5.1認(rèn)識傳感器基礎(chǔ)鞏固2021—2022學(xué)年高中物理教科版（2019）選擇性必修第二冊一、選擇題（共15題）1．如圖是測定位移的電容式傳感器，其工作原理是哪個量的變化，造成其電容的變化（  ）A．電介質(zhì)進(jìn)入極板的長度B．兩極板間距C．兩極板正對面積D．極板所帶電量2．為了做好新冠疫情防控工作，小區(qū)物業(yè)利用紅外測溫儀對出入人員進(jìn)行體溫檢測。紅外測溫儀是一種利用紅外線來測量體溫的設(shè)備，被測人員輻射出的紅外線可被測溫儀捕捉，并轉(zhuǎn)變成電信號。下列與紅外測溫儀屬于同類傳感器的是（　?。?/span>A．飲水機(jī)中自動控制加熱和保溫的溫控器B．走廊照明燈的聲控開關(guān)C．火災(zāi)紅外報警器D．電子體重計的壓力傳感裝置3．擁有多名長江學(xué)者的天津大學(xué)自動化與信息工程學(xué)院，為全國傳感器類生產(chǎn)企業(yè)輸送了眾多人才．傳感器指的是能將感受到的物理量（如力、熱、光、聲等）轉(zhuǎn)換成便于測量量（一般是電學(xué)量）的一種元件，在自動控制中有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，如圖所示的裝置是一種測定液面高度的電容式傳感器，從電容C大小的變化情況就能反應(yīng)出液面高度h的高低情況，則下列說法正確的是A．C增大表示h增大B．C增大表示h減小C．金屬芯線與電介質(zhì)構(gòu)成一個電容器D．圖中液體可以不是導(dǎo)電液體4．如圖所示為一只“極距變化型電容式傳感器”的部分構(gòu)件示意圖．當(dāng)動極板和定極板之間的距離d變化時，電容C便發(fā)生變化，通過測量電容C的變化就可知道兩極板之間距離d的變化的情況．在下列圖中能正確反映C與d之間變化規(guī)律的圖象是(　　)A． B．C． D．5．下列說法正確的是（　　）A．凡將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量的傳感器都是物理傳感器B．大多數(shù)傳感器是以化學(xué)原理為基礎(chǔ)制成的C．物理傳感器只能將采集到的信息轉(zhuǎn)換為電壓輸出D．物理傳感器利用的是物質(zhì)的物理性質(zhì)或物理效應(yīng)6．關(guān)于傳感器，下列說法中正確的是（    ）A．干簧管是能夠感知電場的傳感器B．所有傳感器的材料都是由半導(dǎo)體材料制成的C．霍爾元件是一種把磁感應(yīng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電壓的元器件D．電飯鍋中的溫度傳感器是用兩層膨脹系數(shù)不同的雙金屬片制成的7．傳感器是把非電學(xué)量（如溫度、速度、壓力等）的變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的一種元件，在自動控制中有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。如圖是一種測量液面高度h的電容式傳感器的示意圖。從電容C大小的變化就能反映液面的升降情況。關(guān)于兩者關(guān)系的說法中正確的是（   ）A．C增大表示h減小 B．C減小表示h增大C．C減小表示h減小 D．C的變化與h變化無直接關(guān)系8．下列關(guān)于傳感器的說法中，正確的是（    ）．A．一般的傳感器可以直接用來進(jìn)行自動控制B．傳感器可以用來采集信息C．金屬材料不可以制成傳感器D．傳感器可以將所有感受到的信號都轉(zhuǎn)換為電學(xué)量9．唱卡拉OK用的話筒，內(nèi)有傳感器，其中有一種是動圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場中，當(dāng)聲波使膜片前后振動時，就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，下列說法正確的是（　　）A．該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的B．該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的C．