2024版高中同步新教材选择性必修第二册人教物理备课资源01-认识传感器.docx

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1、2024版高中同步新教材选择性必修第二册人教物理备课资源第五章传感器1认识传感器基础过关练题组一神奇的传感器1.【经典题】【多选题】关于传感器的作用,下列说法正确的是()A.通常的传感器可以直接用来进行自动控制B.传感器可以用来采集信息C.通常的传感器可以将感受到的信号转换为电学量D.所有的传感器都将感受到的信号转换为电学量2.(2022重庆江津第五中学期中)下面哪一项不是现代传感器的应用()A.将自己的银行卡插进自动取款机里可以取钱,而不必麻烦银行工作人员B.电梯的两门靠拢接触到人体时,门会自动打开而不会夹伤人C.电饭煲能自动加热和保温而不会把饭烧焦D.当你走近自动门时,门会自动打开3.【经

2、典题】【多选题】如图所示是电子电路中常用到的一种称为“干簧管”的元件。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B.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C.干簧管接入电路中相当于开关D.干簧管是一种能感知磁场的传感器题组二传感器的种类4.(2023浙江高二联考)传感器在生产、生活中已广泛应用,下列关于传感器的说法正确的是()A.额温枪测人体的体温主要利用了红外线传感器B.城市路灯的自动控制利用了温度传感器C.电子秤主要利用了光传感器D.酒店大厅的自动门利用了力传感器5.(2021江苏徐州期末)现代生活离不开智能手机,手机有很多功能需要传感器来实现。例如当人将手机靠近耳朵接听电话

3、时,手机会自动关闭屏幕从而达到防误触的目的,实现这一功能可能用到的传感器为()A.光传感器和位移传感器B.磁传感器和温度传感器C.磁传感器和声传感器D.压力传感器和加速度传感器6.【多选题】(2023云南文山马关第一中学期末)传感器的功能与人的视觉、听觉、触觉、嗅觉等功能相似。在人们的日常生活中,许多地方会用到传感器,关于传感器的实际应用情景,下列说法正确的是()A.交警使用的酒精检测仪应用了葡萄糖生物传感器B.人脸识别系统需要使用光传感器和位移传感器C.电饭锅自动控制温度是利用温度传感器来实现的D.烟雾散射火灾报警器是应用温度传感器实现火灾报警的题组三传感器的组成与应用模式7.关于传感器工作

4、的一般流程,以下选项中正确的是()A.非电学量敏感元件转换电路电学量转换元件B.电学量敏感元件转换电路转换元件非电学量C.非电学量敏感元件转换元件转换电路电学量D.非电学量转换电路转换元件敏感元件电学量8.测定压力变化的电容式传感器如图所示,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连接到如图所示的电路中,当待测压力增大时()A.电容器的电容将减小B.电阻R中没有电流C.电阻R中有从a流向b的电流D.电阻R中有从b流向a的电流9.【多选题】某同学发现他家居住的楼房中,楼梯

5、上的过道灯在夜晚天黑时,用力拍掌就亮了,而白天怎样用力拍掌,灯都不能亮。后来老师告诉他:过道灯是由声传感器和光传感器共同来控制的,其原理如图所示。下列关于声传感器和光传感器的说法正确的是()A.白天有光照时,光传感器自动闭合B.夜晚无光照时,光传感器自动闭合C.有人走动发出声音时,声传感器自动闭合D.无人走动没有声音时,声传感器自动闭合10.(2023河南周口期中)酒精测试仪利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器,酒精气体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,R和R0为定值电阻,不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻,因此,显示仪表的示数就与酒精气体浓度有了对应关系

6、。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成正比,那么,电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的是()A.U越大,表示c越大,U与c成正比B.U越大,表示c越大,但是U与c不成正比C.U越大,表示c越小,U与c成反比D.U越大,表示c越小,但是U与c不成反比11.磁传感器是把磁场信息转换成电信号来检测相应物理量的器件。磁敏电阻是利用某些材料电阻的磁敏效应制成的,某磁敏电阻的结构如图(a)所示。把磁敏电阻GMR接入如图(c)所示的电路中,它的阻值随所处空间磁场的增强而增大,电源的内阻不可忽略。闭合开关S1和S2后,当滑片P向右滑动时,灯泡L1、L2的亮度怎样变化?答

