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第一节　传感器及其工作原理
第二节　传感器的应用
课时作业(二十八)　传感器及其工作原理　传感器的应用
(分值:80分)
(选择题每题6分)
知识点一　传感器
1.下列关于传感器的说法正确的是(　　)
[A] 所有传感器都是由金属材料制成的
[B] 传感器不是电视遥控接收器的主要元件
[C] 话筒中的传感器将电信号转换为声信号
[D] 传感器能将非电学量按一定规律转换为电学量或者电路的通断
2.关于传感器工作的一般流程,下列说法正确的是(　　)
[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
3.(多选)话筒内有将声音信号转换为电信号的传感器.其中有一种是动圈式的,如图所示.在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈,线圈处于永久磁铁的磁场中.声波使膜片振动时,就会将声音信号转变为电信号.下列说法正确的是(　　)
[A] 该传感器是利用电磁感应原理工作的
[B] 该传感器是利用电流的磁效应工作的
[C] 膜片振动时线圈中产生感应电动势
[D] 膜片静止不动时线圈中产生感应电动势
4.(2025·广东佛山高二期中)智能手机屏幕的光线过强会对眼睛有害,因此手机都有一项可以调节亮度的功能,该功能既可以自动调节,也可以手动调节.某兴趣小组为了模拟该功能,设计了如图所示的电路.已知光敏电阻在光照增强时,电阻会减小.闭合开关,下列说法正确的是(　　)
[A] 仅光照变强,小灯泡变暗
[B] 仅光照变弱,小灯泡亮度不变
[C] 仅将滑片向a端滑动,小灯泡变暗
[D] 仅将滑片向b端滑动,小灯泡变暗
5.(多选)利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的示意图如图所示.R是光敏电阻,R0是保护定值电阻,日光充足时,电磁继电器把衔铁吸下,G、H接入电路,太阳能电池板给蓄电池充电,光线不足时,衔铁被弹簧拉起,E、F接入电路,蓄电池给LED路灯供电,路灯亮起.下列关于该电路的分析正确的是(　　)
[A] 该光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小
[B] 增大电源电动势可以增加路灯照明时间
[C] 并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间
[D] 增大保护电阻R0的阻值可延长每天路灯照明时间
6.(多选)电饭锅的电路图如图甲所示,S1是一个限温开关,其内部结构如图乙所示,按下此开关按钮,两触点闭合,当温度达到居里点(103 ℃)时此开关会自动断开.S2是一个自动温控开关,当温度低于70 ℃时会自动闭合,当温度高于80 ℃时会自动断开,R1是限流电阻,R2是加热电阻.下列说法正确的是(　　)
[A] 当感温磁体的温度达到居里点(103 ℃)时,由于感温磁体失去了磁性,不能被永磁体吸引,在弹簧的作用下,两触点断开
[B] 开始煮饭时不按下限温开关S1,一样可以把饭煮熟
[C] 电饭锅的饭煮熟后可以长时间保持米饭的温度在70 ℃到80 ℃之间
[D] 用电饭锅烧水,当水沸腾后限温开关S1也会自动断开
7.一火警报警电路的示意图如图,R3为用半导体热敏材料制成的传感器,这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而减小.值班室的显示器为电路中的电流表,电源两极之间接一报警器.当传感器R3所在处出现火情时,电流表显示的电流I、报警器两端的电压U的变化情况分别是(　　)
[A] I变大、U变小 [B] I变小、U变小
[C] I变小、U变大 [D] I变大、U变大
8.如图甲所示,条形码扫描笔的原理是扫描笔头在条形码上匀速移动时,遇到黑色线条,发光二极管发出的光线将被吸收,光敏三极管接收不到反射光,呈高阻抗;遇到白色间隔,光线被反射到光敏三极管,三极管呈低阻抗.光敏三极管将条形码变成一个个电脉冲信号,信号经信号处理系统处理,即完成对条形码信息的识别,等效电路图如图乙所示,其中R为光敏三极管的等效电阻,R0为定值电阻.下列说法正确的是(　　)
[A] 当扫描笔头在黑色线条上移动时,信号处理系统获得高电压
[B] 当扫描笔头在白色间隔上移动时,信号处理系统获得低电压
[C] 扫描速度对信号处理系统接收到的电压信号无影响
[D] 扫描笔头外壳出现破损时可能无法正常工作
9.利用霍尔元件可以进行微小位移的测量.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直角坐标系.保持沿x方向通过霍尔元件的电流I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B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B为零,UH为零,将该点作为位移的零点.在小范围内,磁感应强度B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.下列说法正确的是(　　)
[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Δz>0时,上表面电势高
[D] 电流I越大,霍尔电压UH越大
10.(12分)(2025·广东江门高二月考)半导体型呼气酒精测试仪采用氧化锡半导体作为传感器.该测试仪的原理图如图甲所示.图中R1为定值电阻,酒精气体传感器R2的阻值随酒精气体浓度的增大而减小.
