备战2025年高考物理考点一遍过学案考点55 传感器

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一、传感器
1．定义：传感器是能把力、温度、光、声、化学成分等物理量，按照一定的规律转换为便于传送和处理的另一个物理量（通常是电压、电流等电学量），或转换为电路的通断的元件。
2．工作原理：非电学量→敏感元件→转换器件→转换电路→电学量
二、常见传感器元件
（2018·江苏省如东高级中学高二上学期阶段测试）某温控电路的原理如图所示，是半导体热敏电阻，R是滑动变阻器，某种仪器要求在的环境中工作，当环境温度偏高或偏低时，控制器会自动启动降温或升温设备，下列说法中正确的是
A．环境温度降低，的阻值减小
B．环境温度升高，变大
C．滑片P向下移动时，变大
D．调节滑片P的位置能改变降温和升温设备启动时的临界温度
【参考答案】D
【详细解析】A、RM是半导体热敏电阻，环境温度降低时，RM的阻值增大，故A错误；B、环境温度升高时，RM的阻值减小，根据串联电路中电压与电阻成正比，可以知道Uab变小，故B错误；C、滑片P向下移动时，R增大，总电流减小，则Uab变小，故C错误；D、调节滑片P时，可改变Uab，从而改变升温和降温设备启动时的临界温度，所以D选项是正确的。综上所述本题答案是D。
【名师点睛】电阻类传感器主要分为金属热电阻和半导体材料电阻两类，前者的电阻率随温度升高而增大，后者的电阻率随温度升高或光照增强而减小。含电阻类传感器的电路问题本质上一般是动态电路问题，解题时要注意外部环境条件和传感器元件电阻的变化趋势。
1．如图所示，Rt为金属热电阻，R1为光敏电阻，R2、R3均为定值电阻，电源电动势为E、内阻为r，V为理想电压表。现发现电压表示数增大，可能的原因是
A．金属热电阻温度升高，其他条件不变
B．光照增强，其他条件不变
C．金属热电阻温度升高，光照增强，其他条件不变
D．金属热电阻温度降低，光照减弱，其他条件不变
【答案】D
【解析】金属热电阻温度升高，电阻增大，总电流减小，路端电压增大，通过光敏电阻的电流增大，通过R3的电流减小，R3两端的电压减小，A错误。光照增强，R1电阻减小，总电阻减小，路端电压减小，通过R3的电流减小，电压表示数减小，B错误。金属热电阻温度升高，电阻增大，光照增强，R1电阻减小；如果总电阻减小，则路端电压减小，通过R3的电流减小，电压表示数减小；如果总电阻增大，则总电流减小，路端电压增大，通过R1的电流增大，通过R3的电流减小，电压表示数减小，C错误。金属热电阻温度降低，电阻减小，光照减弱，R1电阻增大；如果总电阻减小，则总电流增大，路端电压减小，通过R1的电流减小，通过R3的电流增大，电压表示数增大；如果总电阻增大，则路端电压增大，通过R3的电流增大，电压表示数增大，D正确。
2．（2018·福建省三明市高二下学期期末考试）如图所示，图甲为热敏电阻的R–t图象，图乙为用此热敏电阻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100 Ω。当线圈的电流大于或等于20 mA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=9.0 V，内阻不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。
（1）应该把恒温箱内的加热器接在___________（填“A、B端”或“C、D端”）；
（2）若恒温箱系统要保持温度为50 ℃，则需把滑动变阻器调节到__________Ω；为了实现调节滑动变阻器到此阻值进行了下列步骤：
①电路接通前，滑动变阻器调节最大，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值应为_______Ω；
②将单刀双掷开关向______________（填“c”或“d”）端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至继电器的衔铁被吸合。
③保持滑动变阻器的位置不变，将单刀双掷向另一端闭合，恒温箱系统即可正常使用。
【答案】（1）A、B端 （2）260 90 c
【解析】（1）由图知，热敏电阻R的阻值随温度的升高而减小，由闭合电路欧姆定律得，干路电流增大，当大到继电器的衔铁被吸合时的电流，恒温箱内的加热器，停止加热，故恒温箱内的加热器接在A、B端；
（2）当恒温箱内的温度保持50 ℃，应调节可变电阻R′的阻值使电流达到20 mA，由闭合电路欧姆定律得，即，即可变电阻R′的阻值应调节为260 Ω；①电路接通前，滑动变阻器调节最大，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，电阻箱的阻值应等于热敏电阻的电阻，应为90 Ω，②将单刀双掷开关向c端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至继电器的衔铁被吸合。
