高中物理人教版 (2019)選擇性必修第二冊2 常見傳感器的工作原理及應(yīng)用課時(shí)訓(xùn)練-試卷下載-教習(xí)網(wǎng)

基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練
1．傳感器是指這樣一類元件，它通常能把非電學(xué)量(如力、光等)的變化，轉(zhuǎn)換為電學(xué)量(如電流、電壓等)的變化或電路的通斷，它在自動(dòng)控制中有著廣泛的應(yīng)用。關(guān)于制作傳感器所需要的元器件，下列說法錯(cuò)誤的是( D )
A．熱敏電阻能夠把溫度的變化轉(zhuǎn)換為其阻值的變化
B．金屬熱電阻能夠把溫度的變化轉(zhuǎn)換為其阻值的變化
C．光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱的變化轉(zhuǎn)換為其阻值的變化
D．所有傳感器都是由半導(dǎo)體材料制作的
解析：熱敏電阻、金屬熱電阻、光敏電阻都是把溫度或光照強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換為其阻值的變化，從而使電路中電流或電壓發(fā)生變化，A、B、C正確；并非所有的傳感器都是由半導(dǎo)體材料制成的，半導(dǎo)體材料、陶瓷材料、金屬材料和有機(jī)材料都可以用來制作傳感器，D錯(cuò)誤。
2．(2023·山東曲阜高二期中)傳感器為我們的生活帶來諸多便利，關(guān)于傳感器下列說法不正確的是( B )
A．傳感器一般由敏感元件和處理電路組成
B．走近自動(dòng)門時(shí)，門會(huì)自動(dòng)打開，應(yīng)用的是溫度感器
C．電飯煲能自動(dòng)加熱和保溫而不會(huì)把飯燒焦，應(yīng)用的是溫度傳感器
D．霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量
解析：傳感器一定是通過非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量來傳遞信號(hào)的，工作處理的一般流程是：先由非電學(xué)量，比如：光信號(hào)、壓力信號(hào)等，通過敏感元件后，由電路處理，變?yōu)殡娦盘?hào)，從而得以工作，故A正確不符合題意；走近自動(dòng)門時(shí)，門會(huì)自動(dòng)打開，是利用紅外感應(yīng)器來感應(yīng)人的存在，應(yīng)用的是紅外傳感器，故B錯(cuò)誤符合題意；電飯煲能自動(dòng)加熱和保溫而不會(huì)把飯燒焦，應(yīng)用了溫度傳感器，故C正確不符合題意?；魻栐悄軌虬汛鸥袘?yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量的傳感器，故D正確不符合題意。
3．(2022·江蘇高二期中)智能手機(jī)的防誤觸功能表現(xiàn)為當(dāng)人將手機(jī)靠近耳朵接聽電話時(shí)，手機(jī)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉屏幕從而達(dá)到防誤觸的目的，下列哪一組傳感器可實(shí)現(xiàn)這一功能( C )
A．聲傳感器和壓力傳感器
B．聲傳感器和溫度傳感器
C．光傳感器和位移傳感器
D．壓力傳感器和加速度傳感器
解析：當(dāng)人將手機(jī)靠近耳朵附近接聽電話時(shí)，改變了位移，并且耳朵可能擋住了光線，所以可能用到的傳感器為光傳感器和位移傳感器。當(dāng)人將手機(jī)靠近耳朵附近接聽電話時(shí)，沒有磁場的變化，也沒有產(chǎn)生特別的壓力，C正確。
