【单元练】人教版高中物理选修2第五章【传感器】经典测试卷(含答案解析)(1)

一、选择题
1．传感器已广泛应用于日常生活。

下列传感器能够将力学量转换为电学量的是（）A．应变片
B．干簧管
C．热敏电阻
D．霍尔元件A
解析：A
A．应变片是在外力的作用下产生机械形变，其电阻发生相应变化，从而将力学量转换为电学量。

A正确；
B．干簧管是将磁学量转化为电学量，B错误；
C．热敏电阻是将温度转化为电学量，C错误；
D．霍尔元件是将磁学量转化为电学量，D错误。

故选A。

2．下列有关传感器的说法中正确的是（）
A．火灾报警器利用了温度传感器
B．日光灯启动器是利用了光传感器
C．电子秤称量物体重力利用了力传感器
D．霍尔元件是能够把电压转换为磁感应强度的一种磁传感器C
解析：C
A．火灾报警器利用了烟雾传感器，A错误；
B．日光灯启动器是利用了双金属片制成的温度传感器，B错误；
C．电子秤称量物体重力利用了力传感器，C正确；
D．霍尔元件是能够把磁学量转换为电压传感器，D错误。

故选C。

3．如图所示，图甲表示某半导体热敏电阻R随温度t的变化情况。

把该半导体电阻与电池、电流表串联起来，如图乙所示，用该半导体作测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，于是就得到一个最简单的热敏电阻温度计。

则下列说法正确的是（）
A ．电流表示数大说明温度较高
B ．电流表示数小说明温度较高
C ．电流表示数与温度成正比
D ．所改装的温度表刻度是均匀的A
解析：A
AB ．电流表示数大，则电阻R 越小，由图像可知，温度较高，选项A 正确，B 错误； CD ．根据闭合电路欧姆定律
E I R r
=+ 因R 与温度成非线性关系，则电流表示数与温度不成正比，所改装的温度表刻度也不是均匀的，选项CD 错误。

故选A 。

4．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 ．传感器可以将感受到的一些信息转换为电学量
C ．传感器可以将所有感受到的信息都转换为电学量
D ．以上说法均不正确B
解析：B
传感器不能直接用来进行自动控制。

传感器主要是用来接收信息，并将接收到的信息转换成便于测量的电学量或转换为电路的通断，但并不是将其感受到的所有信息都转换为电学量。

故选B 。

5．下列关于物理传感器，化学传感器和生物传感器的说法，正确的是（ ） A ．物理传感器利用材料的某种物理性质工作，因而只能用于机械加工行业而不能用于化工领域
B ．化学传感器是利用某种化学反应来工作的，因而只能输出某种化学物质而不能输出电学量
C ．生物传感器的适用范围广，可在任意温度下工作
D ．生物传感器由于含有生命物质，因而对使用传感器的环境有一定要求D
解析：D
B ．化学传感器一般也是输出电学量，如离子传感器等，故B 错误；
A ．物理传感器在化工领域也可以使用，如温度传感器等，故A 错误；
CD ．生物传感器能够使用的前提是传感器中的生命物质保持生物活性，故C 错误，D 正确。

故选D 。

6．下列关于传感器的说法，正确的是（）
A．金属热电阻是一种可以将电学量转换为热学量的传感器
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成声信号
D．传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量或者电路的通断D
解析：D
A．金属热电阻是一种将温度这个热学量转化为电阻这个电学量的传感器，A错误；B．电视遥控接收器的主要元件是红外线传感器，B错误；
C．话筒中的传感器是声传感器，它将声信号转化为电信号，C错误；
D．传感器能将非电学量按一定规律转换为电学量或转换为电路的通断，故D正确。

