高中物理沪科版 (2019)选择性必修 第二册5.1 传感器的原理达标测试

5.1传感器的原理基础巩固2021—2022学年高中物理沪教版（2019）选择性必修第二册

一、选择题（共15题）

1．下列关于信息化社会的说法不正确的是（　　）

A．现代信息技术的三大基础是信息的拾取、传输和处理

B．传感器能代替、补充、延伸人的感觉器官功能

C．日光灯的启动器利用了双金属传感器

D．光敏电阻传感器无光照射时电路中电流大，有光照射时电路中电流小

2．酒精测试仪已应用于全国各地查处司机是否酒驾的现场检测。有一种酒精测试仪利用的是二氧化锡半导体型传感器，若这种传感器电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么，在如图所示的电路图中，正确反映电压表示数U与酒精气体浓度c之间对应关系的选项是（　　）

A． B．

C． D．

3．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

4．在用位移传感器做实验时，下列说法中正确的是（　　）

A．位移传感器的发射窗口应对准接收器的信号接收窗口

B．位移传感器的发射窗口不一定要对准接收器的信号接收窗口

C．连接到数据采集器上的是发射器部分

D．实验开始后，必须先打开发射器的电源开关

5．美国科学家WillardS。Boyle与GeorgeE．Smith因电荷耦合器件（CCD）的重要发明荣获诺贝尔物理学奖。CCD是将光学量转变成电学量的传感器。下列可将光学量转化为电学量的传感器为（　　）

A．热敏电阻 B．电视机遥控接收器

C．霍尔元件 D．双金属片

6．关于传感器，下列说法正确的是（　　）

A．光敏电阻和热敏电阻都是由半导体材料制成的

B．金属材料不可以制成传感器

C．传感器主要是通过感知电阻的变化来传递信号的

D．以上说法都不正确

7．如图所示是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数的示意图，其中A是发光仪器，B是光敏电阻，R是普通定值电阻，下列说法中正确的是(  )

A．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变大

B．当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变小

C．当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变小，电压表读数变小

D．当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，电压表读数变大

8．有一个消毒用电器P，电阻为20kΩ，它只有在电压高于24V时才能工作．今用一个光敏电阻R1对它进行控制，光敏电阻在光照时为100Ω，黑暗时为1000Ω．电源电动势E为36V，内阻不计，另有一个定值电阻R2 ，电阻为1000Ω．下列电路电键闭合后能使消毒用电器在光照时正常工作，黑暗时停止工作的是

A． B． C． D．

9．如图所示，E为电源，其内阻为r，L为小灯泡(其灯丝电阻可视为不变)，、为定值电阻，为光敏电阻．闭合开关S后，若照射R3的光强度减弱，则（  ）

A．两端的电压变大 B．小灯泡消耗的功率变小

C．通过的电流变小 D．电源两极间的电压变小

10．温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用金属热电阻的阻值随温度变化的特性来工作的。图甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势，内电阻不计，G为灵敏电流表，其内阻保持不变；R为金属热电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示。闭合开关S，当R的温度等于20℃时，电流表示数；当电流表的示数时，金属热电阻的温度是（　　）

A．40℃ B．60℃ C．80℃ D．100℃

11．酒精测试仪用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车的现场检测，它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器。酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化，在如图所示的电路中，不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表的示数就与酒精气体浓度有了对应关系。如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r'的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么，关于电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系，正确的是（　　）

A．U越大，表示c越大，U与c成正比

B．U越大，表示c越大，但是U与c不成正比

C．U越大，表示c越小，U与c成反比

D．U越大，表示c越小，但是U与c不成正比

12．人体含水量约为70%，水中有钠离子、钾离子等离子存在，因此容易导电，脂肪则不容易导电。当人两手握住脂肪测量仪的两把手时，就可知道人体脂肪所占的比例，下列说法中不正确的是（　　）

A．脂肪测量仪的工作原理是通过人体电阻不同来判断人体脂肪所占的比例

B．脂肪测量仪的工作原理是通过人体体重不同来判断人体脂肪所占的比例

C．激烈运动之后，脂肪测量仪显示人体脂肪所占比例的测量数据会不准确

D．人在沐浴之后，脂肪测量仪显示人体脂肪所占比例的测量数据会不准确

13．2007年诺贝尔物理学奖授予了两位发现“巨磁电阻”效应的物理学家．某探究小组查到某磁敏电阻在室温下的电阻随磁感应强度变化的曲线如图甲所示，其中R、R0分别表示有、无磁场时磁敏电阻的阻值．为检验其磁敏特性设计了图乙所示电路．关于这个实验，下列说法中正确的是

A．闭合开关S，图乙中只增加磁感应强度的大小时，伏特表的示数增大

B．闭合开关S，图乙中只增加磁感应强度的大小时，安培表的示数增大

C．闭合开关S，图乙中只将磁场方向改为与原来方向相反时，伏特表的示数减小

D．闭合开关S，图乙中只将磁场方向改为与原来方向相反时，安培表的示数减小

14．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。是光敏电阻，是保护定值电阻，日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，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