7、案与分层梯度式解析第五章传感器1认识传感器基础过关练1.BC2.A3.CD4.A5.A6.BC7.C8.D9.BC10.B1.BC通常的传感器是通过将非电学量转换成电学量来传递信号的,一般不直接用来进行自动控制,选项A错误;由于通常的传感器可将非电学量转换成电学量,因此传感器可以用来采集信息,选项B正确;通常的传感器可以将感受到的信号转换为电学量,但并不是所有传感器都将感受到的信号转换为电学量,如干簧管,选项C正确,D错误。2.A将自己的银行卡插进自动取款机里可以取钱,应用了磁记录技术,与现代传感器无关,故A符合题意;电梯的两门靠拢接触到人体时,门会自动打开而不会夹伤人,应用了压力传感器,故B

8、不符合题意;电饭煲能自动加热和保温而不会把饭烧焦,应用了温度传感器,故C不符合题意;人走近自动门时,门会自动打开,应用了微波雷达或红外线传感器,故D不符合题意。3.CD将两个软磁性材料制成的簧片密封于玻璃管中,簧片端面互叠,但留有空隙,当干簧管处在磁场中时,两个簧片被磁化而接通,以实现自动控制,所以干簧管接入电路中相当于开关,可见干簧管是一种能够感知磁场的传感器。选项A、B错误,C、D正确。导师点睛对传感器的进一步理解(1)不同的传感器的原理不同,但大多数传感器是通过敏感元件把非电学量的变化转变为电学量的变化。(2)传感器输出的电学量可能为电流、电压等。(3)敏感元件只是传感器的一个关键部分,

9、并不一定就是一个完整的传感器。4.A额温枪测人体的体温主要利用了红外线传感器,A正确;城市路灯的自动控制利用了光传感器,B错误;电子秤主要利用了压力传感器,C错误;酒店大厅的自动门利用了红外线传感器,D错误。故选A。5.A当人将手机靠近耳朵接听电话时,改变了位移,并且耳朵会挡住光线,所以可能用到的传感器为光传感器和位移传感器,A正确,B、C、D错误。6.BC酒精检测仪应用了酒精生物传感器,A错误;人脸识别时,人站在固定位置,摄像机会捕捉人的面部信息,需要使用光传感器和位移传感器,B正确;电饭锅使用温度传感器实现自动控制温度,C正确;烟雾散射火灾报警器是利用光传感器实现火灾报警的,D错误。故选B

10、、C。7.C传感器工作的一般流程为:非电学量被敏感元件感知,然后通过转换元件转换成电信号,再通过转换电路将此信号转换成易于传输或测量的电学量,选项C正确,A、B、D错误。导师点睛传感器的工作流程非电学量敏感元件转换元件转换电路电学量8.D当待测压力增大时,电容器两极板间的距离减小,根据平行板电容器电容的决定式C=rS4kd可知电容增大,选项A错误;电容器两极板间电压U不变,所带电荷量Q=CU,C增大,则Q增大,电容器处于充电状态,则电路中有逆时针方向的电流,电阻R中的电流从b流向a,选项B、C错误,D正确。方法技巧本题实质是含电容器电路动态变化分析问题,抓住平行板电容器电容的决定式C=rS4k

11、d和定义式C=QU即可解题。9.BC白天有光照时,光传感器自动断开,故A错误;夜晚无光照时,光传感器自动闭合,故B正确;有人走动发出声音时,声传感器自动闭合,故C正确;无人走动没有声音时,声传感器自动断开,故D错误。10.B酒精气体传感器电阻r的倒数与酒精气体的浓度成正比,即1r=kc,电压表测的是R0两端的电压,U=IR0=ER0R0+R+r+r=ER0R0+R+r+1kc,由此可知,U越大,表示c越大,但U与c之间不是正比关系,B正确。故选B。11.答案L1变亮L2变暗解析当滑片P向右移动时,滑动变阻器接入电路的阻值增大,电磁铁所在电路中的电流减小,磁敏电阻处的磁场减弱,磁敏电阻的阻值减小

12、,图(c)电路中总电阻减小,干路电流变大,路端电压减小,故灯泡L2变暗;由于通过L1支路的电流变大,故L1变亮。方法技巧传感器问题的分析思路(1)明确传感器的类型;(2)确定传感器中的什么量变化时可以引起电学量的变化;(3)根据电学量的变化确定相关物理量的变化。第五章传感器2常见传感器的工作原理及应用基础过关练题组一光敏电阻1.(2022北京师大附中期末)很多传感器能够把非电学量转化为电学量,可以很方便地测量、传输、处理和控制。关于光敏电阻在传感器中的作用,下列说法正确的是()A.将热信号转化为电信号B.将光信号转化为电信号C.将电信号转化为光信号D.将磁信号转化为电信号2.【经典题】(202