故选D。

7．如图是磁敏报警装置中的一部分电路，其中R B是磁敏传感器，它的电阻随金属异物的出现而减小；a、b接报警器．闭合S，当传感器R B所在处出现金属异物时，电流表的电流I、ab两端的电压U将（）
A．I减小，U减小B．I减小，U增大
C．I增大，U减小D．I增大，U增大C
解析：C
【分析】
由图可知磁敏电阻与R1并联后与R2串联，由题意可知，出现金属异物磁敏电阻的阻值减小，则由闭合电路欧姆定律可得出电路中电流的变化，由电流的变化可得出内电压的变化，即可判断路端电压的变化，由并联电路的电流规律可得出电流表的示数变化．
出现金属异物，磁敏电阻的阻值减小，则总阻值减小，由闭合电路的欧姆定律可知，电路中电流增大，内电压增大，故路端电压即ab间电压减小；因干路电流增大，R2两端的电压增大，则并联电路两端的电压减小，故流过R1的电流减小，则流过电流表的电流增大，故C正确，ABD错误；故选C．
【点睛】
闭合电路的欧姆定律的动态分析类题目一般按外电路、内电路、外电路的分析思路进行，要掌握其解决的方法．
8．在如图所示的自动控制电路中，当开关S断开时，工作电路的情况是（）
A．灯亮，电动机转起来，电铃响B．灯亮，电动机转起来，电铃不响
C．灯不亮，电动机不转，电铃响D．灯亮，电动机不转，电铃响B
解析：B
由图可知这是用一个电磁继电器同时控制两个工作电路的自动控制装置，控制电路由电源、开关S和电磁铁组成，工作电路有两个，共用一个电源，开关S断开时，电磁铁中无电流没有磁性，弹簧把衔铁拉起，电灯和电动机组成的并联电路连通，电灯亮，电动机转动，电铃电路断开，电铃不响；开关S闭合时，电磁铁通电有磁性，吸下衔铁，使电铃电路连通，铃响，电灯和电动机电路断开，灯不亮，电动机不转。

故选B。

9．电动自行车是一种应用广泛的交通工具，其速度控制是通过转动右把手实现的，这种转动把手称为“霍尔转把”，属于传感器非接触控制.转把内部有永久磁铁和霍尔器件等，截面如图甲开启电源时，在霍尔器件的上、下面之间加一定的电压，形成电流，如图乙.随着转把的转动，其内部的永久磁铁也跟着转动，霍尔器件能输出控制车速的电压，已知电压与车速关系如图丙.以下关于“霍尔转把”叙述正确的是（）
A．为提高控制的灵敏度，永久磁铁的上、下端分别为N、S极
B．按图甲顺时针转动电动车的右把手，车速将变快
C．图乙中从霍尔器件的左、右侧面输出控制车速的霍尔电压
D．若霍尔器件的上、下面之间所加电压正负极性对调，将影响车速控制B
解析：B
A．由于在霍尔器件的上、下面之间加一定的电压，形成电流，当永久磁铁的上、下端分别为N、S极时，磁场方向与电子的移动方向平行，则电子不受洛伦兹力作用，霍尔器件不能输出控制车速的霍尔电压，故A错误；
B．当按图甲顺时针转动电动车的右把手，霍尔器件周围的磁场增强，则霍尔器件输出控制车速的霍尔电压增大，因此车速将变快，故B正确；
C．根据题意，结合图乙的示意图，永久磁铁的N、S极可能在左、右侧面或在前、后表面，因此从霍尔器件输出控制车速的霍尔电压不一定在霍尔器件的左、右侧面，也可能在前、后面，故C错误；
D．当霍尔器件的上、下面之间所加电压正负极性对调，从霍尔器件输出控制车速的霍尔电压正负号相反，由图丙可知，不会影响车速控制，故D错误。

故选B。

10．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断升降机运动状态的装置，其工作原理如图所示。

将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动过程的某一段时间内，发现电流表的示数不变，且I大于升降机静止时电流表的示数I0，在这段时间内（）
A．升降机可能匀速上升
B．升降机一定匀减速上升
C．升降机一定处于失重状态
D．通过压敏电阻的电流一定比电梯静止时大C
解析：C
A．在升降机运动过程中发现I大于升降机静止时电流表的示数I0，说明此时压敏电阻的阻值大于升降机静止时的阻值，则压敏电阻所受的压力小于升降机静止时的压力，升降机不可能匀速运动，故A错误；
B．在升降机运动过程中发现电流表不变，说明是匀变速运动，且I大于升降机静止时电流表的示数I0，可知外电压变大，内电压变小，说明总电流变小，所以总电阻变大，压敏电阻的阻值变大。

由压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，则知压力变小，因此加速度方向向下，可能向下匀加速，也可能向上匀减速。

故B错误；
C．升降机的加速度向下，一定处于失重状态。

故C正确；
D、电路中总电流变小，而通过电流表的电流变大，则R的电流变小，所以通过压敏电阻的电流一定比电梯静止时小，故D错误。

故选C。

二、填空题
11．如图所示，厚度为h、宽为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面D'之间会产生电势差，这种现象
称为霍尔效应。