霍尔式位移传感器的测量原理如图所示，有一个沿z轴方向的磁场，磁感应强度B=B0+kz（B0、k均为大于零的常数）。将传感器固定在物体上，保持通过霍尔元件的电流I不变（方向向右）。当物体沿z轴方向运动时，由于位置不同，霍尔元件在y轴方向的上、下表面产生的电势差U也不同。则
A．若该霍尔元件是电子导电，则上板电势比下板电势高
B．传感器灵敏度 SKIPIF 1 < 0 与通过的电流有关
C．传感器灵敏度 SKIPIF 1 < 0 与上、下表面的距离有关
D．当物体沿z轴正方向移动时，上、下表面的电势差U变小
【参考答案】AB
【详细解析】由左手定则，霍尔元件中的电子受洛伦兹力向下运动，下板电势低、上板电势高，A正确；霍尔元件内部形成电场，最终电子在电场力和洛伦兹力作用下平衡，设霍尔元件沿x、y、z轴的长宽分别为a、b、c，有，电流I=nevbc，可得，沿z轴正方向移动时，上、下表面的电势差U变大，D错误；将对z求导有，与通过的电流I有关，与上、下表面的距离b无关，B正确，C错误。
【知识拓展】由霍尔电压，结合本题中，可知霍尔系数，其中n为载流子单位体积的数密度，q为载流子的电荷量，即霍尔系数由材料本身决定。
1．霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电势差的效应，人们利用霍尔效应制成测量磁场的磁传感器。这类磁传感器测出的是磁感应强度沿轴线方向的分量。如图甲所示，某同学将磁传感器调零后探究条形磁铁附近的磁场，计算机显示磁感应强度为正，他接下来用探头同样的取向研究长直螺线管（电流方向如图乙所示）轴向的磁场，以螺线管轴线的中心点为坐标原点，沿轴线向右为x轴正方向，建立坐标系。下列图象中可能正确的是
【答案】A
【解析】由电流方向可知，螺线管的左端为N极，右端为S极，螺线管轴线上磁场向左，因为探头取向不变，故磁感应强度为正，BD错误；螺线管内部轴线上磁感应强度大小恒定，螺线管外部轴线上磁感应强度向两侧递减，A正确，C错误。
2．（2018·甘肃张掖市高三第三次诊断考试物理试题）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“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。永久磁铁的左右两侧分别为N、S极，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霍尔电压，己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，应该使永久磁铁的上下端分別为N、S极
B．按图甲顺时针转动电动车的右把手（手柄转套），车速将变快
C．图乙中从霍尔器件的前后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
【答案】B
【解析】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，磁场与电子的移动方向平行，则电子不受洛伦兹力作用，那么霍尔器件不能输出控制车速的电势差，故A错误；当按图甲顺时针转动把手，导致霍尔器件周围的磁场增加，那么霍尔器件输出控制车速的电势差增大，因此车速变快，故B正确；根据题意，结合图乙的示意图，那么永久磁铁的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电势差，不一定在霍尔器件的前后面，也可能在左右侧面，故C错误；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电势差正负号相反，但由图丙可知，不会影响车速控制，故D错误；故选B。
（2018·四川省绵阳市高二下学期期末考试物理试题）（1）传感器担负着信息采集的任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感知到的非电信息（如温度、光，声等）转换成对应的电信息。下列元件可用作感温的敏感元件有_______。
A．干簧管 B．热电阻 C．热敏电阻 D．光敏电阻
（2）唱卡拉OK用的话筒内有传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个很小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号，下列说法正确的是________。
A．该传感器是根据电流的磁效应工作的