13、3北京丰台期末)光敏电阻是一种阻值对光照极其敏感的电路元件。在光照条件下光敏电阻的电子能够脱离束缚,离开原有位置成为自由电子,而缺失电子的位置便称为空穴。如图所示,自由电子与空穴总是成对出现,称为电子空穴对,空穴可视为正电荷,空穴周围的束缚电子受到空穴吸引会填补该空穴。光敏电阻具有延时性,表现为光照突然消失时,其阻值会缓慢恢复为无光照时的阻值。根据上述材料,判断下列说法正确的是()A.光敏电阻受到的光照越强,其电阻阻值越大B.光敏电阻内部的空穴也能够参与导电C.光照消失后,电子空穴对迅速消失D.光敏电阻适合用于需要快速响应的电路场合3.(2022北京师范大学万宁附属中学期中)如图所示,R1、R

14、2为定值电阻,L为小灯泡,R3为光敏电阻,当光照强度增强时()A.电压表的示数减小B.R2中电流减小C.小灯泡的功率减小D.电路的路端电压增大题组二金属热电阻和热敏电阻4.有一热敏电阻的电阻值在t1t4的温度变化范围内的R-t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t1t4温度范围内,欧姆表的倍率不变)()A.t1t2B.t2t3C.t3t4D.都可以5.【多选题】如图所示,R1为定值电阻,R2是正温度系数的热敏电阻(即温度越高,

15、电阻值越大),L为小灯泡,当温度下降时()A.理想电流表的示数增大B.R1两端的电压增大C.小灯泡变亮D.小灯泡变暗题组三电阻应变片力传感器6.【经典题】【多选题】下列关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是()A.应变片都是由半导体材料制成的B.当应变片的表面拉伸时,其电阻变大;反之变小C.传感器输出的是应变片上的电压D.外力越大,输出的电压值也越大7.(2022江西余干期中)如图是测量汽车质量的地磅示意图,汽车的质量可通过电流表的示数读出,下列说法正确的是()A.电流表的示数越大说明被测汽车质量越大B.电流表的示数越大说明被测汽车质量越小C.把图中的电流表换成电压表同样能测量汽车的质量D.

16、地磅的量程只由弹簧的劲度系数决定,与电路的有关参数无关题组四电容式传感器8.【经典题】(2023江苏南京模拟)电容式传感器实质上是一个可变电容器,当某待测量发生变化时,能引起电容器的电容变化。如图是四个电容式传感器的示意图,其中通过改变电容器两极板正对面积实现信号传递的是()A.图(a)、图(b)B.图(b)、图(c)C.图(c)、图(d)D.图(a)、图(d)9.【多选题】如图所示,电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层,再在导体层外加上一块保护玻璃,在触摸屏四边均镀上狭长的电极。把触摸屏连入电路后,在导体层内会形成一个低电压交流电场,在手指触摸屏幕时,由于人体是导体,手

17、指与内部导体层间会形成一个特殊电容器(耦合电容器),电流由四边电极流向触点,而电流强弱与手指到电极的距离成正比,位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱,准确算出触摸点的位置。由以上信息可知()A.电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指B.当用手触摸屏幕时,手指与屏的接触面积越大,电容越大C.当用手触摸屏幕时,手指与屏的接触面积越大,电容越小D.如果用戴了较厚手套的手触摸屏幕,照样能引起触摸屏动作题组五霍尔元件10.霍尔元件能()A.把温度这个热学量转换成电阻这个电学量B.把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量C.把力这个力学量转换成电压这个电学量D.把光照强弱这个光学量转换成电阻这个

18、电学量11.(2023山东济宁阶段测试)小明用实验来探究自行车测速码表用的霍尔元件中自由电荷的电性。如图所示,设NM方向为x轴,沿EF方向(y轴)通入恒定电流I,垂直薄片方向(z轴)加向下的磁场B,测得沿(选填“x”或“z”)轴方向会产生霍尔电压UH,如果自由电荷为负电荷,则(选填“M”“N”“薄片上表面”或“薄片下表面”)一侧电势高。能力提升练题组一含敏感元件的电路分析1.(2022山西长治月考)压敏电阻的阻值R随所受压力的增大而减小。某兴趣小组利用压敏电阻设计了判断电梯运行状态的装置,其电路如图甲所示,将压敏电阻平放在电梯内,受压面朝上,在上面放一物体A,闭合开关,电梯静止时电压表示数为U