4．(2023·吉林長春市高二期中)如圖所示是會(huì)議室和賓館房間的天花板上裝有的火災(zāi)報(bào)警器的結(jié)構(gòu)原理圖，罩內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板。平時(shí)光電三極管接收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，下列說法正確的是( C )
A．進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧遮擋了光線，使光電三極管電阻更大，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報(bào)
B．光電三極管溫度升高，電阻變小，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報(bào)
C．進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧對光有散射作用，部分光線照到光電三極管上，電阻變小，檢測電路檢測出變化發(fā)出警報(bào)
D．以上說法均不正確
解析：發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙霧進(jìn)入罩內(nèi)后對光有散射作用，使部分光線照射到光電三極管上，其電阻變小，與傳感器連接的電路檢測出這種變化，就會(huì)發(fā)出警報(bào)。故選C。
5．電源、開關(guān)S、定值電阻R1、光敏電阻R2和平行板電容器連接成如圖所示的電路，電容器的兩平行板水平放置。當(dāng)開關(guān)S閉合，并且光敏電阻R2上無光照時(shí)，一帶電液滴恰好靜止在電容器兩板間的M點(diǎn)。當(dāng)用強(qiáng)光照射光敏電阻R2時(shí)，光敏電阻的阻值減小，下列說法正確的是( D )
A．液滴向下運(yùn)動(dòng)
B．電阻R1消耗的電功率減小
C．電容器所帶電荷量減少
D．電容器兩極板間的電壓增大
解析：當(dāng)光敏電阻R2上無光照射時(shí)，帶電液滴恰好靜止，液滴所受重力和電場力是一對平衡力；當(dāng)用強(qiáng)光照射光敏電阻R2時(shí)，光敏電阻的阻值減小，電路中的電流增大，R1兩端的電壓增大，電容器兩極板間的電壓增大，板間電場強(qiáng)度增大，液滴所受的電場力增大，液滴向上運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤，D正確。R1兩端的電壓增大，則電阻R1消耗的電功率增大，B錯(cuò)誤。電容器兩端的電壓增大，電容不變，由Q＝CU知，電容器所帶電荷量增加，C錯(cuò)誤。
6．(2023·濟(jì)南高三階段練習(xí))如圖甲所示為某同學(xué)設(shè)計(jì)的磁報(bào)警裝置的示意圖。RB是磁敏電阻，其阻值隨磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的圖線如圖乙所示。R1和R2為兩個(gè)電阻箱，a、b兩端接報(bào)警器，當(dāng)電壓增大到某一值時(shí)，會(huì)觸發(fā)報(bào)警器報(bào)警。下列說法正確的是( C )

A．當(dāng)RB處的磁場增強(qiáng)時(shí)，電流表示數(shù)增大
B．當(dāng)RB處的磁場增強(qiáng)時(shí)，a、b兩端的電壓減小
C．增大R2的阻值，更容易觸發(fā)報(bào)警器報(bào)警
D．增大R1的阻值，更容易觸發(fā)報(bào)警器報(bào)警