(1)(4分)驾驶员呼出的酒精气体浓度越大,电压表的示数越　　　　(填“大”或“小”).
(2)(4分)酒精气体传感器R2的阻值随酒精气体浓度变化的关系曲线如图乙所示.则酒精气体浓度为0时R2的阻值为　　　　 Ω.若某司机呼气时酒精气体浓度为100 mg/m3,此时R2的阻值为　　　 　 Ω.
(3)(4分)现有一个电源,电动势为4.8 V,内阻为1 Ω;电压表的量程为0～5 V,内阻很大;定值电阻R1的阻值为60 Ω;导线若干.按图甲所示电路图把电压表改装成酒精浓度表,则酒精气体浓度为0的刻度线应刻在电压刻度线为　 V处;酒精气体浓度为50 mg/m3应刻在电压刻度线为　　　　V处.(均保留2位小数)
11.(14分)一种加速度传感器的原理示意图如图所示.质量为m的振子两端连有劲度系数均为k的轻弹簧,电源的电动势为E,不计内阻,滑动变阻器的总阻值为R,有效长度为L,系统静止时滑片位于滑动变阻器的正中间,这时电压表指针恰好在刻度盘的正中间.
(1)(5分)求系统的加速度a(以向右为正)和电压表示数U的函数关系式;
(2)(4分)将电压表刻度改为加速度刻度后,其刻度线是均匀的还是不均匀的 为什么
(3)(5分)若电压表指针指在满刻度的位置,此时系统的加速度大小和方向如何 第一节　传感器及其工作原理
第二节　传感器的应用
课时作业(二十八)　传感器及其工作原理　传感器的应用
(分值:80分)
(选择题每题6分)
知识点一　传感器
1.下列关于传感器的说法正确的是(　　)
[A] 所有传感器都是由金属材料制成的
[B] 传感器不是电视遥控接收器的主要元件
[C] 话筒中的传感器将电信号转换为声信号
[D] 传感器能将非电学量按一定规律转换为电学量或者电路的通断
【答案】 D
【解析】 传感器材料有半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料等,A错误;电视
遥控接收器的主要元件是红外线传感器,B错误;话筒中的传感器是声传感器,它将声信号转换为电信号,C错误;传感器能将非电学量按一定规律转换为电学量或者电路的通断,
D正确.
2.关于传感器工作的一般流程,下列说法正确的是(　　)
[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
【答案】 C
【解析】 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A、B、D错误,
C正确.
知识点二　传感器的原理及在实际生产生活中的应用
3.(多选)话筒内有将声音信号转换为电信号的传感器.其中有一种是动圈式的,如图所示.在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈,线圈处于永久磁铁的磁场中.声波使膜片振动时,就会将声音信号转变为电信号.下列说法正确的是(　　)
[A] 该传感器是利用电磁感应原理工作的
[B] 该传感器是利用电流的磁效应工作的
[C] 膜片振动时线圈中产生感应电动势
[D] 膜片静止不动时线圈中产生感应电动势
【答案】 AC
【解析】 声波使膜片振动时,弹性膜片带动线圈在磁场中做切割磁感线运动,线圈中产生感应电流,声音信号转变为电信号,该传感器是利用电磁感应原理工作的,故A正确,B错误;膜片振动时,弹性膜片带动线圈在磁场中做切割磁感线运动,线圈中产生感应电动势,故C正确;膜片静止不动时,线圈中的磁通量不变,线圈中不产生感应电动势,故D错误.
4.(2025·广东佛山高二期中)智能手机屏幕的光线过强会对眼睛有害,因此手机都有一项可以调节亮度的功能,该功能既可以自动调节,也可以手动调节.某兴趣小组为了模拟该功能,设计了如图所示的电路.已知光敏电阻在光照增强时,电阻会减小.闭合开关,下列说法正确的是(　　)
[A] 仅光照变强,小灯泡变暗
[B] 仅光照变弱,小灯泡亮度不变
[C] 仅将滑片向a端滑动,小灯泡变暗
[D] 仅将滑片向b端滑动,小灯泡变暗
【答案】 D
【解析】 仅光照变强,光敏电阻的阻值减小,由闭合电路欧姆定律可知,电路中的电流增大,小灯泡变亮,A错误;仅光照变弱,光敏电阻的阻值增大,由闭合电路欧姆定律可知,电路中的电流减小,小灯泡变暗,B错误;仅将滑片向a端滑动,滑动变阻器接入电路中的阻值变小,由闭合电路欧姆定律可知,电路中的电流增大,小灯泡变亮,C错误;仅将滑片向b端滑动,滑动变阻器接入电路中的阻值变大,由闭合电路欧姆定律可知,电路中的电流减小,小灯泡变暗,D正确.
