电流越 大，R的电压越大，电压表的指针偏转角越大，因此电压表的指针偏转角越大，温度值越 大，选项B正确；C.温度越高，电路中电流越大，由可知，整个电路消耗的功率越大，选项c错误； D.若热敏电阻的阻值随温度线性变化，由闭合电路欧姆定律/ =- R + & + r可知电路中电流/随温度是非线性变化的，由电压表的示数可知，。随温度是非线性 变化的，因此表盘标注温度刻度一定是不均匀的，选项D错误。故选B。5. B【详解】A.电子秤所使用的测力装置是力传感器，A错误；答案第2页，共9页B.电饭锅通过温度传感器实现温度的自动控制，B正确；C.自动调温的空调应用的是温度传感器，C错误；D.霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量，D错误。故选B。6. D【详解】由题意知，该楼道照明灯具有人体红外线传感器及光敏传感器，D正确。故选D。7. D【详解】由题图乙可知，当R的温度等于2CTC时，热敏电阻的阻值4=4kQ,由7, = ER + Rb可得R" 0.5 kQ©当电流4 =3.6mA时，由/, 二 E凡+ %可得R2 =2 k。结合题图乙知此时热敏电阻的温度为120C,故D正确，ABC错误。故选Do8. D【详解】BD.由题可知，鸨丝的电阻随温度的升高而增大，利用该特性制作的温度传感器，能够把答案第3页，共9页温度这个热学量转换为电阻这个电学量，故D正确，B错误；AC.该传感器利用了鸨丝的物理性质，敏感元件和转换元件都是铝丝，故AC错误。故选D。9. C【详解】因为CCD能把光学量转化为电学量，因而是一种光传感器，故C正确，ABD错误。故选C。10. B【详解】光照逐渐减弱时，光敏电阻阻值增大，电路总电阻增大，总电流减小，内电压减小，外电压增大。A.外电压增大，A灯变亮；支路凡上的电流减小，Ro上的电压减小，又因为外电压增大，所以B灯电压增大，所以B灯变亮，故A错误；B.因为外电阻变大，根据J2R R , r77 弓 二1产(R + r) R+rR + r可知，电源的效率变大，故B正确；C.因为内电压减小，所以电源内阻消耗的功率变小，故C错误；D.对于支路Ro,有/()= A/b + /其中、AZ() < 0 , A4 >0所以I AZ0 |<| AZJ故D错误。答案第4页，共9页故选B。11. C【详解】通过审题可知为产0是一个电压的临界点，对应着开关S的动作，而开关的动作对应着温度的上升或下降，由电路分析可知，在"&、尺3给定的条件下，热敏电阻R的阻值决定 了 “的正负，设电源负极的电势为零，则(p(l = U , (pb = UR+R2 b R3 + &其中U为电源的路端电压，令(Pa=(Pb,即Uab二°则可得R R3代入数据得4=20kQ查表得对应的温度为35故选Co12. A【详解】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弓金度这个磁学量转换成电压这个电学量，故D错误。故选Ao13. 或，增大答案第5页，共9页【详解】为使电动机在温度升高或受到光照时能自动启动，即热敏电阻或光敏电阻的电阻值小时， 输入为“1”,输出为力”，所以虚线框内应选"或''门.若要提高光照时电动机启动的灵敏 度，需要在光照较弱即光敏电阻阻值较大时输入为“广，输出为“1”,所以要增大R2的阻 值.14. 减小减小左偏【详解】口23当待测压力减小时，两板间距d变大，根据。=广。可知，电容器的电容将减 4兀kd小，根据Q=CU可知，电容器的电荷量将减小，电容器放电，电流从正极流出电流计，则 灵敏电流表的指针向左偏。15. 减小光【详解】一般光敏电阻的阻值随入射光强度的增加而减小；由于它对光照较敏感，所以可以做 光传感器；16. 限流大于不会【详解】通过红灯、黄灯的电流必须较小，根据欧姆定律可知Ri、R2限流作用；电饭煲盛上食物 后，接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合Si,这时黄灯被短路，红灯亮，电饭煲处于加 热状态，加热到80时，S2自动断开，Si仍闭合，水烧开后，温度升高到103°。时，开关 Si自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态，所以煮饭前温度低于70, 所以S2是闭合的；R3是发热电阻，要产生很大的热量，所以电流要大一点，而通过R2的 电流要小一点，而并联电路电压相等，根据欧姆定律可知R2R3.