上海向东中学高中物理选修二第五章《传感器》知识点(答案解析)

一、选择题
1．如图是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的示意图。

R是光敏电阻，0R是保护定值电阻，日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，GH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，与EF接入电路，蓄电池给LED路灯供电，路灯亮起，下列关于该电路分析正确的是（）
A．该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大
B．增加电源电动势可以增加路灯照明时间
C．增大保护电阻0R阻值可延长每天路灯照明时间
D．并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间
2．下列说法正确的是（）
A．穿过闭合电路的磁通量发生变化时，这个闭合电路中就有感应电流产生
B．只要导体相对磁场运动，导体中一定会产生感应电流
C．话筒是一种能够将电信号转换为声音信号的传感器
D．热敏电阻能把热量这个热学量转换为电阻这个电学量
3．下列用电器主要利用了电磁感应原理的是（）
A．激光打印机B．直流电动机C．电磁炉D．电熨斗
4．下列关于传感器说法正确的是（）
A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用
B．霍尔元件能够把磁学量（如磁感应强度）转化为电学量（如电压）
C．光敏电阻随光照强度增加电阻增大
D．热敏电阻的阻值随温度的升高而升高
5．某同学准备用一种热敏电阻制作一只电阻温度计。

他先通过实验描绘出一段该热敏电阻的I一U曲线，如图甲所示，再将该热敏电阻R t，与某一定值电阻串联接在电路中，用理想电压表与定值电阻并联，并在电压表的表盘上标注温度值，制成电阻温度计，如图乙所示。

下列说法中正确的是（）
A ．从图甲可知，该热敏电阻的阻值随温度的升高而增大
B ．图乙中电压表的指针偏转角越大，温度越高
C ．温度越高，整个电路消耗的功率越小
D ．若热敏电阻的阻值随温度均匀变化，则表盘上标注温度刻度也一定是均匀的
6．如图所示为温度自动报警器的工作原理图，图中1是电磁铁、2是衔铁，5是水银温度计（水银导电）。

常温下3触点处于断开状态4触点处于闭合状态，则下列说法正确的是（ ）
A ．当温度低于警戒温度时电磁铁磁性增强，3触点闭合4触点断开
B ．此装置为低温报警装置，温度低于警戒温度时，电铃报警
C ．此装置为高温报警装置，温度高于警戒温度时，指示灯亮
D ．要提高报警时的警戒温度应使导线AB 短些
7．如图所示为一种常见的电子台秤，质量为0M 的秤盘置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比，当秤盘没有放入物体时，传感器输出电压为0U ，将某物体放置于秤盘，传感器输出电压为U ，则该物体的质量为（ ）
A ．00
M U U B ．00M U U C ．()000M U U U - D ．()00M U U U
- 8．如图所示，甲为在温度为10C 左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻120k ΩR =、210k ΩR =、340k ΩR =，t R 为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线
U≤时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发如图乙所示，a、b端电压0
ab
U>时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，使箱内温度升高；当a、b端电压0
ab
热，则恒温箱内的温度可保持在（）
A．10C B．20C C．35C D．45C
9．下列说法中正确的是（）
A．硅、锗不属于半导体
B．在半导体中加入微量杂质，可以使其导电能力成百万倍增大
C．N型半导体的载流子以空穴为主
D．PN结是构成晶体二极管的基础，不是构成三极管的基础
10．机器人可以通过外部传感器来感知外部环境和外界事物，下列说法有误的是（）A．温度传感器让其感知温度变化，此传感器是热敏电阻，阻值一定随温度升高而增大B．光电传感器可以作为眼睛，此传感器若是光敏电阻，阻值一定随光亮度增加而减小C．超声波传感器可以作为耳朵，让其听到常人听不到的声音
D．压力传感器可以使其有“手感”
11．在公共场所装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就会开通电热器加热，喷出热空气将手烘干。

自动干手机使用的传感器应该是（）
A．磁传感器B．红外线传感器
C．力传感器D．声传感器
12．某智慧物流有20余台配送机器人上阵，该配送机器人能够识别红绿灯信号、规避道路障碍和来往车辆、主动礼让行人。

机器人主动礼让行人，是利用了（）
A．力传感器B．光传感器
C．温度传感器D．声传感器
13．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
14．为了节能和环保，一些公共场所用光敏电阻来自动控制照明系统的开关，如图甲所示，其中电源电动势3V E =，内阻不计，定值电阻010k ΩR =，电阻1R 是光敏电阻，阻值大小随光的强弱变化而变化，二者对应关系截图如表所示，物理学中用照度描述光的强弱，光越强，照度越大，lx 是照度的单位。

