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1、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 .某学校创建绿色校园，如图甲所示为新装的一批节能路灯，该路灯通过光控开关实 现自动控制：路灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变。如图乙所示为其内部电路简化原理图，电源电动势为日 内阻为凡为光敏电阻（光照强度增加时，其电阻值减小）。现增加光照强度，则下列判断错误的是（）甲A. A3灯都变暗乙B.电源的输出功率变小C.电源的效率变小D.凡上电流的变化量大于凡上电流的变化量2 .下列设备在工作时，利用了温度传感器的是（）A.称量货车载重量的电子秤B.能自动开启和关闭的路灯C.烟雾报警器D.自动恒温箱3.利用霍尔元件可以进
2、行微小位移的测量。如图甲所示，将固定有霍尔元件的物体置 于两块磁性强弱相同、同极相对放置的磁体缝隙中，建立如图乙所示的空间坐标系。保持沿工方向通过霍尔元件的电流/不变，当物体沿z轴方向移动时，由于不同位置处 磁感应强度3不同，霍尔元件将在y轴方向的上、下表面间产生不同的霍尔电压UH。当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度8为0, UH为0,将该点作为位移的零点。在小范围内，磁感应强度3的大小和坐标z成正比，这样就可以把电压表改装成测量 物体微小位移的仪表。下列说法中正确的是（）参考答案:1. B【详解】A.光照强度增加，光敏电阻的阻值减小，电路的总电阻减小，故电路的总电流增大，电源内电压增大，路
3、端电压减小，A灯变暗，流过冬的电流增大，小两端的电压增大，尺两端电压减小，3灯两端的电压减小，3灯变暗，A正确，不符合题意；B.由电路的输出功率和外电路电阻的关系图因不知内阻和外阻之间的关系，因此无法判断输出功率的变化，B错误，符合题意；C.电源的效率为路端电压减小，电源的效率变小，C正确，不符合题意； ED.通过用的电流等于通过光敏电阻凡的电流与通过8灯的电流之和，根据前面的分析,通过5灯的电流减小，而通过凡的电流增大，故凡上电流的变化量大于凡上电流的变化量，D正确，不符合题意。故选B。2. D【详解】A.称量货车载重量的电子秤利用的是压力传感器，故A错误；B.能自动开启和关闭的路灯与光的强
4、弱有关，利用的是光传感器，故B错误；C.烟雾报警器，是当有火灾时，会产生烟雾进入火灾报警器，利用光的漫反射，从而触发开关报警，利用的是光传感器，故C错误；D.自动恒温箱需要将温度信号转化为电信号，利用的是温度传感器，故D正确。故选D。【点睛】答案第1页，共10页3. D【详解】 设载流子的电荷量为外 沿电流方向定向运动的平均速率为h单位体积内自由移动的载流 子数为小导体板横截面积为s,霍尔元件沿Z轴厚度为霍尔元件沿y轴厚度为，则 电流的微观表达式为I = nqSv = nqabv载流子在磁场中受到洛伦兹力耳各=qvB载流子在洛伦兹力作用向上或向下移动，上下表面出现电势差，则载流子受到的电场力为
5、当达到稳定状态时，洛伦兹力与电场力平衡，联立得出旦nqaA.由Uh=nqa可知，8的方向不同时，霍尔电压的正负不同，而位移方向不同时，5的方向也不同，因 此该仪表可以确定位移方向，故A错误;B.小范围内，磁感应强度3的大小和坐标z成正比，由Uh=nqa可知，U”与B成正比，故与坐标z成正比，故刻度是均匀的，故B错误;C.在Az。区域，5方向沿z轴负方向，用左手定则可判断电流受力方向沿y轴正方向，故载流子向上移动，因载流子带负电，故上表面电势低，故C错误;D.由Uh=nqa可知，电流/越大，霍尔电压越大，故D正确。故选D。答案第2页，共10页4. A【详解】A.当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，
6、改变了位移，并且耳朵可能挡住了光线，所以 可能用到的传感器为光传感器和位移传感器，则A正确；BCD.当人将手机靠近耳朵附近接听电话时，没有磁场的变化，也没有产生特别的压力， 所以BCD错误；故选Ao5. B【详解】A.电势差Uc。不仅与材料有关，还与磁感强度大小，电流强度大小有关，A错误；B.若霍尔元件的载流子是自由电子，根据左手定则，电子受洛伦兹力向C端移动，因此 电势差%/o时，电路中电流比 静止时变大，说明压敏电阻阻值变小，压力增大，压力大于重力，根的合外力向上，加速 度方向向上，如果电梯正在上升，则为加速上升，如果电梯正在下降，则为减速下降，故 答案第4页，共10页D正确。故选D。9.
