高中第一节 传感器及其工作原理当堂检测题

5.1传感器及其工作原理基础巩固2021—2022学年高中物理粤教版（2019）选择性必修第二册

一、选择题（共15题）

1．新冠病毒疫情已被我国有效控制。为了战胜疫情，我们的志愿者在社区、机场等公共场所不顾个人安危，为行人量体温、查信息，严防死守，确保一方平安。志愿者使用的体温探检器通过非接触的方法感应人体的体温以此来排查新型冠状病毒的疑似感染病例。请问这种体温探检器是利用了哪种电磁波的特性（　　）

A．红外线 B．紫外线

C．X射线 D．γ射线

2．关于传感器，下列说法正确的是

A．传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量

B．金属热电阻是一种可以将电学量转换为热学量的传感器

C．干簧管是能够感知电场的传感器

D．半导体热敏电阻的阻值随温度的升高而增大

3．中国物联网校企联盟认为“传感器的存在和发展,让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官,让物体慢慢变得活了起来”.下列关于传感器的作用或应用不符合实际的是（     ）

A．热敏电阻是半导体材料制成,它是温度传感器的重要组成部分

B．干簧管是一种能感知磁场的敏感元件,在电路中是一个磁控开关

C．自动门和公共场所的非触摸式自动水龙头利用了紫外线传感器

D．家庭厨房里的可燃气体泄漏报警器是用气敏元件制成

4．关于传感器，下列说法正确的是(       )

A．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号

B．霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电阻这个电学量

C．半导体热敏电阻常用作温度传感器，因为温度越高，它的电阻值越大

D．电熨斗中装有双金属片温度传感器，该传感器通过控制电路的通断达到自动控制温度的目的

5．如图所示，电吉他的弦是磁性物质，当弦振动时，线圈中产生感应电流，感应电流输送到放大器、喇叭，把声音播放出来，下列说法正确的是（　　）

A．电吉他是光电传感器

B．电吉他是温度传感器

C．电吉他是声音传感器

D．弦改用尼龙材料原理不变

6．电容器是一种常用的电学元件，在电工、电子技术中有着广泛的应用。以下有关电容式传感器在生活中应用说法正确的是（　　）

甲：电容式触摸屏       乙：电容式压力传感器

丙：电容式油位传感器       丁：电容式加速度传感器A．甲图中，手指作为电容器一电极，如果改用绝缘笔在电容式触摸屏上仍能正常操作

B．乙图中，力F增大过程中，电流计中的电流从a流向b

C．丙图中，油箱液位上升时，电容变小

D．丁图中，当传感器由静止突然向左加速，电容器处于充电状态

7．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．干簧管是一种能够感知电场的传感器

D．传感器能将非电学量按一定规律转换成电学量或转换为电路的通断

8．下列说法正确的是（　　）

A．干簧管是一种简易的力电传感器

B．交警所使用的酒精检测仪安装了“乙醇传感器”，能够感知乙醇的浓度

C．一些宾馆安装了“自动门”，当人靠近时自动打开，是因为门上安装了温度传感器

D．电熨斗能自动控制温度主要因为装有双金属片温度传感器，两片金属的热膨胀系数相同

9．下列说法正确的是（        ）

A．金属热电阻的电阻率随温度升高而减小

B．干簧管是电控开关

C．电熨斗中的双金属片上层膨胀系数比下层大

D．光敏电阻导电性能随光强增强而减小

10．物理传感器是利用物质的物理性质和物理效应感知并检测出相关信息的，化学传感器是利用化学反应识别和检测信息的。下列说法正确的是（       ）

A．凡将非电学量转化为电学量的传感器都是物理传感器

B．气敏传感器只能是物理传感器

C．物理传感器只能将采集到的信息转换为电压输出

D．物理传感器利用的是物质的物理性质和物理效应

11．下列说法中正确的是（　　）

A．红外体温计能将人体红外线辐射的变化，转化成反应体温的电学量变化

B．受迫振动的固有频率会随驱动力频率的变化而变化

C．单摆的振动周期与摆球的质量有关

D．高速宇宙飞船中的一小时比地球上的一小时短

12．如图所示为一种呼气酒精测试仪的原理图，其中酒精气体传感器的电阻值r′的倒数与接触到酒精气体的浓度c成正比。则下列说法正确的是（　　）

A．电压表的示数无法表示浓度c的变化

B．电压表的示数越大，表示浓度c越小

C．酒精气体传感器把电信息转化成非电信息

D．当醉酒人员对传感器呼气时，电压表示数变大

13．环境监测中通常需要监测烟尘浓度。如图所示为光电式烟尘浓度计的工作原理图。光源1发出的光线经聚光透镜2后，再经半透半反镜3分成两束强度相等的光线。其中一路光线经反射镜4后穿过被测烟尘，有部分光线被烟尘吸收或散射（光在介质中与物质微粒相互作用，使光的传播方向发生改变的现象）后，经过光电转换电路6转换成电压信号U1.另一路光线直接到达光电转换电路7（6、7完全相同）后，产生作为被测烟尘浓度的参比电压信号U2.运算电路通过U1和U2的比值计算出被测烟尘的浓度。根据上述信息应用所学知识可以判断（　　）

