人教版 (2019)选择性必修 第二册第五章 传感器2 常见传感器的工作原理及应用课后作业题

5.2常见传感器的工作原理专题复习2021—2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第二册

一、选择题（共15题）

1．随着生活质量的提高，自动干手机已经进入家庭．洗手后，将湿手靠近自动干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近自动干手机能使传感器工作，是因为（ ）

A．改变了湿度 B．改变了温度

C．改变了磁场 D．改变了电容

2．传感器的应用改变了我们的生活，没有传感器，就不可能有现代化的自动控制技术，下列有关传感器的判断正确的是（        ）

A．传感器是将电学量（如电压、电流等）转化成非电学量（如压力温度、位移等）的装置

B．热敏电阻的电压随温度变化而变化

C．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的

D．光敏电阻在有光照射时，电阻会变小

3．传感器在日常生活中有着广泛的应用，它的种类多种多样，其性能也各不相同.下列物品中用到了传感器的是（   ）

A．示波器

B．真空冶炼炉

C．回旋加速器

D．火灾报警器

4．光电门能够记录遮光条的挡光时间，应用的传感器是（　　）

A．光传感器 B．温度传感器

C．声音传感器 D．压力传感器

5．如图所示，Rt为半导体热敏电阻，其他电阻都是普通的电阻，当灯泡L的亮度变暗时，说明（　　）

A．环境温度变高

B．环境温度变低

C．环境温度不变

D．都有可能

6．如图所示，RT为负温度系数的热敏电阻，R为定值电阻，若往RT上擦些酒精，在环境温度不变的情况下，关于电压表示数的变化情况，下列说法中正确的是(　　)

A．变大

B．变小

C．先变大后变小再不变

D．先变小后变大再不变

7．如图是电熨斗的结构图，下列说法错误的是（　　）

A．需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移

B．常温下，上下触点接触；温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离

C．双金属片的膨胀系数上层金属小于下层金属

D．双金属片温度传感器的作用是控制电路的通断

8．某电容式话筒的原理示意图如图所示，E为电源，R为电阻，薄片P和Q为两金属基板，对着话筒说话时，P振动而Q可视为不动，在P、Q间距增大过程中，

A．P、Q构成的电容器的电容增大

B．P上电荷量保持不变

C．M点的电势比N点的低

D．M点的电势比N点的高

9．在新冠肺炎疫情防控期间，测量体温成为重要的防疫措施之一。医学上常用的水银体温计可以在家庭中使用，红外测温枪在居民区、办公楼、商场等公共场所广泛应用。某同学查阅资料，获得以下信息：自然界中任何高于绝对零度的物体都在随时随地的向外辐射能量。单位时间内，物体表面单位面积上所发射的总辐射能叫辐射功率，辐射功率与该物体的温度有确定的关系，非接触式温度测量即是测量辐射功率的大小，并由此得到一个与该物体温度成一定关系的信号。红外测温枪是能够测量物体辐射功率大小并转化为物体温度的仪器。根据以上信息和学过的知识，他做出如下判断。其中正确的是（　　）

A．水银体温计可以用来测量沸水的温度

B．水银体温计离开人体后，水银迅速流回水银泡

C．红外测温枪向人体发射红外线，从而测量人体温度

D．红外测温枪测量人体温度时，离人体越远，显示温度越低

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．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轻小的金属线圈，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，金属线圈中不会产生感应电动势

12．常用的温差发电装置的主要结构是半导体热电偶．如图所示，热电偶由N型半导体和P型半导体串联而成，N型半导体的载流子（形成电流的自由电荷）是电子，P型半导体的载流子是空穴，空穴带正电且电荷量等于元电荷e．若两种半导体相连一端和高温热源接触，而另一端A、B与低温热源接触，两种半导体中的载流子都会从高温端向低温端扩散，最终在A、B两端形成稳定的电势差，且电势差的大小与高温热源、低温热源间的温度差有确定的函数关系．下列说法正确的是（        ）