7、 D【详解】A.图甲中两极间的电量不变，若电压减小则由电容的定义式分析可知，电容增大，由电容的决定式C = -4兀kd可知，两极板正对面积增大，力变大，A错误;B.图乙中两极间的电量不变，若电压增加，则由电容的定义式C=F分析可知，电容减小，由电容的决定式C = -4/rkd可知，极板正对面积减小，。变大，B错误;C.图丙中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，说明电容器在放电，电量减小，由电容的定义式C=F分析可知，电容减小，由电容的决定式 2sC =4兀kd可知，电介质向外移动，则x变大，C错误;D.图丁中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，说明电容器在充电，电量增加，由电容
8、的定义式分析可知，电容增大，由电容的决定式C = -4兀kd答案第5页，共10页可知，极板间距离减小，则尸变大，D正确。故选D。10. D【详解】霍尔元件能将磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量，即能将磁信号转化为电信 号。故选Do11. B【详解】水位不同，洗衣机筒壁所受压力不同，所以应该采用压力传感器，故B正确，ACD错误。故选Bo12. B【详解】A.图乙中电压的最大值Um=220V,则有U T_) T / R R 2解得，电压的有效值为U = 110 亚N故A错误；B.变压器原、副线圈中的电压与匝数成正比，所以变压器原、副线圈中的电压之比是10： 1,所以电压表的示数为110V,故
9、B正确；CD. R处温度升高时，电压表示数不变，阻值减小，副线圈电流/2增大，则输出功率增大，而输出功率和输入功率相等，所以原线圈电流增大，即电流表示数增大，根据/知，电阻Ro消耗的电功率增大，故CD错误。答案第6页，共10页5.04300故选B。13.【详解】1根据图像可知当R的温度等于120c时，热敏电阻的阻值R=2000Q由串联电路特点及闭合电路欧姆定律得4+厂)当R的温度等于20C时，热敏电阻的阻值R/=4000Q由串联电路特点及闭合电路欧姆定律得E = NRi+Rg+r)联立解得E=5.04V- 300Q14. 1600.026【详解】1当温度，=0时Rt = 20Q根据欧姆定律F1
10、= 25mAR+R解得R = 100Q当电流为15mA时、代入欧姆定律公式可得：温度r = 160当把测温探头均放到460温度环境中答案第7页，共10页Rt = 250Q电路消耗的电功率为E2P =x 0.026WR + Rt15. B A【详解】12当水位正常时，容器中的金属片断开，电磁铁断电没有磁性，绿灯所在电路接通，绿 灯亮；当水位升高，水是导体，当水位达到一定高度是容器中金属片接通时，电磁铁通电 有磁性，把衔铁吸引下来，红灯所在电路接通，红灯亮，发出报警信号.故红灯泡应安在 B位置，绿灯泡应安在A位置。16. A、3 端 260【详解】恒温箱内的加热器应接在A、B端。随着恒温箱内温度升
11、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20mA时，继电器的衔铁被吸到下 方来，则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20mA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 在某一1温度。(2)2要使恒温箱内的温度保持50,即50时线圈内的电流为20mA。由闭合电路欧姆 定律/=-r+R+R为继电器的电阻，由图甲可知，50时热敏电阻的阻值为90Q,所以R 若-R-r=260Q17. 减小减小【详解】答案第8页，共10页EH
12、 2由电路图可知，监控器与R2并联后与R/串联；当光线受到遮挡时，由题意可 知，4中的电阻增大；则电路中总电阻增大；总电流减小；由于并联部分电阻不变；故其 电压电流都减小。18. U= Emco k-mco【详解】 设系统在水平面内以角速度。转动时，弹簧伸长的长度为X,则对元件A,根据牛顿第二定律得依=/(乙+ %)，又输出电压。=黑石=：，由得。=6根二 kbc lk-mco EkiE19. (1) G = 2kl- (2)瓜0人0【详解】(1)设所称重物重力为G时弹簧的压缩量为x,由题意得G = kxX此时，滑动触头p距3端距离为/-X,滑动变阻器有效电阻为凡-7/，由闭合电路欧姆 定律有
13、Fkl 由式解得旌24万(2)该装置达到最大量程时,弹簧压缩量最大，4 B间电阻被短路。故此时电流表示数20. (1)1 000 Q； (2)20 【详解】(1)由题图乙知热敏电阻R的温度在120 时，电阻为2kQ,闭合电路的电流为/ = 3 mA根据闭合电路欧姆定律得9R = (-2x103)Q = 1000Q3x10-3(2)当电流表的示数，2=1.8 mA时答案第9页，共10页FRg=Rg =(1.8x10-3-1x103)Q = 4000Q由题图乙可知当热敏电阻R阻值为4 000 Q时的温度为20 21. 见解析【详解】 平时发光二极管LED发出的光被不透明的挡板挡住，光电三极管收不到