A．没有烟尘时，U1和U2的比值应该为零

B．散射过程中动量守恒定律不成立

C．如果用全反射棱镜作为反射镜4，其折射率至少为2

D．烟尘浓度越高时，U1和U2的差值越大

14．如图为一种延时开关示意图，M和N是绕在同一个铁芯上的两个线圈，其中M与电源E、开关S构成回路，N的两端用导线ab直接连起来。当闭合S后，铁芯吸住衔铁A，开关触头B就将高压电路接通；当断开S时，衔铁仍被铁芯吸住，一会儿后才被弹簧C拉上去，从而实现延时断开电路的目的。下列说法正确的是（　　）

A．起延时效果的主要部件是线圈M

B．闭合S电路稳定工作后，导线ab中有从a流向b的感应电流

C．断开S瞬间，导线ab中有从a流向b的感应电流

D．电源E的正负极对调接入后，该装置就没有延时效果

15．许多牛奶制品中被检测出化学原料三聚氰胺．在多种检测三聚氰胺的方法中有一种“酶标法检测”，这种检测方法使用的传感器，应为传感器中的哪一类(　　)

A．物理传感器 B．化学传感器

C．生物传感器 D．温度传感器

二、填空题（共4题）

16．如图是电熨斗的结构图，它装有双金属片温度传感器，其作用是控制电路的通断，常温下图中上下触点是________（填“接触”或“分离”），当温度升高时双金属片__________（填“上层”或“下层”）膨胀比另一层大．若需要设定更高的温度，则应该调节升降螺 丝向______（填“上 ”或“下 ”）

17．在“用DIS研究通电螺线管的磁感应强度”实验中，使用的是______传感器，采集数据绘制B-d图线，得出结论：在螺线管的中间位置一定范围内，磁感应强度______。

18．如图所示，为定值电阻，为负温度系数热敏电阻，L为小灯泡、当温度降低时，两端的电压______，电流表的示数______，小灯泡的亮度变______。

19．超导磁体的研究使得超强磁场的获得比以前更容易。如今，美国高场实验室研制的稳态超导磁体中心磁场的磁感应强度达到45T。超导磁体通常是浸泡在液氦中的超导带材绕成的线圈，根据带材表面层是否绝缘分为绝缘线圈超导磁体和非绝缘线圈超导磁体两种。

(1)对磁体充电后，磁体才能运行。某科研机构研究非绝缘线圈超导磁体充电规律时，记录了0~320s内若干时刻加在磁体两端的电压U、磁体中的电流I的数据，并在如图甲、图乙所示的坐标纸中画出了I－t图象和U－t图象的一部分。请你根据下面表格中的数据，在图乙中标注后5组数据点，并将图象补画完整_______；

(2)根据甲、乙两个图象可知，在0~140s内电流I和电压U的关系为电流I随电压U的增大而增大，在140~320s内电流I和电压U的关系为____；

(3)超导磁体运行中，局部失超（失去超导性）可能带来整体失超，会造成超导磁体损坏。对超导磁体进行失超保护是必要的。绝缘线圈超导磁体需要采用主动失超保护系统。图丙是绝缘线圈超导磁体充电、运行和失超保护电路原理图。闭合开关S，超导磁体被充电后，正常运行。当失超探测器检测到超导磁体失超后，能自动迅速切断开关S并通过二极管（符号见图丁，当“＋”端的电势高于“－”端的电势时，二极管导通，电阻几乎为0；反之，电阻几乎为无穷大）将超导磁体储存的能量迅速转换到耗能电阻中，保护超导磁体不会被损坏。那么，图丙中接入的二极管的连接方式应该是图丁中的__（填“A”或“B”）。当失超保护系统工作时，流过耗能电阻中的电流方向为___（填“由c到d”或“由d到c”）。

三、综合题（共4题）

20．按照你对以下几种传感器的理解，填写下面的表格。

21．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。

22．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。

23．有三个失去标记的元件，分别是定值电阻、热敏电阻和光敏电阻．为识别它们，可将这三个元件分别接入如图所示电路中的A、B两点间。用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数变化，这样就可将它们区分开来。请简述其中的原理。

参考答案：

1．A

2．A

3．C

4．D

5．C

6．D

7．D

8．B

9．C

10．D

11．A

12．D

13．D

14．C

15．C

16．     接触     上层     下

17．     磁     基本保持不变，可看做匀强磁场

18．     减小     减小     亮

19．          电压U逐渐减小而电流I保持不变     B     由d到c

20．

光敏电阻是将光照强度信号转化为电压（电阻）信号输出的；

热敏电阻是将温度信号转化为电学中的电压（电阻）信号输出的；

金属热电阻也是将温度信号转化为电压（电阻）信号输出的；

电阻应变片是将压力信号转化为电压（电阻）信号输出的；

电容式位移传感器，是将位移信号转化为电压（电容）信号输出的；

故如下表示：

21．

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

22．

（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

23．

当用墨纸包住元件时，光线被挡住，光敏电阻阻值变化，其它两个电阻阻值不变，所以欧姆表示数变化较大的是光敏电阻，欧姆表示数不变化的是定值电阻和热敏电阻；当把元件放入热水中时，温度升高，热敏电阻阻值变化，其它两个电阻阻值不变，所以欧姆表的示数变化较大的是热敏电阻，欧姆表示数不变化的是定值电阻和光敏电阻。