M 是电磁开关，内部结构如图乙所示，当电磁铁中通过的电流大于0.1mA 时，电磁铁吸合铁片，下列说法正确的是（ ）
照度/lx
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 电阻/k Ω 75 40 28 23 20 18
A ．光敏电阻的阻值大小随照度的增大而均匀减小
B ．电磁开关M 利用了互感现象
C ．当照度小于1.0lx 时，照明系统自动开启
D ．增加电磁铁线圈匝数，照明系统平均每天的工作时间边长
15．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I 0，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
二、填空题
16．温度传感器的核心元件是________，它具有将________转化为________的性质。

17．驻极体话筒由内部的驻极体________感受声波，其工作电压为________V。

18．与热敏电阻相比，金属热电阻的______________好，测温范围______，但________较差。

19．金属的电阻率随温度的升高而_______。

用金属丝可以制作________传感器，称为
________。

20．如图甲所示，为热敏电阻的R－t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100Ω。

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
(1)应该把恒温箱内的加热器接在________（填“A、B端”或“C、D端”）。

(2)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________Ω。

21．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__________。

22．简单机器人（如有视觉机器人）的模块有_________、_________、________，它们的功能分别如人的__________、__________、__________。

23．如图为利用光敏电阻设计的行人监控装置原理图。

R1为光敏电阻，其阻值随光照减弱而增大，R2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R1的电流将___________（选填“增大”、减小”或“不变”）。

24．有一种测量人体重量的电子秤，其原理图如图中的虚线所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R（是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器）、显示体重的仪表G （实质是理想电流表）．设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3A，电源电动势为12V，内阻为2Ω，电阻R随压力变化的函数式为R=30﹣0.02F（F和R的单位分别是N和Ω）；
（1）该秤能测量的最大重量是________N；
（2）该秤零刻度线（即踏板空载时间刻度线）应标在电流刻度盘________A处.
25．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．
26．如图所示为电容式位移传感器的示意图，物体沿左右方向运动时，电容将发生变化．如果实验测量出电容器的电容变大，那么被测物体向______运动（填写“左”或“右”）;如果把图中的电介质板换成介电常数更大的材料，当物体沿左右方向运动时，传感器的灵敏度___________．（填写“变大” “不变”或“变小”,灵敏度定义为电容器电容变化量的大小与物体位置坐标化量大小之比．）
三、解答题
27．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。

28．双金属温度传感器是将两种具有不同热膨胀系数的金属贴合在一起制成的。

当它温度升高时，两种金属伸长不一样而发生弯曲变形，使触点接通或断开。

日光灯启动器里就有一个双金属温度传感器（如图）。

取一个报废的日光灯启动器，去掉外壳，在充有氖气的玻璃泡内，有一个U形的双金属片，其旁边有一根直立的金属丝，两者构成一对触点。

常温下两触点是分离的，温度升高时，双金属片因形变而与金属丝接触。

敲碎氖泡的玻璃，调节两触点之间的距离，使温度升高到60℃时两触点恰好接通。

请你利用这个双金属温度传感器，设计一个电热水器自动加热的控制方案。

当水温低于60℃时自动通电加热，高于60℃时自动断电。

29．为了比赛的公平公正，学校短跑比赛设计安装了一款防抢跑装置，该装置安装在起跑线前，如图甲所示，丙图是其工作原理图：起跑发令枪发令前，开关S1、S2、S3都闭合，K 与A端相连，绿灯亮；发令枪扳机和开关S2相连动，扣动扳机，枪响同时开关S2断开；当电流表示数小于或等于30mA时，在弹簧弹力作用下，K与A端相连，绿灯亮，无人抢跑；当电流表示数大于30mA时，衔铁被吸下，K与B端相连，红灯亮同时铃声响，有人抢跑。

已知两电路电源电压均为6V，保持不变，压力传感器R的阻值随所受压力变化的图像如图乙所示，压板重力不计，电磁铁线圈电阻不计。

(1)起跑发令枪发令前，开关S1、S2、S3都闭合，压力传感器R压板上无人（压力F=0N）时，左端电路消耗的电功率为多少？
(2)比赛时，起跑发令枪发令前，抢跑同学踩在压板上的压力F为900N时，左端电路电流
表读数为多少？
(3)比赛时，枪声响起后，若某同学踩在压板上的力为1500N时，要使得红灯不亮，电阻R0至少为多大？
30．一般说来，物体在温度升高时膨胀，温度降低时收缩，这一现象称为热胀冷缩．在相同的条件下，气体的热胀冷缩最显著，液体次之，固体最不显著．固体、液体、气体的这种性质都可以被利用．有一些电冰箱中的自动温度控制装置，就是根据气体热胀冷缩的性质制成的．如图是它的结构示意图，其中金属盒是用薄的弹性钢片制作，表面有一些环状波纹，内部密封有一定量的气体．结合图片尝试分析它的控温原理．。