若用电饭煲烧水时，温 度达不到居里点(W3), Si不会自动断开.点睛：本题考查了电阻的串联和并联通过以及电功率公式的灵活应用，关键是根据题意和 电路图得出电饭煲的工作过程，对学生的分析能力和获取信息的能力要求较高.17. 运动力压强答案第6页，共9页【详解】在DIS实验中，我们用过不少传感器，其中常用的有“运动，力，压强，光，声 音，电压，电流''等。选三个填入即可。18. (1)A、B (2)110。【详解】恒温箱内的加热器应该接在A、8端.当线圈中的电流较小时，继电器的衔铁在上方， 恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高.(2)随着恒温箱内温度升高，热敏电阻R的阻值变小，则线圈中的电流变大，当线圈中的电 流大于或等于10mA时' 继电器的衔铁被吸到下方来，使恒温箱加热器与电源断开，加热 器停止工作，恒温箱内温度降低.随着恒温箱内温度降低，热敏电阻R的阻值变大，则线 圈中的电流变小，当线圈的电流小于10mA时，继电器的衔铁又被释放到上方，则恒温箱 加热器又开始工作，这样就可以使恒温箱内保持在某一温度.要使恒温箱内的温度保持 50,即50时线圈内的电流为10mA.当"50 时,R=90QE 由闭合电路欧姆定律得：/ = 叫”, A() + A + IVF可得：尺'=7 (& + A)解得：R'=磊一(l0° + 9°)c = ll。19. (1) R传=10。, 4 =0.3A (2) Um = 6V (3) U = 3V ,可用【详解】试题分析：(1)根据传感器上的铭牌标志，利用电功率公式便可求出电阻和电流，(2)先 求出各用电器所能通过的电流，从而比较得出干路最大电流，然后利用相关公式求出最大 电压.(3)利用所知物理量，及要求未知量，结合数学中的二元一次方程组来解决，最后 便可求出所加电压.答案第7页，共9页U?32尸0 9(1)传感器的电阻为：尺传=萨=右。=1。：，额定电流：/传=产=<4=。.34 K传 U90传3(2)要求电路各部分安全，则要求电路的最大电流：/ =/传=0.3A此时电源电压最大值：ua(), U传为传感器的额定电压，。为凡调至最大值心=10。时&两端的电压,即°。= /传& =。3 xlOV = 3V电源电压最大值：U“,=U传+U°=3V +3V = 6V(3)设实际检测时，加在a、b间的电压为U,传感器的实际电阻为此专根据第一次实验记录数据有：U =4/+a=().16xR，+L48”根据第二次实验记录数据有：U =(0.22x+ 0.91)V(2)由联立解得：国专=9.67。，u=3V传感器的电阻变化为A/? = H传一 =(109.67)。(0.5。故此传感器仍可使用，电压为3V.20. (1)见解析；(2) y ； (3)见解析T【详解】(1)传感器由弹簧、托盘、压敏电阻组成，属于压力传感器。(2)为保护电路应再串联一个定值电阻，电压表作为显示器与压敏电阻并联，作图如下答案第8页，共9页(3)当有重物放入托盘中时，压敏电阻阻值随之改变，根据串联分压可知，电压表示数将 发生变化，则可由电压表示数反应电子秤中物体的重力大小。21.4标在电流较大的刻度上【详解】由图甲知I,温度越高，电阻阻值越大，根据闭合电路的欧姆定律1 = -R+r当电阻越小电流越大，所以温度较低的点即4标在电流较大的刻度上。22. 0.08mm【详解】初始位置的电容键被按下时，d减小，C = = 8x10-13FC增大，电子线路恰能检测出必要的信号时的电容C =8x10-13F+0.2x10-,2F=1x10-12F则dC 1x10则键至少需被按下0.08mm.空=8x0“x40xl0 6 由=3.2x 1m = 0.32mm答案第9页，共9页磁场中，当电流通过金属导体板时，在金属导体板的上侧面A和下侧面A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U、电流/和3的关系为A.达到稳定的状态时，金属导体板上侧面A的电势一定高于下侧面A'的电势B.达到稳定的状态时，金属导体板上侧面A的电势一定低于下侧面A'的电势C.增大导体的厚度/2时，4V之间的电势差U将变大D.增大磁感应强度3时，44,之间的电势差U将变小4 .某同学准备用一种热敏电阻制作一只电阻温度计。他先通过实验描绘出一段该热敏 电阻的/一。曲线，如图甲所示，再将该热敏电阻及，与某一定值电阻串联接在电路 中，用理想电压表与定值电阻并联，并在电压表的表盘上标注温度值，制成电阻温度A.