解析：當(dāng)RB處的磁場增強(qiáng)時(shí)，由RB－B圖像可知其阻值變大，則電路的總電阻增大，由I＝eq \f(E,R總)可知總電流變小，a、b兩端的電壓為Uab＝E－I(r＋R1)，則a、b兩端的電壓增大，故B錯(cuò)誤；根據(jù)并聯(lián)分壓可知，電流表的電流為IA＝I－eq \f(Uab,R2)，總電流I變小，而eq \f(Uab,R2)變大，則電流表示數(shù)減小，故A錯(cuò)誤；因電壓越大越容易觸發(fā)報(bào)警器報(bào)警；而增大R2的阻值，總電阻增大，總電流變小，內(nèi)阻R和R1的電壓變小，可知a、b兩端的電壓變大，故更容易觸發(fā)報(bào)警器報(bào)警，故C正確；增大R1的阻值，總電阻增大，總電流變小，此時(shí)a、b間總電阻不變，則a、b兩端的電壓變小，要觸發(fā)報(bào)警器報(bào)警更難，故D錯(cuò)誤。故選C。
7．(2023·北京模擬預(yù)測)據(jù)統(tǒng)計(jì)交通事故逐年增加，造成交通事故的一個(gè)主要原因就是酒后駕駛，“嚴(yán)查酒駕”成為全國交通部門的一項(xiàng)重要任務(wù)。酒精測試儀是用于現(xiàn)場檢測機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藛T是否酗酒的一種儀器，它的主要元件是由二氧化錫半導(dǎo)體制成的酒精氣體傳感器，該傳感器的電阻隨酒精氣體濃度的變化而變化。在如圖所示的電路中，不同的酒精氣體濃度對應(yīng)著傳感器的不同電阻，這樣，顯示儀表的指針就與酒精氣體濃度有了對應(yīng)關(guān)系。如果二氧化錫半導(dǎo)體型酒精氣體傳感器電阻r′的倒數(shù)與酒精氣體的濃度c成正比，則以下說法正確的是( B )

A．U越大，表示c越小
B．U越大，表示c越大
C．檢測到駕駛員喝了酒時(shí)，U的示數(shù)變小
D．U越大，表示檢測到駕駛員喝酒越少
解析：圖中酒精傳感器與R、R0串聯(lián)，電壓表測R0兩端的電壓，U越大，說明電路中電流越大，酒精傳感器的電阻減小，由題意可知：酒精氣體傳感器電阻r′的倒數(shù)與酒精氣體的濃度c成正比，可知，c越大，故A錯(cuò)誤，B正確；檢測到駕駛員喝了酒時(shí)，c增大，r′減小，電路中總電阻減小，電路中電流增大，則U的示數(shù)增大，故C錯(cuò)誤；由上分析可知，U越大，c增大，表示檢測到駕駛員喝酒越多，故D錯(cuò)誤。故選B。
8．(2022·江蘇高二期中)如圖所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為10∶1，電壓表和電流表均為理想交流電表，R是一個(gè)光敏電阻，其阻值隨光照強(qiáng)度的增大而減小。從某時(shí)刻開始在原線圈兩端加上交變電壓，其瞬時(shí)值表達(dá)式為u1＝220eq \r(2)sin 100πt(V)，則( B )
A．電壓表的示數(shù)為22eq \r(2) V
B．在天逐漸變黑的過程中，電流表A2的示數(shù)變小
C．在天逐漸變黑的過程中，電流表A1的示數(shù)變大
D．在天逐漸變黑的過程中，電壓表V的示數(shù)變大
解析：原線圈輸入電壓的有效值為U1＝eq \f(220\r(2),\r(2)) V＝220 V，電壓比等于匝數(shù)比eq \f(U1,U2)＝eq \f(10,1)，可得U2＝22 V，即電壓表的示數(shù)為22 V，故A錯(cuò)誤；天逐漸變黑的過程中，光照強(qiáng)度的減小，光敏電阻阻值增大，根據(jù)I2＝eq \f(U2,R)，可知電流表A2示數(shù)減小，故B正確；根據(jù)eq \f(I1,I2)＝eq \f(n2,n1)，匝數(shù)比不變，故A1的示數(shù)減小，故C錯(cuò)誤；電壓關(guān)系由輸入決定輸出，電壓表示數(shù)不變，故D錯(cuò)誤。
能力提升練