14、LED发出的光。但有烟雾进入时，因烟雾对光的散射而致使部分光照射到光电三极管上，使其电阻变小, 从而与传感器连接的电路检测出这种变化，发出警报。22. (1)应标在电流表刻度盘1.6x10-2a处(2) 50kg(1)由压力传感器R的电阻与所受压力的关系如表中所示，可得：F=0, R=300Q,由闭合电路欧姆定律:冷蒜水xl。-2A即该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘1.6X10-2A处(2)由闭合电路欧姆定律:H上=卫。= 2400I 0.02由表中数据得，F=500N,由叫，得2=50kg 如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20mA,则此人的体重是50kg.答：
15、(1)应标在电流表刻度盘l.6xl0-2a处(2) 50kg答案第10页，共10页甲乙A.该仪表只能测量位移的大小，无法确定位移的方向B.该仪表的刻度线是不均匀的C.若霍尔元件中导电的载流子为电子，则当Az0时，上表面电势高D.电流/越大，霍尔电压U”越大4 .现代生活离不开智能手机，手机中有很多特殊功能需要传感器来实现。例如当人将 手机靠近耳朵附近接听电话时，手机会自动关闭屏幕从而达到省电的目的，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5 .利用霍尔效应制作的霍尔元件，广泛应用于测量和自动控制等领域
16、，如图是霍尔元 件的工作原理示意图，磁感应强度8垂直于霍尔元件的工作面向下，通入图示方向的B.若霍尔元件的载流子是自由电子，则电势差C.仅增大磁感应强度时，电势差变小D.在测定地球赤道上方的地磁场强弱时，元件的工作面应保持水平6 .电磁学的成就极大地推动了人类社会的进步。下列说法正确的是（）甲乙丙丁A.甲图是某品牌的无线充电手机利用电磁感应方式充电的原理图，无线充电时手机 接收线圈部分的工作原理是“电流的磁效应”B.在乙图中，开关由闭合变为断开，则断开瞬间触头C马上离开触点C.在丙图中，钳形电流表是利用电磁感应原理制成的，它的优点是不需要切断导线， 就可以方便地测出通过导线中交变电流的大小D.
17、 丁是电容式话筒的电路原理图，声波的振动会在电路中产生恒定的电流7 .人类发射的绕地球运转的航天器，所需要的电能主要由太阳能电池把太阳能转化为 电能得到，因此要求太阳能电池板总是对准太阳，为达到这一要求应利用下列那种传 感器来感知太阳的方位（ ）A.温度传感器B.力传感器C.生物传感器D.光传感器8 .某压敏电阻的阻值R随压力尸变化的规律如图甲所示，将它水平放在电梯地板上并 接入如图乙所示的电路中，在其受压面上放一物体机，即可通过电路中电流表A的示 数/来研究电梯的运动情况。已知电梯静止时电流表的示数为/。下列说法正确的是AT?Rom -IHR乙A.若示数则电梯一定处于静止状态8 .若示数/保
18、持不变，则电梯一定做匀速运动C.若示数/在增大，则电梯的速度在增大D.若示数/o,则电梯可能在减速向下运动甲固定电极7mmm7待测压力方A.甲图中两极间的电量不变,若电压减小，可判断出变小B.乙图中两极间的电量不变,若电压增大，可判断出。变小C.丙图中两极间的电压不变,若有电流流向传感器的负极，则x变小D.丁图中两极间的电压不变,若有电流流向传感器的正极，则尸变大可动电机9 .传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、角度等）转换成电学物理量（如 电压、电流、电量等）的一种元件。如图所示中的甲、乙、丙、丁是四种常见的电容 式传感器，下列说法正确的是（）10.A.能够将热信号转化为电信号B.能
19、够将光信号转化为电信号C.能够将力信号转化为电信号D.能够将磁信号转化为电信号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。关于霍尔元件在传感器中的作用，下列说法中正确的是（）11 .有些洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该装置采用的传感器是（）B.压力传感器A.温度传感器C.生物传感器D.红外线传感器12 .如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为10： 1,原线圈接入图乙所示的正弦脉冲电压，副线圈接火灾报警系统（报警器未画出），电压表和电流表均为 理想电表，Ro为定值电阻，R为半导体热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小。下列说法中正确的是（）A.图乙中电压的有
20、效值为220VB.电压表的示数为11起VC. R处出现火警时电流表示数变小D. R处出现火警时电阻Ro消耗的电功率电源的电动势石=V,减小 二、填空题13 .温度传感器是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性工作的，它广泛应用于电冰箱、冰柜和室内空调等家用电器中，现利热敏电阻设计如图甲所示，电路测一特殊电 源的电动势和内阻。G为灵敏电流计，内阻Rg= 500。保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙所示，闭合开关S,当R的温度等于120时: 电流计的 示数1=L8mA,当H的温度等于20时，电流计的示数为乙=105mA。则可求出该甲14 .通常情况下，电阻的阻值会随温度的变化而改变，