該傳感器的敏感元件是線圈D．該傳感器的轉(zhuǎn)換元件是永磁體10．如圖所示電路中，電流表和電壓表均是理想交流電表，變壓器是理想變壓器．P處有一個與燈泡L2串聯(lián)的干簧管，原來P處沒有磁場．現(xiàn)在讓條形磁鐵的一端靠近P處，則以下說法正確的是（ ）A．干簧管與日光燈電路中的啟動器工作原理完全相同，在電路中發(fā)揮的作用也相同B．電壓表V1的示數(shù)不變，電流表A1的示數(shù)變大C．電壓表V2的示數(shù)增加、電流表A2的示數(shù)增加D．若電壓表V3的示數(shù)是5伏，則鐵芯中磁通量變化率的最大值是11．某種角速度計，其結(jié)構(gòu)如圖所示．當(dāng)整個裝置繞軸OO′轉(zhuǎn)動時，元件A相對于轉(zhuǎn)軸發(fā)生位移并通過滑動變阻器輸出電壓，電壓傳感器(傳感器內(nèi)阻無限大)接收相應(yīng)的電壓信號．已知A的質(zhì)量為m，彈簧的勁度系數(shù)為k、自然長度為l，電源的電動勢為E、內(nèi)阻不計．滑動變阻器總長也為l，電阻分布均勻，裝置靜止時滑片P在變阻器的最左端B端，當(dāng)系統(tǒng)以角速度ω轉(zhuǎn)動時，則(　　)A．電路中電流隨角速度的增大而增大B．電路中電流隨角速度的增大而減小C．彈簧的伸長量為x＝D．輸出電壓U與ω的函數(shù)式為U＝12．如圖所示是電吉他的示意圖，在吉他上裝有線圈，琴弦是磁性物質(zhì)．當(dāng)弦振動時，線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流輸送到放大器、喇叭，把聲音播放出來．下列關(guān)于電吉他說法正確的是A．工作原理是電流的磁效應(yīng)B．琴弦可以用尼龍材料制成C．利用光電傳感器將力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量D．線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小和方向均變化13．下列有關(guān)傳感器敘述，正確的是（　?。?/span>A．交警使用的酒精測試儀是一種物理傳感器，是靠吹氣的壓力來工作B．紅外線傳感器是靠接收發(fā)熱物體發(fā)出的紅外線來工作C．紅外線傳感器就是溫度傳感器D．傳感器是將電學(xué)量轉(zhuǎn)換成非電學(xué)量的一種元件14．如圖所示為某電容式話筒的原理示意圖。Q為絕緣支架，薄金屬膜M和固定電極N形成一個電容器，被直流電源充電。對著話筒說話時，M振動而N可視為不動。下列說法正確的是（　?。?/span>A．該話筒的傳感器是薄金屬膜MB．傳感器的敏感元件是M、N組成的電容器C．M、N間的電壓始終等于電源電壓D．傳感器將聲波信號轉(zhuǎn)換為電容器的電容15．近年來，酒駕幾乎成為一種“社會公害”．2011年2月25日十一屆全國人大常委會在京閉幕，會議通過了刑法修正案，將醉酒駕車列為犯罪．交警用來檢測酒駕的酒精測試儀的工作原理如圖所示，其中P是半導(dǎo)體型酒精氣體傳感器，該傳感器的電阻的倒數(shù)與酒精氣體的濃度C成正比，為定值電阻．以下關(guān)于電流表的示數(shù)I與酒精氣體濃度C之間關(guān)系的圖象，正確的是(    )A． B． C． D．二、填空題（共4題）16．非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的意義：把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以很方便地進(jìn)行測量、_____、處理和____17．傳感器及其工作原理（1）傳感器的定義：能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等被測量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號輸出。通常轉(zhuǎn)換成的可用信號是電壓、電流等_____，或轉(zhuǎn)換為電路的_____。（2）非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的意義：把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以很方便地進(jìn)行測量、_____、處理和_____。