5.(多选)利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的示意图如图所示.R是光敏电阻,R0是保护定值电阻,日光充足时,电磁继电器把衔铁吸下,G、H接入电路,太阳能电池板给蓄电池充电,光线不足时,衔铁被弹簧拉起,E、F接入电路,蓄电池给LED路灯供电,路灯亮起.下列关于该电路的分析正确的是(　　)
[A] 该光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小
[B] 增大电源电动势可以增加路灯照明时间
[C] 并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间
[D] 增大保护电阻R0的阻值可延长每天路灯照明时间
【答案】 AD
【解析】 当电磁继电器内的电流大时,衔铁被吸下来,蓄电池开始充电.当电流小时,衔铁被拉起来,触点与E、F接触,蓄电池给LED路灯供电,根据闭合电路欧姆定律,当日光充足时光敏电阻R减小,电流增大,衔铁被吸下来,该光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小,故A正确;电动势增大、电阻不变的情况下,电流增大,电磁继电器吸下衔铁,路灯照明时间减少,故B错误;LED路灯的盏数不影响控制电路,蓄电池容量一定,可能缩短照明时间,故C错误;增大保护电阻R0,减小了电流,延长了路灯照明时间,故D正确.
6.(多选)电饭锅的电路图如图甲所示,S1是一个限温开关,其内部结构如图乙所示,按下此开关按钮,两触点闭合,当温度达到居里点(103 ℃)时此开关会自动断开.S2是一个自动温控开关,当温度低于70 ℃时会自动闭合,当温度高于80 ℃时会自动断开,R1是限流电阻,R2是加热电阻.下列说法正确的是(　　)
[A] 当感温磁体的温度达到居里点(103 ℃)时,由于感温磁体失去了磁性,不能被永磁体吸引,在弹簧的作用下,两触点断开
[B] 开始煮饭时不按下限温开关S1,一样可以把饭煮熟
[C] 电饭锅的饭煮熟后可以长时间保持米饭的温度在70 ℃到80 ℃之间
[D] 用电饭锅烧水,当水沸腾后限温开关S1也会自动断开
【答案】 AC
【解析】 当感温磁体的温度达到居里点(103 ℃)时,由于感温磁体失去了磁性,不能被永磁体吸引,从而在弹簧的作用下,使得两触点断开,A正确.如果开始煮饭时不按下限温开关S1,由于S2的作用,当锅内温度低于70 ℃时S2会自动闭合,从而对锅加热,但当温度高于80 ℃时S2会自动断开,使电饭锅处于保温状态,因此锅内的温度控制在70 ℃到80 ℃之间,而无法将饭煮熟,B错误,C正确.用电饭锅烧水,水沸腾后水的温度会保持100 ℃不变,锅底温度不能达到居里点(103 ℃),因此限温开关S1不会自动断开,D错误.
7.一火警报警电路的示意图如图,R3为用半导体热敏材料制成的传感器,这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而减小.值班室的显示器为电路中的电流表,电源两极之间接一报警器.当传感器R3所在处出现火情时,电流表显示的电流I、报警器两端的电压U的变化情况分别是(　　)
[A] I变大、U变小 [B] I变小、U变小
[C] I变小、U变大 [D] I变大、U变大
【答案】 B
【解析】 当传感器R3所在处出现火情时,半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而减小,R3的电阻减小,报警器两端的电压变小,与传感器并联的R2的电流也变小,电流表显示的电流I变小,故B正确.
8.如图甲所示,条形码扫描笔的原理是扫描笔头在条形码上匀速移动时,遇到黑色线条,发光二极管发出的光线将被吸收,光敏三极管接收不到反射光,呈高阻抗;遇到白色间隔,光线被反射到光敏三极管,三极管呈低阻抗.光敏三极管将条形码变成一个个电脉冲信号,信号经信号处理系统处理,即完成对条形码信息的识别,等效电路图如图乙所示,其中R为光敏三极管的等效电阻,R0为定值电阻.下列说法正确的是(　　)
[A] 当扫描笔头在黑色线条上移动时,信号处理系统获得高电压
[B] 当扫描笔头在白色间隔上移动时,信号处理系统获得低电压
[C] 扫描速度对信号处理系统接收到的电压信号无影响
[D] 扫描笔头外壳出现破损时可能无法正常工作
【答案】 D
【解析】 当扫描笔头在黑色线条上移动时,光敏三极管呈高阻抗,处于断路状态,所以R0两端的电压为零,信号处理系统获得低电压,同理,在白色间隔上移动时,电路总电阻小而电流大,因此R0两端的电压高,信号处理系统获得高电压,A、B错误;扫描速度不同,信号处理系统接收到的因同一黑色线条(白色间隔)产生的低(高)电压时间不同,C错误;外壳破损,外界光线可能会照到光敏三极管上,导致信息读取错误,D正确.