9．(多選)如圖所示是某居民小區(qū)門口利用光敏電阻設(shè)計(jì)的行人監(jiān)控裝置，R1為光敏電阻、R2為定值電阻，A、B接監(jiān)控裝置，則下列說法正確的是( BC )
A．當(dāng)有人通過而遮蔽光線時(shí)，A、B之間的電壓增大
B．當(dāng)有人通過而遮蔽光線時(shí)，A、B之間的電壓減小
C．當(dāng)僅增大R2的阻值時(shí)，A、B之間的電壓增大
D．當(dāng)僅減小R2的阻值時(shí)，A、B之間的電壓增大
解析：有光照射R1時(shí)，R1阻值變小，當(dāng)有人通過而遮蔽光線時(shí)，R1的阻值變大，回路中的電流Ⅰ減小，A、B之間的電壓U＝IR2減小，A錯(cuò)誤，B正確。當(dāng)僅增大R2的阻值時(shí)，電路中的電流減小，路端電壓增大，R1兩端電壓減小，所以A、B之間的電壓U增大，C正確。當(dāng)僅減小R2的阻值時(shí)，電路中的電流增大，同理，A、B之間的電壓U減小，D錯(cuò)誤。
10．如圖所示，Rt為金屬熱電阻，R1為光敏電阻，R2、R3均為定值電阻，電源電動(dòng)勢為E、內(nèi)阻為r，V為理想電壓表?，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大，可能的原因是( D )
A．金屬熱電阻溫度升高，其他條件不變
B．光照增強(qiáng)，其他條件不變
C．金屬熱電阻溫度升高，光照增強(qiáng)，其他條件不變
D．金屬熱電阻溫度降低，光照減弱，其他條件不變
解析：金屬熱電阻溫度升高，電阻增大，總電流減小，路端電壓增大，通過光敏電阻的電流增大，通過R3的電流減小，R3兩端的電壓減小，A錯(cuò)誤；光照增強(qiáng)，R1阻值減小，總電阻減小，路端電壓減小，通過R3的電流減小，電壓表示數(shù)減小，B錯(cuò)誤；金屬熱電阻溫度升高，電阻增大，光照增強(qiáng)，R1阻值減??；如果總電阻減小，則路端電壓減小，通過R3的電流減小，電壓表示數(shù)減??；如果總電阻增大，則總電流減小，路端電壓增大，通過R1的電流增大，通過R3的電流減小，電壓表示數(shù)減小，C錯(cuò)誤；金屬熱電阻溫度降低，電阻減小，光照減弱，R1阻值增大；如果總電阻減小，則總電流增大，路端電壓減小，通過R1的電流減小，通過R3的電流增大，電壓表示數(shù)增大；如果總電阻增大，則路端電壓增大，通過R3的電流增大，電壓表示數(shù)增大，D正確。
11．(2023·浙江省高二期中)傳感器是把非電學(xué)物理量(如位移、速度、壓力、角度等)轉(zhuǎn)換成電學(xué)物理量(如電壓、電流、電量等)的一種元件。如圖所示中的甲、乙、丙、丁是四種常見的電容式傳感器，下列說法正確的是( D )
A．甲圖中兩極間的電荷量不變，若電壓減小，可判斷出h變小
B．乙圖中兩極間的電荷量不變，若電壓增大，可判斷出θ變小
C．丙圖中兩極間的電壓不變，若有電流流向傳感器的負(fù)極，則x變小
D．丁圖中兩極間的電壓不變，若有電流流向傳感器的正極，則F變大
解析：圖甲中兩極間的電荷量不變，若電壓減小則由電容的定義式C＝eq \f(Q,U)，分析可知，電容增大，由電容的決定式C＝eq \f(εS,4πkd)，可知，兩極板正對面積增大，h變大，A錯(cuò)誤；圖乙中兩極間的電荷量不變，若電壓增加，則由電容的定義式C＝eq \f(Q,U)，分析可知，電容減小，由電容的決定式C＝eq \f(εS,4πkd)，可知，極板正對面積減小，θ變大，B錯(cuò)誤；圖丙中兩極間的電壓不變，若有電流流向傳感器的負(fù)極，說明電容器在放電，電荷量減小，由電容的定義式C＝eq \f(Q,U)，分析可知，電容減小，由電容的決定式C＝eq \f(εS,4πkd)，可知，電介質(zhì)向外移動(dòng)，則x變大，C錯(cuò)誤；圖丁中兩極間的電壓不變，若有電流流向傳感器的正極，說明電容器在充電，電荷量增加，由電容的定義式C＝eq \f(Q,U)，分析可知，電容增大，由電容的決定式C＝eq \f(εS,4πkd)，可知，極板間距離減小，則F變大，D正確。