15．如图甲所示为一种电容式位移传感器的原理图，当被测物体在左右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动．已知电容器的电容与电介质板进入电容器的长度x之间的关系如图乙所示，其中C0为电介质没有插入电容器时的电容．为判断被测物体是否发生微小移动，将该电容式位移传感器与电源、电流表、开关组成串联回路(图中未画出)．被测物体的初始位置如图甲所示．电路闭合一段时间后，下列说法正确的是(　　)

A．若电源为直流电源且直流电流表示数不为零，说明物体一定在发生移动

B．若电源为直流电源且直流电流表示数变大，说明物体一定在向右发生移动

C．若电源为交流电源且交流电流表示数不为零，说明物体一定在发生移动

D．若电源为交流电源且交流电流表示数变大，说明物体一定在向右发生移动

二、填空题（共4题）

16．半导体材料受到光照或者温度升高时，会有更多的________获得能量成为________，同时也形成更多的________，于是________明显地增强。

17．实验题

（1）用DIS实验测量小车的加速度时，将位移传感器的____________部分固定在小车上，____________部分固定在轨道上端，并将它与____________相连。

（2）如果根据公式vt2=2gh来设计实验研究自由落体运动是不是匀变速直线运动，那么需要的测量仪器有____________传感器和____________（非传感器）。

18．传感器是机器人的感觉器官，它能采集和检测外界多种信息。并把它转换成__________。传感器种类很多，在已学过的“DIS实验”中的传感器有__________、__________、__________等。

19．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；静止时，两弹簧为自然长度；R为滑动变阻器，4是滑动片，它与电阻器任一端间的电阻值都与它到这端的距离成正比。这个装置实际上是一个加速度传感器。工作时将框架固定在被测物体上，使弹簧及电阻R均与物体的运动方向平行，当被测物体加速运动时，滑块将在弹簧的作用下，以同样的加速度运动。通过电路中仪表的读数，可以得知加速度的大小。已知两个电池E的电动势相同，均为9V，内阻可以不计；滑块的质量为0.6kg，两弹簧的劲度系数均为2×102N/m，电阻器的全长9.0cm，被测物体可能达到的最大速度为20m/s2（弹簧在弹性形变内），电压表为指针式直流电压表（可视为理想电压表），零刻度在表盘中央（即可显示正负电压），当P端的电势高于Q端时，指针向零点右侧偏转，当被测物体的加速度为零时，电压表的示数为零；当被测物体的加速度达到最大时，电压表的示数为满偏量程。

（1）当加速度为零时，应将滑动片调到距电阻器左端___________cm处；

（2）当物体具有图示方向的加速度a时，电压表的指针将向零点___________（填“左”、“右”）侧偏转；

（3）所给电压表量程为___________V；当电压表示数为1.5V时，物块加速度为___________ m/s2

（4）若将电压表的表盘换成直接表示加速度大小及方向的刻度盘，则表盘的刻度___________（填“均匀”、“非均匀”）分布。

三、综合题（共4题）

20．霍尔元件是一种能将磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量的传感器，其基本结构如图所示，M为半导体薄片（砷化镓），B为外加与薄片垂直的磁场，a、b、c、d为霍尔电极。若在ab方向通以恒定电流I，请简要分析霍尔电势的形成过程及方向。

21．随着科技的进步，手机不再是一种简单的通信工具，而是具有综合功能的便携式电子设备。手机的许多功能是通过传感器来实现的。请查阅资料选择手机中使用的一种传感器，分析其工作原理及用途。

22．某些非电磁量的测量是可以通过一些相应的装置转化为电磁量来测量的。一平行板电容器的两个极板竖直放置在光滑的水平平台上，极板的面积为S，极板间的距离为d，电容器的电容公式为（E是常数但未知）。极板1固定不动，与周围绝缘，极板2接地，且可在水平平台上滑动，并始终与极板1保持平行。极板2的侧边与劲度系数为k，自然长度为L的两个完全相同的弹簧相连。两弹簧的另一端固定，弹簧L与电容器垂直，如图甲所示。如图乙所示是这一装置的应用示意图，先将电容器充电至电压U后，即与电源断开，再在极板2的右侧的整个表面上施以均匀向左的待测压强p，使两极板之间的距离发生微小的变化。测得此时电容器的电压改变量为ΔU。设作用在电容器极板2上的静电力不致于引起弹簧可测量到的形变，试求待测压强p。

23．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。

参考答案：

1．D

2．D

3．A

4．A

5．B

6．A

7．D

8．C

9．B

10．C

11．B

12．B

13．A

14．C

15．A

16．     电子     自由电子     空穴     导电性

17．     发射器     接收器     数据采集器     速度     刻度尺

18．     电信号     力传感器     电流传感器     电压传感器

19．     4.5     左     6     5     均匀

20．

根据左手定则知，自由电子向d电极偏转，所以d电极这一侧聚集负电荷，另一端聚集正电荷，所以d点的电势低于c点的电势，cd两点间形成电势差，方向在半导体外部由c指向d。

21．

重力传感器体现在手机横竖屏智能切换、拍照照片朝向、重力感应类游戏(如滚钢珠)。原理：利用压电效应实现，传感器内部一块重物和压电片整合在一起，通过正交两个方向产生的电压大小，来计算出水平方向。

22．

23．

（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