B．该传感器是根据电磁感应原理工作的
C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D．膜片振动时，金属线圈会产生感应电动势
【参考答案】（1）BC （2）BD
【详细解析】（1）A．干簧管是磁敏感元件，可将磁信号转换为电信号，故A错误；B．热电阻是中低温区最常用的温度检测器，可将热信号转换为电信号，故B正确；C．热敏电阻是热敏感元件，可将热信号转换为电信号，故C正确；D．光敏电阻是光敏感元件，可将光信号转换为电信号，故D错误。故选BC；
（2）AB．当声波使膜片前后振动时，线圈切割磁感线产生感应电流，将声音信号变化为电信号，是根据电磁感应原理工作的。故A错误，B正确；C．膜片随着声波而周期性振动，穿过金属线圈的磁通量是周期性变化的。故C错误；D．膜片振动时，金属线圈切割磁感线，会产生感应电动势。故D正确。故选BD。
1．（2011·江苏卷）美国科学家WillardS．Byle与GergeE．Snith因电荷耦合器件（CCD）的重要发明获得2009年度诺贝尔物理学奖。CCD是将光学量转变成电学量的传感器。下列器件可作为传感器的有
A．发光二极管 B．热敏电阻
C．霍尔元件 D．干电池
【答案】BC
【解析】干簧管、霍尔元件以及热敏电阻都可以做传感器，但是干电池不能做传感器，故选B。
2．如图是自动调温式电熨斗，下列说法正确的是
A．常温时上下触点是接触的
B．双金属片温度升高时，上金属片形变较大，双金属片将向下弯曲
C．原来温度控制在80 ℃断开电源，现要求60 ℃断开电源，应使调温旋钮下调一些
D．由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些
【答案】ABD
【解析】常温工作时，上下触点是接通的，当温度升高时，上层金属片形变大，双金属片向下弯曲，电路断开，AB正确；原来温度上升到80 ℃时断开电源，现在要求60 ℃时断开电源，则断开电源时，双金属片向下弯曲的程度小，弹性铜片触电的位置较高，即应使调温旋钮上调一些，C错误；由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态时，温度要升高，则应使调温旋钮下移一些，在双金属片向下弯曲程度更大时使电路断开，D正确。
3．如图是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103 ℃，下列说法中正确的是
A．常温下感温磁体具有较强的磁性，能自动吸起永磁体，通电加热
B．当温度超过103 ℃时，感温磁体的磁性消失，弹簧推动杠杆断开触点
C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103 ℃，这时开关按钮不会跳起
D．常压下只要锅内有水，锅内的温度不可能达到103 ℃，开关按钮就不会自动跳起
【答案】BD
【解析】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，电路接通，电饭锅加热，因此永磁体不是自动被吸引的，A错误；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，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下，切断电源，开关按钮跳起，B正确，C错误；如果在1标准大气压下用电饭锅烧水，水在沸腾后温度为100 ℃，不会自动断电，D正确。
1．（2018·广西省融水中学高二上学期段考物理试题）电热水器在使用过程中能按设置温度自动跳闸断电，是因为电热水器中安装了
A．光传感器 B．温度传感器
C．红外传感器 D．湿度传感器
2．（2018·山东省烟台市高二下学期期中考试）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竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知升降机静止时电流表的示数。下列判断正确的是
甲 乙
A．从0到时间内，升降机一定静止
B．从到时间内，升降机可能做匀加速直线运动
C．从到时间内，升降机运动时的加速度在变化
D．从到时间内，升降机可能向下匀加速运动
3．热敏电阻是传感电路中常用的电子元件，其电阻Rt随温度t变化的图线如图甲所示。如图乙所示电路中，热敏电阻Rt与其他电阻构成闭合电路，水平放置的平行金属板中带电质点P处于静止状态，不考虑电流表和电压表对电路的影响，当Rt所在处温度升高时，则
A．电压表读数减小 B．电流表读数减小
C．质点P将向上运动 D．R3上消耗的功率增大