12．(2022·湖南高二期中)已知壓敏電阻的受力面所受壓力越小，其阻值越大，如圖甲，將壓敏電阻R平放在豎直升降電梯的轎廂內(nèi)，受力面朝上，在其受力面放一質(zhì)量為m的物體，電梯靜止時(shí)電壓表示數(shù)為U0；某段時(shí)間內(nèi)電壓表示數(shù)隨時(shí)間變化圖線如圖乙，則( D )
A．t1～t2時(shí)間內(nèi)壓敏電阻受力面所受壓力恒定
B．t1～t2時(shí)間內(nèi)電容器處于放電狀態(tài)
C．t2之后電梯處于超重狀態(tài)
D．t2之后電梯做勻變速運(yùn)動(dòng)
解析：壓敏電阻上的電壓不變，由歐姆定律知，其阻值不變；當(dāng)電壓增大時(shí)，壓敏電阻以外的其余部分分擔(dān)的電壓減小，由歐姆定律可知，電路中的電流值將減小，所以電路中的電阻值增大，其余的部分電阻值不變，所以壓敏電阻的電阻值增大。在t1～t2時(shí)間內(nèi)壓敏電阻上的電壓增大，壓敏電阻的電阻值增大，知壓敏電阻的受力面所受壓力減小，故A錯(cuò)誤；由電路圖可知，電容器兩端的電壓與電壓表兩端的電壓是相等的，在t1～t2時(shí)間內(nèi)電壓表兩端的電壓增大，所以電容器兩端的電壓增大，則電容器處于充電狀態(tài)，故B錯(cuò)誤；由圖乙知，t2之后電壓表兩端的電壓大于開始時(shí)電壓表兩端的電壓，所以壓敏電阻的受力面所受壓力小于開始時(shí)受到的壓力，所以電梯處于失重狀態(tài)，故C錯(cuò)誤；t2之后電壓表兩端的電壓不變，則壓敏電阻的受力面所受壓力不變，由于小于開始時(shí)受到的壓力，所以t2之后電梯做勻變速運(yùn)動(dòng)，故D正確。
13．有一種測量人體重力的電子秤，其原理圖如圖中的虛線框內(nèi)所示，它主要由三部分構(gòu)成：踏板和壓力杠桿ABO、壓力傳感器R(一個(gè)阻值可隨壓力大小而變化的電阻器)、顯示人體重力的儀表A(其實(shí)質(zhì)是理想電流表)。其中AO∶BO＝5∶1。已知壓力傳感器的電阻與其所受壓力的關(guān)系如下表所示：
設(shè)踏板的杠桿組件的重力不計(jì)，接通電源后，壓力傳感器兩端的電壓恒為4.68 V，則：
(1)利用表中數(shù)據(jù)歸納出電阻R隨壓力F變化的函數(shù)關(guān)系式；
(2)該秤零刻度線(即踏板空載時(shí)的刻度線)應(yīng)標(biāo)在電流表刻度盤多少毫安處？
(3)如果某人站在踏板上，電流表刻度盤示數(shù)為20 mA，這個(gè)人所受重力是多少？
答案：(1)R＝300－0.6F(Ω) (2)15.6 mA
(3)550 N
解析：(1)由表中數(shù)據(jù)可歸納得出：R＝300－0.6F(Ω)。
(2)依題意可知，電子秤空載時(shí)壓力傳感器受到的壓力為0，由表中數(shù)據(jù)可知，此時(shí)壓力傳感器的電阻R1＝300 Ω，電路中的電流為I1＝eq \f(U,R1)＝eq \f(4.68,300) A＝15.6 mA，所以該秤零刻度線應(yīng)標(biāo)在電流表刻度盤的15.6 mA處。
(3)當(dāng)電流表刻度盤的示數(shù)為I2＝20 mA時(shí)，壓力傳感器的電阻R2＝eq \f(U,I2)＝eq \f(4.68,0.02) Ω＝234 Ω，
由R＝300－0.6F得F2＝110 N，再由F2·AO＝G·BO得G＝550 N。
壓力F/N
0
50
100
150
200
250
300
…
電阻R/Ω
300
270
240
210
180
150
120
…

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