A．B端是温差发电装置的正极

B．热电偶内部非静电力方向和载流子扩散方向相反

C．温差发电装置供电时不需要消耗能量

D．可以利用热电偶设计一种测量高温热源温度的传感器

13．有一种测量体重的电子秤，其电路原理图如图中的虚线所示，主要由三部分构成：踏板、压力传感器R（实际上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（实质上是电流表），不计踏板的质量，已知电流表的量程为2A，内阻RG为1Ω；电源电动势为12V，内阻r为1Ω，压力传感器的电阻R随压力F变化的函数式为R=30–0.01F（F和R的单位分别是N和Ω）。下列说法正确是（　　）

A．压力越大电阻越大

B．该秤能测量的最大体重是2500N

C．该秤零刻度线（即踏板空载时刻度线）应标在电流表G刻度盘0A处

D．该秤可以通过电路规律转换成F=3200-关系进行刻度转换

14．某学习小组的同学在用“多用电表研究热敏电阻特性”的实验中，安装好如图所示的装置.向杯内加入冷水，此时温度计的示数为20℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值.然后向杯内加入热水，当温度计的示数为60℃时，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是（）

A．多用电表应选用电流挡，温度升高时换用大量程测量

B．多用电表应选用电流挡，温度升高时换用小量程测量

C．多用电表应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡测量

D．多用电表应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡测量

15．图为苹果自动分拣装置，可以把质量大小不同的苹果，自动分拣开。该装置的托盘秤压在一个以O1为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在压力传感器R1上。当大苹果通过托盘秤时，R1所受的压力较大因而电阻较小，R2两端获得较大电压，该电压激励放大电路并保持一段时间，使电磁铁吸动分拣开关的衔铁，打开下面通道，让大苹果进入下面通道；当小苹果通过托盘秤时，R2两端的电压不足以激励放大电路，分拣开关在弹簧向上弹力作用下处于水平状态，小苹果进入上面通道。托盘停在图示位置时，设进入下面通道的大苹果最小质量为M0，若提高分拣标准，要求进入下面通道的大苹果的最小质量M大于M0，下面操作可行的是（　　）

A．其他条件不变的情况下，只将托盘秤压在杠杆上的位置向左移动一些

B．其他条件不变的情况下，只适当减小R2的阻值

C．其他条件不变的情况下，只改变放大电路中电磁铁部分导线绕行的方向

D．其他条件不变的情况下，只增大和传感器R1相连接电路中电源电动势

二、填空题（共4题）

16．如图所示为某同学自制的电子秤原理图：粗细均匀的电阻棒尺（每厘米长的电阻为1Ω）竖直放置、其总长度L=10cm， 电源电动势E=6V，内阻r=1Ω， 保护电阻R0=4Ω， 托盘连接在竖直放置、下端固定的轻弹簧上端，其质量mo=0.1kg，水平金属轻杆一端连接弹簧上端、一端通过滑片与电阻棒接触．当托盘内不放物体且静止时，弹簧的形变量x=1cm ，轻杆的滑片刚好与电阻棒上端接触．若电路各处接触良好、导线及轻杆电阻不计、弹簧的形变始终未超过限度、轻杆只能上下平移，g取10m/s2 ．

​

(1)弹簧的劲度系数k=_______N/m；       

(2)该电子秤能称出的最大物体质量m=_______kg；

(3)待测物体质量m与电压表示数U的关系为___________．

17．如图所示是饮水器的自动控制电路．左边是对水加热的容器，内有密封绝缘的电热丝发热器和接触开关S1．只要有水浸没S1，它就会导通；水面低于S1时，不会加热．饮水器的使用原理是同时满足水位高于S1及水温较低，饮水器对水加热．

（1）Rx是一个热敏电阻，低温时呈现高电阻，右边P是一个___________（选填“与”、“或”、“非”）逻辑门，接在0～5V电源之间，图中J是一个继电器，可以控制发热器工作与否．Ry是一个可变电阻，低温时Rx应_____________（选填“远大于”、“远小于”）Ry．

（2）为了提高加热起始温度，变阻器Ry应该调的_____________（选填“大一些”或“小一些”）．

18．光强传感器对接收到的光信号会产生衰减，且对于不同波长的光衰减程度不同，可以用j表示衰减程度，其定义为输出强度与输入强度之比，，右图表示j与波长l之间的关系。当用此传感器分别接收A、B两束光时，传感器的输出强度正好相同，已知A光的波长lA＝625nm，B光由lB1＝605nm和lB2＝665nm两种单色光组成，且这两种单色光的强度之比IB1:IB2＝2:3，由图可知jA＝__________；A光强度与B光强度之比IA:IB＝__________。