（3）傳感器的組成：傳感器的基本部分一般由_____、_____組成。（4）傳感器應(yīng)用的一般模式18．門窗防盜報警裝置（1）實(shí)驗(yàn)器材和裝置干簧管作為傳感器，用于感知磁體磁場是否存在。繼電器（虛線框部分）作為執(zhí)行裝置。發(fā)光二極管LED作為電路正常工作提示，R為發(fā)光二極管的限流電阻，起保護(hù)作用。蜂鳴器H作為報警提醒。電路設(shè)計如圖。（2）電路工作原理當(dāng)門窗緊閉時，磁體M靠近干簧管SA，干簧管兩簧片被磁化相吸，繼電器接通而工作。當(dāng)門窗開啟時，磁體離開干簧管，干簧管失磁斷開，繼電器被斷電，動觸點(diǎn)c與常閉觸點(diǎn)b接通，蜂鳴器H發(fā)聲報警。（3）實(shí)驗(yàn)操作①檢查干簧管：用_____直接靠近干簧管，觀察干簧管簧片能否正常動作。②連接電路：連接電路前，要檢查其他元件是否也能正常工作。③接通電源后，將_____，分別觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。19．現(xiàn)要組裝一個酒精測試儀，它利用的是一種二氧化錫半導(dǎo)體型酒精氣體傳感器，此傳感器的電阻R隨酒精氣體濃度的變化而變化，規(guī)律如圖甲所示。目前國際公認(rèn)的酒駕標(biāo)準(zhǔn)是“0.2mg/mL≤酒精氣體濃度<0.8mg/mL”，醉駕標(biāo)準(zhǔn)是“酒精氣體濃度≥0.8 mg/mL”。提供的器材有：A．二氧化錫半導(dǎo)體型酒精傳感器RxB．直流電源（電動勢為4V，內(nèi)阻不計）C．電壓表（量程為3V，內(nèi)阻非常大，作為濃度表使用）D．電阻箱（最大阻值為999.9Ω）E．定值電阻R1（阻值為50Ω）F．定值電阻R2（阻值為10Ω）G．單刀雙挪開關(guān)一個，導(dǎo)線若干(1)圖乙是酒精測試儀電路圖，請在圖丙中完成實(shí)物連線______；(2)電路中R應(yīng)選用定值電阻___________（填R1或R2）；(3)為便于識別，按照下列步驟調(diào)節(jié)此測試儀：①電路接通前，先將電阻箱調(diào)為30.0Ω，然后開關(guān)向___________（填“c”或“d”）端閉合，將電壓表此時指針對應(yīng)的刻度線標(biāo)記為_______________mg/mL；②逐步減小電阻箱的阻值，電壓表的示數(shù)不斷變大按照甲圖數(shù)據(jù)將電壓表上“電壓”刻度線標(biāo)為“酒精濃度”；③將開關(guān)向另一端閉合，測試儀即可正常使用。(4)某同學(xué)將調(diào)適好的酒精測試儀靠近酒精瓶口，發(fā)現(xiàn)該表顯示為醉駕，則電壓表的實(shí)際電壓為_________。三、綜合題（共4題）20．酒后駕車危害極大，為此，新交規(guī)實(shí)施以來，鶴壁市交通警察重點(diǎn)查處酒后駕車．酒精測試儀是交警用來檢測機(jī)動車駕駛員是否酒后駕車的儀器，它的原理示意圖如圖所示．電源電壓為6V恒定，當(dāng)電流表的示數(shù)為0.3A時，表明該駕駛員沒有酒駕，酒精氣體傳感器正常工作．R0為定值電阻，阻值為10Ω．請計算：(1)酒精氣體傳感器正常工作的電阻R1；    (2)酒精氣體傳感器正常工作一天（24h），所消耗的電能．21．某同學(xué)想把彈簧振子振動位移的變化情況直觀地表現(xiàn)出來。他做了一個實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。在陶瓷壓電片下掛一個彈簧振子，陶瓷壓電片的兩極引線與示波器“Y輸入”端相連。讓彈簧振子振動起來，選擇適當(dāng)?shù)?/span>X掃描頻率，他會觀察到什么現(xiàn)象？分析形成這種現(xiàn)象的原因。22．圖a、b分別是電容式轉(zhuǎn)速傳感器、電感式轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖，請你分析并說明它們的工作原理。23．如圖所示為光電式煙塵濃度計的原理圖，試說明其工作原理。