9.利用霍尔元件可以进行微小位移的测量.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直角坐标系.保持沿x方向通过霍尔元件的电流I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B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B为零,UH为零,将该点作为位移的零点.在小范围内,磁感应强度B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.下列说法正确的是(　　)
[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Δz>0时,上表面电势高
[D] 电流I越大,霍尔电压UH越大
【答案】 D
【解析】 设载流子的电荷量为q,沿电流方向定向移动的平均速率为v,单位体积内自由移动的载流子数为n,霍尔元件横截面积为S,霍尔元件沿z轴厚度为a,霍尔元件沿y轴厚度为b,则电流的微观表达式为I=nqSv=nqabv,载流子在磁场中受到的洛伦兹力f=qvB,载流子在洛伦兹力作用下向上或向下移动,上、下表面间出现电势差,则载流子受到的电场力为F=q,当达到稳定状态时,洛伦兹力与电场力平衡,联立解得UH=,由UH=可知,B的方向不同时,霍尔电压的正负不同,而位移方向不同时,B的方向也不同,因此该仪表可以确定位移方向,故A错误;小范围内,磁感应强度B和坐标z成正比,由UH=可知UH与B 成正比,则UH与坐标z成正比,故刻度线是均匀的,故B错误;在Δz>0区域,B方向沿z轴负方向,用左手定则可判断电子受力方向沿y轴正方向,故电子向上移动,因电子带负电,故上表面电势低,故C错误;由UH=可知,电流I越大,霍尔电压UH越大,故D正确.
10.(12分)(2025·广东江门高二月考)半导体型呼气酒精测试仪采用氧化锡半导体作为传感器.该测试仪的原理图如图甲所示.图中R1为定值电阻,酒精气体传感器R2的阻值随酒精气体浓度的增大而减小.
(1)(4分)驾驶员呼出的酒精气体浓度越大,电压表的示数越　　　　(填“大”或“小”).
(2)(4分)酒精气体传感器R2的阻值随酒精气体浓度变化的关系曲线如图乙所示.则酒精气体浓度为0时R2的阻值为　　　　 Ω.若某司机呼气时酒精气体浓度为100 mg/m3,此时R2的阻值为　　　 　 Ω.
(3)(4分)现有一个电源,电动势为4.8 V,内阻为1 Ω;电压表的量程为0～5 V,内阻很大;定值电阻R1的阻值为60 Ω;导线若干.按图甲所示电路图把电压表改装成酒精浓度表,则酒精气体浓度为0的刻度线应刻在电压刻度线为　 V处;酒精气体浓度为50 mg/m3应刻在电压刻度线为　　　　V处.(均保留2位小数)
【答案】 (1)大　(2)60　26或27　(3)2.38　2.85
【解析】 (1)由题意知,酒精气体浓度越大,传感器阻值越小,回路中的电流越大,可知,电压表的示数越大.
(2)由题图乙可知:酒精气体浓度为0时R2的阻值为60 Ω;
酒精气体浓度为100 mg/m3时R2的阻值为26 Ω或27 Ω.
(3)按题图甲所示电路图把电压表改装成酒精浓度表,则酒精气体浓度为0时,电阻R2阻值最大为60 Ω,此时== V≈2.38 V
则0刻度线应刻在电压刻度线为2.38 V处;
酒精气体浓度为50 mg/m3时,电阻R2阻值为40 Ω,
此时UR1′== V≈2.85 V
酒精气体浓度为50 mg/m3应刻在电压刻度线为2.85 V处.
11.(14分)一种加速度传感器的原理示意图如图所示.质量为m的振子两端连有劲度系数均为k的轻弹簧,电源的电动势为E,不计内阻,滑动变阻器的总阻值为R,有效长度为L,系统静止时滑片位于滑动变阻器的正中间,这时电压表指针恰好在刻度盘的正中间.
(1)(5分)求系统的加速度a(以向右为正)和电压表示数U的函数关系式;
(2)(4分)将电压表刻度改为加速度刻度后,其刻度线是均匀的还是不均匀的 为什么
(3)(5分)若电压表指针指在满刻度的位置,此时系统的加速度大小和方向如何
【答案】 (1)a=(E-2U)　(2)见解析 (3)　方向向左
【解析】 (1)当振子向左偏离中间位置s距离时,由牛顿第二定律得2ks=ma,
电压表的示数为U=E,
联立解得a=(E-2U).
(2)均匀.因为加速度a与电压表示数U呈线性关系,电压表刻度线是均匀的,故加速度刻度线也是均匀的.
(3)当滑片滑到最右端时,电压表最大示数Um=E,电压表指针指在满刻度的位置时,U=E.代入加速度表达式,解得a=-,负号表示方向向左.

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