19、0,在电梯由静止开始运行的过程中,电压表的示数变化情况如图乙所示。下列判断正确的是()A.电梯匀加速下降B.电梯匀加速上升C.电梯加速下降且加速度在变大D.电梯加速上升且加速度在变大2.(2023山东济南统考)如图所示为某同学设计的磁报警装置的示意图。RB是磁敏电阻,其阻值随磁感应强度的增大而增大。R1和R2为两个电阻箱,a、b之间接报警器,当电压增大到某一值时,会触发报警器报警。下列说法正确的是()A.当RB处的磁场增强时,电流表示数增大B.当RB处的磁场增强时,a、b间的电压减小C.增大R2的阻值,更容易触发报警器报警D.增大R1的阻值,更容易触发报警器报警题组二敏感元件在生活中的应用3.

20、【经典题】(2023浙江杭州期中)如图所示为某汽车的加速度传感器的俯视图。金属块前、后侧分别连接轻质弹簧、电介质,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前后移动(不能沿其他方向移动),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.汽车由静止突然向前加速,电路中有逆时针方向的电流D.汽车向前做匀加速运动过程中,电路中始终有顺时针方向的电流4.如图甲是某生产流水线上的产品输送及计数装置示意图。其中S为激光源,R1为光敏电阻(有光照射时,阻值较小;无光照射时,阻值较大),R

21、2为定值保护电阻,a、b间接“示波器”(示波器的接入对电路无影响),水平传送带匀速前进,每当传送带上的产品通过S与R1之间时,射向光敏电阻的光线会被产品挡住。若传送带上的产品为均匀正方体,示波器显示的电压随时间变化的关系如图乙所示。已知计数器电路中电源两极间的电压恒为6 V,保护电阻R2的阻值为400 。则()A.有光照时光敏电阻R1的阻值为800 B.有光照和无光照时R2两端的电压之比为12C.有光照和无光照时光敏电阻阻值之比为12D.每1 h通过S与R1之间的产品个数为6 000个答案与分层梯度式解析第五章传感器2常见传感器的工作原理及应用基础过关练1.B2.B3.B4.B5.ABD6.B

22、D7.A8.A9.AB10.B1.B光敏电阻的阻值能随着光照强度的变化而变化,所以光敏电阻的作用是将光信号转化为电信号,选项B正确。2.B在光照条件下光敏电阻的电子能够脱离束缚,离开原有位置成为自由电子,则光敏电阻受到的光照越强,自由电子越多,导电性能越强,其电阻阻值越小,A错误;光敏电阻内部的空穴可视为正电荷,相对于自由电子,运动方向与自由电子的运动方向相反,也能够参与导电,B正确;光敏电阻具有延时性,表现为光照突然消失时,其阻值会缓慢恢复为无光照时的阻值,即光照消失后,电子空穴对并不会迅速消失,C错误;由于光敏电阻具有延时性,它不适合用于需要快速响应的电路场合,D错误。故选B。3.B当光照

23、强度增强时,光敏电阻R3的阻值减小,故电路的总阻值减小,总电流增大,由U1=IR1可知电压表的示数增大,选项A错误;R2两端的电压U2=E-I(R1+r),可知R2两端的电压减小,故通过R2的电流减小,选项B正确;由I=I2+IL知IL增大,故小灯泡的功率增大,选项C错误;电路的路端电压U=E-Ir,总电流增大,故路端电压减小,选项D错误。4.B在t2t3温度范围内,随温度的变化,电阻值变化得较快,即温度计对温度的变化反应较为灵敏,选项B正确。5.ABD当温度下降时,R2减小,外电路的总电阻减小,总电流增大,路端电压减小,电流表测量总电流,则知其示数增大,选项A正确;总电流增大,则R1两端的电

24、压增大,而路端电压减小,所以灯泡两端的电压减小,灯泡变暗,选项B、D正确,C错误。方法技巧含有热敏电阻的电路的动态分析顺序:6.BD常见的电阻应变片有金属电阻应变片和半导体电阻应变片,故选项A错误;当应变片拉伸时,其电阻变大,反之变小,选项B正确;传感器输出的是上、下两应变片上的电压差值,并且随着外力的增大,输出的电压差值越大,故选项C错误,选项D正确。7.A汽车质量越大,弹簧受到的压力就越大,P越向下,滑动变阻器连入电路的电阻就越小,电流表的示数就越大,选项A正确,B错误;如果把电流表换成电压表,因为电压表的内阻较大,所以滑动变阻器接入电路的阻值发生变化时,电压表的示数变化较小,故不能准确地