4．科学家研究发现，磁敏电阻（GMR）的阻值随所处空间磁场的增强而增大，随所处空间磁场的减弱而变小，如图所示电路中GMR为一个磁敏电阻，R和R2为滑动变阻器，R1和R3为定值电阻，当开关S1和S2闭合时，电容器中一带电微粒恰好处于静止状态．则
A．只调节R2，当P2向下移动时，电阻R1消耗的电功率不变
B．只调节R2，当P2向下移动时，带电微粒向下运动
C．只调节R，当P1向右移动时，电阻R1消耗的电功率变小
D．只调节R，当P1向右移动时，带电微粒向下运动
5．（2018·河南八市高二下学期第一次测评物理试题）下列有关金属探测器工作原理叙述正确的是
A．金属探测器是利用电流的热效应原理工作的
B．当金属探测器在探测到金属时，会在探测器内部产生涡流，致使蜂鸣器发出蜂鸣声
C．金属探测器自身不产生迅速变化的磁场时，仍可以探测到金属物质而正常工作
D．金属探测器在正常工作时，自身会产生迅速变化的磁场，从而使探测器附近的金属内部产生涡流，影响原来的磁场，引发报警
6．为锻炼身体，小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计，如图所示。轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起（弹簧电阻不计，P与R1间的摩擦不计），弹簧劲度系数为100 N/cm。定值电阻R0=5 Ω，ab是一根长为5 cm的均匀电阻丝，阻值R1=25 Ω，电源输出电压恒为U=3 V，内阻不计，理想电流表的量程为0~0.6 A。当拉环不受力时，滑片P处于a端。下列关于这个电路的说法正确的是
A．小明在电路中连入R0的目的是保护电路
B．当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0.1 A
C．当拉力为400 N时，电流表指针指在0.3 A处
D．当拉力为400 N时，电流表指针指在0.5 A处
7．（2018·江西省景德镇市第一中学高二上学期期中考试）施密特触发器是具有特殊功能的非门，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平，而当输入端A的电压下降到另一个值时，Y会从低电平跳到高电平。如图是温度报警器电路示意图，RT是半导体热敏电阻，温度升高时电阻减少，下列分析正确的是
A．升高温度时，A端电势降低；升高到某一温度时，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声
B．升高温度时，A端电势升高；升高到某一温度时，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声
C．增大R1时，A端电势降低；增大到某一值时，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声
D．增大R1时，A端电势升高；增大到某一值时，Y端电势降低，蜂鸣器不会发出报警声
8．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球，重球直径略小于压敏电阻和挡板间距，小车向右做直线运动的过程中，电流表示数如图乙所示，下列判断正确的是
A．0~t1时间内，小车一定做匀速直线运动
B．t1~t2时间内，小车做匀加速直线运动
C．t2~t3时间内，小车做匀加速直线运动
D．t2~t3时间内，小车做匀速直线运动
9．如图为用电源、电磁继电器、滑动变阻器、绿灯泡、小电铃、半导体热敏电阻、开关、导线等组成的一个高温报警器电路图，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警，则图中的甲、乙、丙分别是
A．小电铃、半导体热敏电阻、绿灯泡
B．半导体热敏电阻、小电铃、绿灯泡
C．绿灯泡、小电铃、半导体热敏电阻
D．半导体热敏电阻、绿灯泡、小电铃
10．（2018·湖南、江西等十四校高三第二次联考物理试）如图所示为一种常见的身高体重测量仪，测量仪顶部向下发射超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪可记录发射和接收的时间间隔。测量仪底部有一压力传感器，其输出电压与作用在它上的压力F成正比，表达式为（k为比例系数）。某同学已知自己的身高h、质量m和重力加速度g，他想利用该装置测量超声波速度v和比例系数k，他多次研究发现，当他站上测重台时测量仪记录的时间间隔比他没站上时减少了；当他没站上测重台时，测量仪已有输出电压，当他站上测重台时测量仪输出电压为U，那么超声波v与比例系数k为
[来源
A． B．
C． D．