參考答案1．A2．C3．A4．A5．D6．C7．C8．B9．B10．D11．D12．D13．B14．D15．C16．傳輸    控制    17．電學(xué)量    通斷    傳輸    控制    敏感元件    轉(zhuǎn)換電路    18．磁體    磁體靠近和離開干簧管    19．    R2    c    0.2    大于等于2V（或大于等于2V小于等于3V）    20．(1)；(2)W=77760J21．他會觀察到：屏幕上顯示出一條正弦函數(shù)圖像。原因是：陶瓷壓電片的工作原理是當(dāng)電壓作用于陶瓷壓整片上時，其會隨電壓和步頻率的變化產(chǎn)生機(jī)械變形，本題則利用振子上下振動，使陶將壓電片產(chǎn)生微小形變，利用示波器讀取電壓片上的電壓變化，從而觀察到示波器上生了類似于振動的波形圖，從側(cè)面反應(yīng)了彈簧振子的振動位移情況，并直觀的表現(xiàn)出來。22．電容式轉(zhuǎn)速傳感器：電容式轉(zhuǎn)速傳感器（以下簡稱傳感器）是一種電參數(shù)型數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器。它同其它數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器一一樣，主要是由預(yù)變換元件和變換元件兩部分組成。在這種傳感器里，預(yù)變換元件是導(dǎo)電或介電齒盤，變換元件是作為變換電路元件的電容器。工作時，齒盤隨被測軸轉(zhuǎn)動，周期性地改變電容器導(dǎo)電極板之間的相對面積或介電常數(shù)，使電容量發(fā)生周期性變化，即傳感器利用電容變換原理將被測軸的機(jī)械轉(zhuǎn)速量變換成電路元件的電容參數(shù)量。因?yàn)辇X盤每轉(zhuǎn)過一個齒，導(dǎo)電極板之間的電容器就要變化一個周期，所以傳感器輸出的電容參數(shù)信號之頻率與被測轉(zhuǎn)速成正比。這種電容參數(shù)信號經(jīng)傳感電路處理后就成為表征被測轉(zhuǎn)速的可供轉(zhuǎn)速數(shù)字顯示儀測量的脈沖電量信號了。這就是該傳感器可用于數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量的原理。電感式轉(zhuǎn)速傳感器：電感式轉(zhuǎn)速傳感器（以下簡稱傳感器）是一種以磁場為媒介的電參數(shù)型數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器。它同其它數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器一樣，也主要由預(yù)變換元件和變換元件兩部份組成。在這種傳感器里，預(yù)變換元件是可隨被測軸旋轉(zhuǎn)的齒盤（或齒輪、下同），變換元件是固定安裝的作為變換電路之電感元件的線圈。工作時，線圈在來自振蕩器的高頻電流激勵下產(chǎn)生一高頻磁場，齒盤之齒頂和齒槽隨著被測軸的轉(zhuǎn)動交替經(jīng)過線圈，使線圈磁場的渦流損耗或磁路磁阻發(fā)生周期性變化，從而使線圈的電感發(fā)生周期性變化。即是說，傳感器利用電感變換原理將被測軸的機(jī)械轉(zhuǎn)速量變換成電路元件的電感參數(shù)量。因?yàn)辇X盤每轉(zhuǎn)過一個齒，線圈的電感就要變化一個周期。所以傳感器輸出的電感參數(shù)信號之頻率與被測軸轉(zhuǎn)速成正比。這種電感參數(shù)信號經(jīng)由調(diào)制器（即變換電路），調(diào)解器（即轉(zhuǎn)換電路）和脈沖放大整形電路（即輸出電路）組成的信號處理電路（即傳感電路）后就成為表征被測轉(zhuǎn)速的可供轉(zhuǎn)速數(shù)字顯示儀測量的脈沖電量信號了。這就是該傳感器可用于數(shù)字式轉(zhuǎn)速測量的原理。23．沒有煙塵時，光的傳播方向沒有發(fā)生改變，U1和U2的大小相等；煙塵濃度越高時，光線被煙塵吸收或散射得就會越多，光線射到6的亮度就會越少，所以U1和U2的差值越大，通過運(yùn)算電路處理后，從顯示器中可得到煙塵的濃度。

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