从图甲可知，该热敏电阻的阻值随温度的升高而增大B.图乙中电压表的指针偏转角越大，温度越高C.温度越高，整个电路消耗的功率越小D.若热敏电阻的阻值随温度均匀变化，则表盘上标注温度刻度也一定是均匀的5 .下列关于传感器的说法中正确的是（）A.电子秤应用的是光传感器B.电饭锅通过温度传感器实现温度的自动控制C.自动调温的空调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6 .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（）温度传感器人体红外线传感器声音传感器光敏传感器A.B.C.D.7 .温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏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£ = 9.0V,内电 阻不计，G为灵敏电流表，其内阻力保持不变；R为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示.闭合开关，当R的温度等于20时，电流表示数=2mA；当电流表的示数4=3.6mA时，热敏电阻的温度是（）A. 60B. 80C. 100D. 1208 .如图，在电路中接一段鸨丝（从旧白炽灯中取出），闭合开关，灯泡正常发光，当 用打火机给鸽丝加热时灯泡亮度明显变暗，根据鸽丝的上述特性，可用鸽丝来制作一 个温度传感器，下面的说法中正确的是（）11铝丝灯泡WVWW（5?）A.该传感器利用了鸨丝的化学性质8 .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鸨丝，转换元件是灯泡D.该传感器利用了鸨丝电阻随温度变化而变化的特性9 .数码相机的普及使传统胶片相机逐渐被淘汰。数码相机的主要部件是电荷耦合器（CCD）,能将光学量转化为电学量。该部件可视为（）A.力传感器 B.温度传感器C.光传感器 D.霍尔元件10 .某学校新装了一批节能路灯如图甲所示，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。如图乙为其内部电路简化原理图，电 源电动势为E内阻为Q为光敏电阻（光照强度增加时，其电阻值减小）。当随着 傍晚到来光照逐渐减弱时，则下列判断正确的是（ ）图甲图乙A. A灯变亮，B灯变暗B.电源的效率变大C.电源内阻消耗的功率变大D.以上电流的变化量等于Ro上电流变化量11 .如图所示，甲为在温度为1（TC左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R|二20k。、R2=10k。、6=40k。，凡为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示，、人端电压。时40时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电 热丝发热，使箱内温度升高；当。、端电压时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在（）电压鉴别器220VI_电热丝乙A. 10甲B. 20 C. 35D. 4512 .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二、填空题13 .电动机的自动控制电路如图所示，其中R为热敏电阻，用为光敏电阻，当温度升高时，R的阻值远小于飞；当光照射用时，其阻值远小于仆，为使电动机在温度升 高或受到光照时能自动启动，电路中的虚线框内应选门逻辑电路；若要提高光照 时电动机启动的灵敏度，可以R2的阻值（填“增大或减小”）.14 .传感器是一种采集信息的重要器件。如图所示是一种测定压力的电容式传感器， A为固定电极，B为可动电极，组成一个电容大小可变的电容器。可动电极两端固 定，当待测压力施加在可动电极上时，可动电极发生形变，从而改变了电容器的电 容。现将此电容式传感器与零刻度在中央的灵敏电流表和电源串联成闭合电路，已知 电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏转。当待测压力减小时，电容器的电容将 （填"增大或'减小” 电容器的电荷量将 （填“增大”或“减小” 灵敏电流表的指针向（填“左偏”或"右偏15 . 