11．高温超导限流器被公认为目前最好的，且惟一行之有效的短路故障电流限制装置。中国科学院电工研究所完成了一种具有自主知识产权的高温超导限流器样机的研制工作，并于2005年初在湖南进行并网挂机实验。超导限流器由超导部件和限流电阻并联组成，如图所示。超导部件有一个超导临界电流IC，当通过限流器的电流I>IC时，将造成超导体失超，从超导态（电阻为零）转变为正常态（纯电阻），来限制电力系统故障电流。已知超导部件的正常态电阻为R1=3 Ω，超导临界电流IC=1.2 A，限流电阻R2=6 Ω，小灯泡L标有“6 V 6 W”，电源电动势E=8 V，内阻r=2 Ω，原来电路正常工作，现L突然短路，则
A．短路前通过R1的电流为A
B．超导部件将由超导态转为正常态
C．短路后通过R1的电流为A
D．短路后通过R1的电流为2 A
12．氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测，它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化。在如图甲所示的电路中，不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻，这样，电压表的指针位置就与一氧化碳浓度有了对应关系，观察电压表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标。有一种氧化锡传感器，其技术资料中给出的是电导（即电阻的倒数）和CO浓度的关系曲线，如图乙所示。在下列表示一氧化碳浓度c与电压表示数U0之间关系的图象中正确的是
13．工业生产中需要物料配比的地方常用“吊斗式”电子秤，图甲所示的是“吊斗式”电子秤的结构图，其中实现称质量的关键元件是拉力传感器。拉力传感器的内部电路如图所示，R1、R2、R3是定值电阻，R1=20 kΩ，R2=10 kΩ，R0是对拉力敏感的应变片电阻，其电阻值随拉力变化的图象如图乙所示，已知料斗重1×103 N，没装料时Uba=0，重力加速度g取10 m/s2。下列说法中正确的是
A．R3阻值为40 kΩ
B．装料时，R0的阻值逐渐变大，Uba逐渐变小
C．拉力越大应变片电阻阻值越大，Uba传感器的示数也越大
D．应变片作用是把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量
14．（2016·上海卷）若电压传感器的红、黑探针分别接触图中d、f两点（f、d连线与A、B连线垂直）时，示数小于零。为使示数为零，应保持红色探针与d点接触，而将黑色探针_________（选填“向左”或“向右”）移动。
15．（2018·黑龙江省哈尔滨市第三中学高三第二次模拟考试理科综合）（1）某同学用如图甲所示的电路测量一个电容器的电容，图中R为20 kΩ的电阻，电源电动势为6.0 V，内阻可不计。
①实验时先将开关S接1，经过一段时间后，当电流表示数为___________μA时表示电容器极板间电压最大。
②将开关S接2，将传感器连接在计算机上，经处理后画出电容器放电的i–t图象，如图乙所示。由图象可知，图象与两坐标轴所围的面积表示电容器放出的电荷量。试根据i–t图象，求该电容器所放出的电荷量q=_______C；该电容器的电容c=_______μF。（计算结果保留两位有效数字）。[来源
（2）如图甲是某金属材料制成的电阻阻值R随摄氏温度t变化的图象，图中R0表示0 ℃时的电阻，k表示图线的斜率。若用该电阻与电池（电动势E、内阻r）、电流表A（内阻Rg）、滑动变阻器R1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”。使用“金属电阻温度计”前，先要把电流表（“0”刻线在刻度盘左侧）的刻度值改为相应的温度刻度值，若温度t13 V，故电源选E2；当温度为80 ℃时，热敏电阻阻值为49.1 Ω，此时滑动变阻器接入电路的阻值约为，故滑动变阻器选R2。
（2）用多用电表表测量电压，选择开关旋至直流电压挡C处。
（3）若只有b、c间断路，表笔接入a、b时，回路断路，电表指针不偏转，接入a、c时有电流通过电表，指针偏转。
（4）50 ℃时，热敏电阻阻值为108.1 Ω，所以应将电阻箱阻值调至108.1 Ω，调节滑动变阻器，使衔铁吸合，再将电阻箱换成热敏电阻，故顺序为⑤④②③①。名称
输入物理量
输出物理量
变化规律
干簧管
磁场
电路通断[ZXXK]
有磁场电路接通，无磁场电路断开
金属热电阻
温度
电阻
温度越高，电阻率越大
热敏电阻
温度
电阻
温度越高，电阻率越小
光敏电阻
光强
电阻
光照越强，电阻率越小
电容式位移传感器
位移
电容
，改变εr、S、d
霍尔元件
磁感应强度
电压
应变片
形变
电压
拉伸电阻变大，压缩电阻变小
双金属片
温度
电路通断
热膨胀系数不同，升高相同温度，膨胀程度不同
感温铁氧体
温度
电路通断
常温具有铁磁性，温度高于居里温度失去铁磁性