25、测量汽车质量,选项C错误;因为地磅将力信号转换成了电信号,故地磅的量程还与电源电动势、电表量程等参数有关,选项D错误。方法技巧处理含压力传感器电路问题的思路:一是审清题意,明确题干中力、电的转换方式;二是理清电路结构,利用闭合电路的欧姆定律列式;三是充分利用数学知识分析物理问题。8.A图(a)中动片与定片之间的角度发生变化、图(b)中液面高度h发生变化,都会改变电容器两极板正对面积,实现信号传递;图(c)通过改变电容器两极板的距离实现信号传递;图(d)通过改变电容器两极板间的电介质实现信号传递。故选A。9.AB电容式触摸屏在原理上把手指当作电容器的一个极板,把导体层当作另一个极板,故A正确;手

26、指与屏的接触面积越大,两个极板的正对面积越大,故电容越大,B正确,C错误;如果戴了较厚手套或手持不导电的物体触摸屏幕,触摸屏没有反应,这是因为手与导体层距离较大,不能引起导体层电场的变化,D错误。10.B根据霍尔元件的工作原理,载流子在洛伦兹力作用下偏转,使元件两侧面间产生霍尔电压UH=kIBd,所以它将磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量,故B正确,A、C、D错误。11.答案xM解析由左手定则,带负电的自由电荷向N侧偏转,N侧带负电,N、M间(x轴方向)产生霍尔电压,M侧电势高。能力提升练1.C2.C3.B4.D1.C根据闭合电路欧姆定律得U=E-I(R0+r),结合图像可得电路中的电流

27、一直减小,又I=ER+r+R0,可知压敏电阻的阻值一直增大,则物体A对压敏电阻的压力一直减小,压敏电阻对物体A的支持力一直减小,可知物体A的加速度向下且加速度越来越大,电梯由静止开始运行,则电梯向下加速并且加速度越来越大,选项C正确。2.C当RB处的磁场增强时,RB阻值变大,则电路的总电阻增大,总电流I变小,a、b间的电压为Uab=E-I(r+R1),则a、b间的电压增大,B错误;电流表示数为IA=I-UabR2,由于总电流I变小,而UabR2变大,则电流表示数减小,A错误;因Uab越大越容易触发报警器报警,而增大R2的阻值,a、b间的电压变大,更容易触发报警器报警,故C正确;增大R1的阻值,

28、a、b间的电压变小,要触发报警器报警会更难,D错误。故选C。3.B汽车保持静止时,由Q=CU知,电容器带电,A错误;汽车静止时与匀速直线运动时,弹簧都处于原长,电容器的电容相同,B正确;汽车由静止突然向前加速,弹簧会伸长,电介质相对于电容器极板向后运动,r增大,由C=rS4kd可知电容变大,电容器的电荷量要变大,电容器充电,电路中有顺时针方向的电流,C错误;汽车向前做匀加速运动过程中,加速度不变,弹簧的伸长量不变,电容器充电完成后,电路中不再有电流,D错误。故选B。4.D由甲图可知,R1、R2串联,当有光照射时,光敏电阻R1的阻值较小,电路的总电阻较小,电路中的电流较大,R2两端的电压较大;根

29、据串联电路总电压等于各分电压之和可知,R1两端的电压较小,由图乙知R1两端的电压较小时为U1=2 V,则U2=U源-U1=6 V-2 V=4 V,电路中的电流为I=U2R2=0.01 A,光敏电阻的阻值为R1=U1I=200 ,故A不正确;无光照射时,由图乙可得U1=4 V,U2=U源-U1=6 V-4 V=2 V,所以有光照射和无光照射时保护电阻R2两端的电压之比U2U2=21,故B不正确;由于I=U2R2=0.005 A,此时光敏电阻的阻值为R1=U1I=800 ,所以有光照射和无光照射时光敏电阻的阻值之比为R1R1=200 800 =14,故C不正确;由图像可知,每经过0.6 s,就有一个产品通过计数装置,则1 h通过S与R1之间的产品个数为n=3600s0.6s=6 000(个),故D正确。