一般光敏电阻的阻值随入射光强度的增加而.由于它对光照较敏感，所以可 以做 传感器.16 .电饭煲的工作原理如图所示，可分为两部分，即控制部分：由S2、Ri和黄灯组 成，工作（加热）部分；有发热电阻R3、R2和红灯组成，S1是一个磁钢限温开关， 手动闭合，当此开关的温度达到居里点（103）时，自动断开，且不能自动复位， S2是一个双金属片自动开关，当温度达到70C80C时，自动断开，低于70时， 自动闭合，红灯、黄灯是指示灯，通过其电流必须较小，所以Ri、R2起作用，R3是发热电阻.接通电源并按下Si后，黄灯熄而红灯亮，R3发热，当温度达到 70C80。时，S2断开，当温度达到103c时饭熟，Si断开，当温度降到70以下 时，S2闭合，电饭煲处于保温状态，由以上描述可知R2R3 （填或=或）,若 用电饭煲烧水时，Si （填"会"或"不会”）自动断开.电源17 .在DIS实验中，我们用过不少传感器，请写出三个传感器： 传感器， 传感器，传感器。三、解答题18 .如图所示，图甲为热敏电阻的R"图象，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一 个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为100。.当线圈的电流大于或等于10mA时， 继电器的衔铁被吸合.为继电器线圈供电的电池的电动势E=3.0V.内阻可以不计.图 中的“电源”是恒温箱加热器的电源.问：甲（1）应该把恒温箱内的加热器接在A、8端间还是。端?如果要使恒温箱内的温度保持50,可变电阻R的阻值应调节为多大？19 .如图所示为检测某传感器的电路图，传感器上标有“3V, 0.9W”的字样（传感器可看作一个纯电阻），滑动变阻器凡上标有“1。，1A”的字样，电流表的量程为0.6A, 电压表的量程为3V.（1）根据传感器上的标注，计算传感器的电阻和额定电流.（2）若电路元件均完好，检测时，为了确保电路各部分的安全，在。、人之间所加的电源电压最大值时多少？（3）根据技术资料可知，如果传感器的电阻变化超过了 1C,则该传感器就失去作用，实际检测时，将一个恒定的电源加在图中服人之间（电源电压小于上述所求的电 压的最大值），闭合开关S,通过调节凡来改变电路中的电流和两端的电压，检测 记录如右表.若不计检测电路对传感器电阻的影响，通过计算分析，你认为这个传感器是否还能使用？此时。、匕间所加的电压时多少？电压表示数UN电流表示数/A11.480.1620.910.2220 .如图(a)所示是某种型号电子秤的结构示意图。(1)这台电子秤的传感器是由哪些器件组成的？属于哪类传感器?(2)在图(b)中画出这台电子秤的电路图.(3)简述这台电子秤的工作原理.- I(a)(b)21 .如图甲表示某金属丝的电阻R随摄氏温度/变化的情况。把这段金属丝与电池、电 流表串联起来(图乙)，用这段金属丝做测温探头，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电阻温度计。请判断：如果电池的电动势和内阻都是不变的，电流表上代表乙、的两点，哪个应该标在电流比较大的刻度上?22 .如图所示，有的计算机键盘的每一个键下面都连一小块金属片，与该金属片隔有一定空隙的是另一块小的固定金属片，这两块金属片组成一个小电容器，该电容器的 电容C可用公式。二”计算，式中常数38xlOT2F.m7, S表示金属片的正对面积， ad表示两金属片间的距离。当键被按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的 电子线路就能检测出是哪个键被按下了，从而给出相应的信号。设两块金属片的正对 面积为40mm2,键未按下时两金属片的距离为0.4 mm,如果电容变化了 0.2 pF,电子 线路恰能检测出必要的信号，则键至少需要被按下多少距离？参考答案:1. D【详解】K闭合稳定后传感器上示数为管，说明此时上极板带正电，即上极板电势高于下极板电 势，极板间的场强方向向下，大小满足mg _Eq+mg即U=Ed所以两极板间的电压U=2mgd3q线圈部分相当于电源，则感应电流的方向是从下往上，据此结合楞次定律可判断穿过线圈 的磁通量正在减少，线圈中产生的感应电动势的大小为等根据 _ 2mgdAr 3q可得A _ 2mgdA? 3nq故选D。2. B【详解】在止门温度范围内，随温度的变化电阻值变化得较快，即电阻值对温度的变化较为灵敏,B正确。故选B。3. B答案第1页，共9页