实验表明，当磁场不太强时电势差U、电流I和B的关系为
IB
U k
d =，式
中的比例系数k称为霍尔系数。

霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧出现多余的正电荷，从而形成横向电场，横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。

设电流I是电子定向运动形成的，电子的平均定向速度为v，电荷量为e，回答下列问题：(1)达到稳定的状态时，导体板上侧面A的电势______（填“高于”、“低于”或“等于”）下侧面A'的电势；
(2)电子所受的洛伦兹力的大小为________；
(3)当导体板上下两侧之间的电势差为U时，电子所受静电力的大小为________；
(4)由静电力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系数k=___________，其中n代表导体板单位体积中电子的个数。

低于
解析：低于evB eU
h
1
ne
(1)[1]首先分析电流通过导体板时的微观物理过程，由于导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，电流是电子的定向运动形成的，电流方向从左到右，根据左手定则可判断电子受到的洛伦兹力的方向向上，电子向A板聚集，A板出现多余的负电荷，下侧面感应出正电荷，所以A板电势低于下侧面'A板电势。

(2)[2]由洛伦兹力公式可得电子所受洛伦兹力的大小为1F evB
＝。

(3)[3]横向电场可认为是匀强电场，电场强度
U
E
h
=，电子所受电场力的大小为
2U
F eE e
h
＝＝
(4)[4]通过导体的电流的微观表达式为
I nevdh
＝
由题目给出的霍尔效应公式
IB
U k
d
=
电子达到平衡后，则有
U
evB e
h
=
联立可得
k＝1 ne
12．如图所示为一个有光照或温度升高时排气风扇都能启动的自动控制装置。

在这个装置中需要__________传感器和__________传感器，控制器采用__________门控制方式。

执行器选用__________。

光温度或电风扇
解析：光温度或电风扇
[1][2][3][4]因为图中所示为一个有光照或温度升高时排气风扇都能启动的自动控制装置，所以在这个装置中需要光传感器和温度传感器，且传感器应采用或门控制方式，执行器应选用风扇。

13．传感器在自动控制、信息处理技术中承担着信息采集与转换作用．如光敏电阻将光信号转换为电信号、热敏电阻将热信号转换为电信号．如图所示是大型电子地磅的电路图，它是利用________的变化引起_______的变化将力信号转换为电信号的．
弹簧长度接入电路的滑动变阻器的阻值
解析：弹簧长度接入电路的滑动变阻器的阻值
[1][2]由图可知，当汽车压在地磅上时，弹簧会下降，从而带动滑动变阻器的滑片下移，则可以改变滑动变阻器接入电路的电阻，从而改变流过电流表的电流；故该装置是通过控制弹簧的长度的变化，并通过接入电路的滑动变阻器的阻值的变化，将力信号转换为电信号的。

14．电饭锅在达到设定温度后就不再升温，当温度降低后又继续加热，从而保持温度在一
定范围内不变．进行这样的控制，电饭锅利用的传感器是________传感器．温度
解析：温度
开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，电热板通电加热，水沸腾后，由于锅内保持100℃不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103℃”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热．家用电饭锅使用的传感器类型是温度传感器．
故答案为温度
15．利用负温度系数热敏电阻制作的温度传感器，一般体积很小，可以用来测量很小范围内的温度变化，反应快，而且精确度高．
图甲图乙
(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和电阻串联成一个电路，如图甲所示，其他因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变________(选填“大”或“小”)．
(2)上述电路中，我们将电流表中的电流刻度(如图乙所示)换成相应的温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度．如果刻度盘正中的温度为20 ℃，则25 ℃的刻度应在20 ℃的刻度的________(选填“左”或“左”)侧．小；右；
解析：小；右；
(1) [1]．因为负温度系数热敏电阻温度升高时电阻减小，温度降低时，电阻增大．故电路中电流会减小；
(2)[2] ．由（1）的分析知，温度越高，电流越大，25℃的刻度应对应较大电流，故在20℃对应电流刻度的右侧．
16．如图所示的是四种电容式传感器：
（1）图甲是测______的电容式传感器，原理是_____________________；
（2）图乙是测______的电容式传感器，原理是_____________________；
（3）图丙是测______的电容式传感器，原理是_____________________；
（4）图丁是测______的电容式传感器，原理是_____________________。