21、利用电阻的这种特性可以制成电阻温度计，从而用来测量较高的温度.如图所示，电流表量程为。25mA,电源电动势为3V,内阻不计，R为滑动变阻器，电阻4作为温度计的测温传感器.当，20C 时，用的阻值随温度，的变化关系为N =20 + 0勺（单位为。）.先把耳放入。环境中，闭合电键S,调节滑动变阻器凡 使电流表指针恰好满偏，然后把测温探头凡放 到某待测温度环境中，发现电流表的示数为15mA,该环境的温度为； 当把测温探头均放到460C温度环境中，电路消耗的电功率为 Wo p-L-R,R V“t 1测温探头I ,I_ 15 .如图所示，是自动水位报警器的示意图，其中继电器的线圈通过电流时，磁铁吸 引衔
22、铁1,使它与触头3断开，与触头2接触.若要求水位正常时绿灯亮，高出一定 水位时红灯亮，现有红、绿灯泡各一个，红灯泡应安在 位置，绿灯泡应安在位置（填A或B）.i_l16 .如图甲所示，为热敏电阻的R/图像，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100Q。当线圈的电流大于或等于20mA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=9.0V,内阻可以不计。 图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。则甲应该把恒温箱内的加热器接在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 Qo17 .如图为利用光敏电阻设计的行人监控装置原理图。Q为光敏电阻，
23、其阻值随光照减弱而增大，&为定值电阻，A、B接监控器，其在电路中的作用相当于一个定值电阻，电源电压不变。当有 人走过通道，光线受到遮挡时，加在监控器上的电压将 （选填增大，“减小”或“不变”），通过R/的电流将（选填“增大”、减小”或“不变通道A1监控器TB三、解答题18 .角速度计可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度，其结构如图所示，当系统绕 00轴转动时，元件A发生位移并输出电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信 息源，已知A的质量为m,弹簧劲度系数为k、自然长度为1,电源电动势为E、内阻 不计，滑动变阻器总长度为1,电阻分布均匀，系统静止时P在a点，当系统以角速度 3转动时，推导输出电
24、压U和3的函数关系式.19 .如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为区 内阻不计，不称物体时，滑动触头尸在A端，滑动变阻器接入电路中的有效电阻最大，电流较小；称重物时，在 压力作用下滑动触头下移，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大。这样把电流对应的 质量值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的质量，若滑动变阻器上A、3间长度为 /,最大阻值为凡，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为联(1)试导出所称重物重力G与电路中电流/的函数关系(2)该装置达到最大量程时电流表示数是多少?pUoRoTE20 .温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家电产品中，它是利用热敏电阻的阻值随温度的变化
25、而变化的特性工作的。如图甲中，电源的电动势石=9.0V, 内电阻可忽略不计；G为灵敏电流表，内阻旦保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与 温度的变化关系如图乙的图线所示，闭合开关，当R的温度等于120 0c时，电流表示数，/ = 3mA,求:电流表G的内阻4。(2)当电流表的示数/2=L8mA时，热敏电阻R的温度。甲74木 R/kC432I 20 40 60 80 100120140160乙21 .烟雾散射式火灾报警器为什么平时不报警，而有烟雾时能报警?22 .传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一 种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用.有一种测量人的体重的电子秤
26、，其测量 部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器R (电阻值会随所受压力大 小发生变化的可变电阻）和显示体重大小的仪表A （实质是理想电流表）组成.压力 传感器表面能承受的最大压强为lxlO7Pa,且已知压力传感器R的电阻与所受压力的 关系如表所示.设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的 电压恒为4.8V,取g=10m/s2.请作答:压力尸N0250500750100012501500 电阻R/C300270240210180150120 （1）该秤零点（即踏板空载时）的刻度线应标在电流表刻度盘何处？（2）如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20mA,则这个人的质量是多少？