19．热敏电阻是温度传感器的核心元件，某热敏电阻说明书给出的阻值R随温度t变化的曲线如图甲所示，现在有一课外活动小组利用所学知识来测量该金属热敏电阻随温度变化（低于100°C）的阻值，现提供实验器材，如下：

A．直流电源，电动势E=3V，内阻不计。

B．电压表，量程3V，内阻约5KΩ

C．电流表，量程0.3A，内阻约10Ω

D．滑动变阻器R1，最大阻值5Ω

E．滑动变阻器R2，最大阻值2KΩ

F．被测热敏电阻Rt；

G．开关、导线若干

（1）本实验采用如图乙的电路连接方式，滑动变阻器应Rp选用________ （填“ R1”或“R2”）；

（2）结合所供实验器材，为较精确地测量金属热敏电阻，单刀双掷开关应置于______ （填“1”或“2”）位置。

（3）接通开关，改变滑动变阻器滑片P的位置，此时电压表示数为0. 8V，对应的电流表示数（如图丙所示）为___________A， 由此得此时热敏电阻的测量值为________Ω（结果保留两位有效数字） ，其对应的温度为___________°C。

三、综合题（共4题）

20．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化而变化的特性工作的。在图甲中，电源的电动势E＝9.0 V，内阻可忽略不计；G为灵敏电流表，内阻r保持不变；为保护电阻，R为热敏电阻，其电阻值随温度变化的关系如图乙所示。试写出热敏电阻的阻值随温度变化的关系式。闭合开关S，当R的温度等于40℃时，电流表示数，则当电流表的示数时，热敏电阻R的温度是多少摄氏度？

21．下图是电饭煲的电路图，是一个磁钢限温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点（）时，会自动断开，且不能自动闭合是一个双金属片自动控温开关，当温度低于时，会自动闭合；温度高于时，会自动断开。红灯是加热指示灯，黄灯是保温指示灯，分流电阻，加热电阻丝，两灯电阻不计。

(1)分析电饭煲的工作原理；

(2)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比；

(3)如果不闭合开关，能将饭煮熟吗？

22．如图所示，图甲为某热敏电阻的R­t图像，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单的恒温箱温控电路，继电器线圈的电阻为150 Ω.当线圈中的电流大于或等于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＝6 V，内阻不计．图中的“电源”是恒温箱加热器的电源．

甲　　　　　　　　　　　　乙

(1)应该把恒温箱内的加热器接在A、B两端还是C、D两端？

(2)如果要使恒温箱内的温度保持100 ℃，滑动变阻器R′的阻值应调节为多少？

23．如图甲表示某金属丝的电阻随摄氏温度变化的情况。把这段金属丝与电池、电流表串联起来（图乙），用这段金属丝做测温探头，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电阻温度计。请判断：如果电池的电动势和内阻都是不变的，电流表上代表、的两点，哪个应该标在电流比较大的刻度上？

参考答案：

1．D

2．D

3．D

4．A

5．B

6．D

7．C

8．D

9．D

10．A

11．B

12．D

13．D

14．D

15．B

16．     100；     1；    

17．（1） “与”；远大于

（2）小一些

18．     0.35     27.5：35

19．     R1     2     0.200     4.0     40

20．       

21．

(1)电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯被短路不亮，红灯亮，电饭煲处于加热状态．加热到80℃时，S2自动断开，S1仍闭合．水烧干后，温度升高至103℃时，开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态．由于散热，待温度降至70℃时，S2自动闭合，电饭煲重新加热；温度达到80℃时，S2又自动断开，再次处于保温状态．

(2)加热时，电饭煲消耗的电功率

P1＝

保温时，电饭煲消耗的电功率

两式中

从而有

＝

(3)如果不闭合开关S1，开始S2总是闭合的，R1被短路，功率为P1，当温度上升到80℃时，S2自动断开，功率降为P2，温度降低到70℃，S2自动闭合……温度只能在70℃～80℃之间变化，不能把水烧开，故不能煮熟饭。

22．(1)应接在A、B两端　(2)100 Ω

23．标在电流较大的刻度上