θ大小θ变化
引起正对面积变化从而引起C变化由C可确定θ大小高度h高度h变化引起两极面积变化相应C变化由C可确定h大小压力F压力F增加造成两电极距离d 减小相应C变化由C可确定F大小极板长度L极板长度L
解析：θ 大小θ 变化，引起正对面积变化，从而引起C变化，由C可确定θ大小高度h 高度h变化，引起两极面积变化，相应C变化，由C可确定h大小压力F压力F 增加，造成两电极距离d减小，相应C变化，由C可确定F大小极板长度L极板长度L 变化，造成相应C变化，由C可确定L 大小
（1）[1][2]图甲是测θ 大小的电容式传感器，原理是θ变化，引起正对面积变化，从而引起C变化，由C可确定θ大小；
（2）[3][4]图乙是测高度h的电容式传感器，原理是高度h变化，引起两极面积变化，相应C变化，由C可确定h大小；
（3）[5][6]图丙是测压力F的电容式传感器，原理是压力F 增加，造成两电极距离d 减小，相应C变化，由C可确定F 大小；
（4）[7][8]图丁是测极板长度L的电容式传感器，原理是极板长度L 变化，造成相应C变化，由C可确定 L 大小。

17．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）．
BA
解析：B A
[1][2]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。

18．现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警．提供的器材有：热敏电阻，报警器（内阻很小，流过的电流超过c I时就会报警），电阻箱（最大阻值为999.9 Ω），直流电源（输出电压为U，内阻不计），滑动变阻器1R（最大阻值为1 000 Ω），滑动变阻器2R（最大阻值为2 000 Ω），单刀双掷开关一个，导线若干．
在室温下对系统进行调节，已知U约为18 V，c I约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω．
（1）在答题卡上完成待调节的报警系统原理电路图的连线_________．
（2）在电路中应选用滑动变阻器________（填“1R”或“2R”）．
（3）按照下列步骤调节此报警系统：
①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为______Ω；滑动变阻器的滑片应置于______（填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是______．②将开关向______（填“c”或“d”）端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至______．（4）保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用．连线如图所示：R26500b接通电源后流过报警器的电流会超过20mA报警器可能损坏c报警器开始报警
解析：连线如图所示：
R2 650.0 b接通电源后，流过报
警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏c报警器开始报警
试题分析：（1）电路连线如图．
（2）在室温下对系统进行调节，已知U约为18 V，约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏，可知外电阻的取值范围大约是
，报警器的电阻是650.0 Ω，所以滑动
变阻器的取值范围在250 Ω到1 150 Ω之间，所以滑动变阻器应该选R2．
（3）①本题采用的是等效替换法，先用变阻箱来代替热敏电阻，所以变阻箱的阻值要调节到热敏电阻的临界电阻也就是在60 ℃时阻值为650.0 Ω；为防止接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏，滑动变阻器的滑片应置于b端；②先把变阻箱的电阻接入电路，调节滑动变阻器的电阻，调至报警器开始报警时，保持滑动变阻器的阻值不变，接到热敏电阻上，当热敏电阻的阻值是650.0 Ω时，也就是温度达到了60 ℃，报警器开始报警．
【学科网考点定位】闭合电路欧姆定律的应用、等效替换法
【名师点睛】本题主要考查闭合电路欧姆定律的应用、等效替换法．要特别注意本题使用了等效替换法，先用电阻箱的阻值来代替热敏电阻来调节电路，再接入热敏电阻时，就可以直接工作，这种做法灵活、方便、安全．
19．按图所示连接好电路，合上S ，发现小灯泡不亮，原因是_____________；用电吹风对热敏电阻吹一会儿，会发现小灯泡________，原因是___________；把热敏电阻放入冷水中会发现__________．
温度低热敏电阻阻值大
电磁铁磁性弱触点断开发光温度升高热敏电阻阻值变小电磁铁磁性增强触点接触灯泡熄灭
解析：温度低，热敏电阻阻值大，电磁铁磁性弱，触点断开 发光 温度升高，热敏电阻阻值变小，电磁铁磁性增强，触点接触 灯泡熄灭
[1]当合上S 后小灯泡不亮，说明被控电路没有接通，即电磁铁没有将衔铁拉下，可能是因为温度低，热敏电阻的阻值较大，电磁铁中的电流较小，对衔铁的作用力不足以将衔铁拉下，从而导致触电断开，小灯泡不亮；
[2][3]当电吹风对热敏电阻吹一会儿，热敏电阻温度升高，电阻减小，电磁铁中的电流增大，产生的磁场增强，所以将衔铁吸下来，触电接通，所以灯泡会亮；
[4]把热敏电阻放入冷水中会热敏电阻温度降低，电阻增大，导致灯泡熄灭。

20．一些材料的电阻随温度的升高而变化．如图（甲）是由某金属材料制成的电阻R 随摄氏温度t 变化的图像，若用该电阻与电池（电动势E=1.5V ，内阻不计）、电流表（量程为5mA 、内阻不计）、电阻箱R′ 串联起来，连接成如图（乙）所示的电路，用该电阻做测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“金属电阻温度计”．
（1）电流刻度较大处对应的温度刻度____________；(填“较大”或“较小”)
（2） 若电阻箱阻值R′=150Ω，当电流为5mA 时对应的温度数值为________°C ．较小50 解析：较小 50
(1)[1]根据闭合电路欧姆定律得，电路中电流
E I R R =+'
可见，电阻R 越小，电流I 越大，对应的温度越低，所以电流刻度较大处对应的温度刻度
较小。

(2)[2]当电流为5mA 时，由闭合电路欧姆定律 E I R R =
+'
得 3
1.5150150510E R R I -'=
-=-=Ω⨯ 由R -t 图象，根据数学得到 R =t +100（Ω），
当
R =150Ω
可得
t =50°C
三、解答题
21．当前大量使用的磁敏器件是霍尔元件与集成电路制作在一起的磁传感器，它有以下两种。

(1)一种是“线性”的。

它是将霍尔元件和放大器集成在一个芯片内，其输出的电压与感受到的磁感应强度成正比地连续变化。

请你提出一种方案，利用它来测量电流的大小。

(2)另一种叫作“开关型”的。

当磁场增强到一定程度时它才会输出高电势，而在磁场弱到一定程度时输出低电势，它只能像开关一样在高、低电势之间跃变。

请你提出一种方案，利用它来测量物体的转速。

解析：（1）见解析；（2）见解析
（1）在软铁芯上绕制线圈2，磁传感器3置入铁芯的间隙中，并与数字电压表4相连，线圈2中通入的待测电流I 越强，铁芯间隙中的磁感应强度就越大，则磁传感器输出的电压也越大。

电路如图
（2）在转动物体1的边缘嵌入一个永久磁体2 ，磁传感器3固定在旁边，并与计数电路和显示屏4相连。

物体每转动1周，传感器就输出1个电压脉冲，计数器显示的数字就增加1，配合秒表测出物体在时间t 内转动的周数n ，就可以计算出转速。

电路如图
22．某同学设计了一个加速度计，如图所示。

较重的滑块2可以在光滑的框架1中平移，滑块两侧用弹簧3拉着；R 为滑动变阻器，4是滑动片，它与电阻器任一端之间的电阻值
都与它到这端的距离成正比。

这个装置就是一个加速度传感器。

两个电池E的电压相同。

按图连接电路后，电压表指针的零点位于表盘中央，当P端的电势高于Q端时，指针向零点右侧偏转。

将框架固定在运动的物体上，当物体具有图示方向的加速度a时，电压表的指针将向哪个方向偏转？简述你分析的过程。

解析：左侧
当滑片P在滑动变阻器中央时，P、Q两点电势相等，电压表指针指中央零点，电压表示数决定于中点到滑片位置的电阻两端的电压，当物体具有图示方向的加速度a时，根据牛顿第二定律可知，滑块将向左移，带动变阻器的滑片4移向中点左方，电阻中点到滑片位置的电流方向向左，故P点电势低于电阻中点处电势，即P点电势低于Q点，则指针应向零点左侧偏转。

23．图是一种电感式微小位移传感器的原理图。

1是待测位移的物体，3是空心线圈，软铁芯2插在线圈3中并且可以随着物体1在线圈中左右平移。

这种传感器可以把被测物体位移的大小转换为线圈自感系数的大小，请定性说明它的工作原理，并尝试设计与线圈3相连的电路。

解析：见解析。

线圈3中通入正弦变化的交流电，电路的电流不断变化，则线圈3内的磁场在不断变化，当软铁芯2插在线圈3中，导致磁场增强，从而通过电流的变化量来确定插入线圈的位移大小，当待测物体向左平移，因自感系数的增加，导致增加的磁场会阻碍线圈3的电流变化，则电流表的示数将减小。

由以上分析可知，3中电路应接入交流电源和电流表，电路如图所示。