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高中物理沪科技版（2020）选修第二册本章复习与测试巩固练习
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这是一份高中物理沪科技版（2020）选修第二册本章复习与测试巩固练习，文件包含第九章传感器综合复习与测试原卷版docx、第九章传感器综合复习与测试解析版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共25页， 欢迎下载使用。
知识体系·思维导图
考点整合·素养提升
主题 传感器在实际问题中的应用
1.传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用。
（1）“感”是指传感器的敏感元件感应信息，并应用转换元件将非电学量转化为电学量。
（2）“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取并转化的电学信息传给执行机构。
（3）“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作。
2.处理与传感器有关的电路设计问题时，可将整个电路分解为：
（1）传感器所在的信息采集与转化部分。
（2）传输部分（这部分电路往往与直流电路的动态分析有关）。
（3）执行电路。
3.几种传感器及与其相联系的物理知识的比较：
【典例】某实验小组利用伏安法进行“探究热敏电阻的温度特性”实验，部分实验器材如下：
A．电源E（电动势3 V，内阻不计）；
B．电流表A1（量程0～500 mA，内阻约为5 Ω）；
C．电流表A2（量程0～0.6 mA，内阻为100 Ω）；
D．开关、导线若干。
（1）因为需要一个量程为3 V的电压表，上述器材中可以用来改装成电压表的电流表为__________（选填选项前的字母），还需要一个阻值为__________Ω的定值电阻与所选电流表串联进行改装。
（2）改装好电压表后，采用如图甲所示电路，根据不同温度下电压表和电流表的读数比值，得到不同温度下热敏电阻R的阻值，描绘出如图乙中的Rt曲线，由于系统误差，图乙中由实验得到的数据描绘出的实际曲线与理论曲线相比有一定的差异，图乙中标记为Ⅰ的图线是__________（选填“实际曲线”或“理论曲线”）。
（3）兴趣小组利用该热敏电阻制作了一个检测油箱警戒液位的低油位报警装置，如图丙所示。给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热，当液面高于热敏电阻的高度，热敏电阻上产生的热量会被液体带走，温度基本不变，当液体减少、热敏电阻露出液面时，热敏电阻的温度将__________（选填“升高”或“降低”），阻值会__________（选填“增加”或“减小”），指示灯会亮，就知道液面低于设定值。若根据图乙中Ⅱ的图线数据来设定油箱警戒液位值，实际工作中指示灯亮的时间点将__________（选填“延迟”“不变”或“提前”）。
[解析] （1）要将电流表改装成电压表，需要选择内阻已知且为确定值的电流表。故选C。
根据IgRg＝ eq \f(Rg,Rg＋Rx) U，可得Rx＝4 900 Ω
（2）图甲所示测量电路采用电流表外接法，由于系统误差，同一温度下热敏电阻阻值的测量值偏小，故图乙中标记为Ⅱ的图线是由实验得到数据描绘出的实际曲线，标记为Ⅰ的图线是理论曲线。
（3）当液体减少、热敏电阻露出液面时，液体吸收热敏电阻的热减小，热敏电阻温度升高；根据图乙所知，热敏电阻的阻值随着温度的升高而降低；根据图乙中Ⅱ的图线数据来设定油箱警戒液位值，热敏电阻阻值比真实值小，警戒液位值将被设定的比理论值大，因此指示灯亮的时间点将延迟。
[答案] （1）C 4 900 （2）理论曲线 （3）升高 减小 延迟
【变式】如图甲所示为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定。电流表内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器的滑片，使小灯泡发光亮度逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图乙所示，试根据这一特性用图丙中给定的器材设计一个自动光控电路并写出控制过程。
[解析] 由光敏电阻的特性曲线可以看出，当入射光增强时，光敏电阻的阻值减小，流过光敏电阻的电流增大。根据题意设计的自动光控电路如图所示。控制过程：当有光照射时，流过光敏电阻的电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸引衔铁使两个触点断开，当无光照射时，流过光敏电阻的电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，控制电路接通，灯开始工作。
[答案] 见解析
综 合 测 试
单选题：
1．如图所示，额温枪因其具有快速、无接触测温的特点，广泛应用在各类新型冠状病毒防控场所．额温枪核心部件的传感器是（ ）
A．位移传感器B．声音传感器C．力传感器D．红外温度传感器
【答案】D
【解析】额温枪核心部件的传感器是红外温度传感器。
故选D。
2.如图是测量汽车质量的地磅示意图，汽车的质量可通过电流表的示数读出，下列说法正确的是（ ）
A．电流表的示数越大说明被测汽车质量越大
B．电流表的示数越大说明被测汽车质量越小
C．把图中的电流表换成电压表同样能测量汽车的质量
D．地磅的最大量程只由弹簧的劲度系数决定，与电路的有关参数无关
【答案】A
【解析】AB．汽车质量越大，弹簧受到的压力就越大，P点越向下，连入电路的电阻就越小，所以电流表的示数就越大，A正确，B错误；
C．如果换成电压表，因为电压表的内阻较大，所以滑动变阻器的阻值发生变化时，电压表的示数变化范围较小，故不能准确地测量，C错误；
D．因为通过滑动变阻器的阻值变化，将力信号转换成了电信号，故与电源电动势、电表量程等参数有关，D错误。
故选A。
3.某电饭锅的结构如图所示，其中温度传感器的主要元件是感温铁氧体，常温下感温铁氧体具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约103℃时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了。这个温度在物理学中称为该材料的“居里点”。关于该电饭锅的下列说法正确的是（ ）
A．开始煮饭时要压下开关按钮，手松开后这个按钮会马上恢复到图示状态
B．常压下煮饭时水沸腾后锅内还有一定水分的时间内，锅的温度会持续升高
C．饭煮熟后，水分被大米吸收，锅底的温度升高至“居里点”，开关按钮会自动弹起，使电饭锅停止加热
D．如果用电饭锅烧水，也能在水沸腾后立即自动断电
【答案】C
【解析】A．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，电路接通而电饭锅加热，故A错误；
B．常压下煮饭时水沸腾后锅内还有一定水分的时间内，水在沸腾后温度一直为100℃，锅的温度不会持续升高，除非水烧干，故B错误；
C．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，故C正确；
D．如果在1标准大气压下用电饭锅烧水，水沸腾后不会自动断电，当水烧干后，温度升高达到103℃时，感温铁氧体便失去了铁磁性会自动断电，故D错误。
故选C。
4.抗击新型冠状病毒期间，由于无法外出，某同学在家利用所学物理知识设计能显示拉力大小的电子健身器材，如图所示是原理图。轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起（弹簧的电阻不计，P与R1间的摩擦不计），弹簧劲度系数为100N/cm。定值电阻R0=5Ω，ab是一根长为5cm的均匀电阻丝，阻值R1=25Ω，电源输出电压恒为U=3V，理想电流表的量程为0～0.6A。当拉环不受力时，滑片P位于a端。下列关于这个电路的说法正确的是（ ）
A．当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0A
B．当拉力为400N时，电流表指针指在0.3A处
C．当拉力为400N时，电流表指针指在0.5A处
D．该健身器材能测量力的范围是0～400N
【答案】B
【解析】当拉环不受力时，滑片P在a端，由欧姆定律得I==0.1A故A错误；
BC．拉力为400N时，由F=kΔx，则Δx=4cm对应的电阻为RaP=20，R1接入电路的电阻RPb=5，由欧姆定律得I′==0.3A故B正确，C错误；
D．在P移动到b点时Δx′=5cm，由F=kΔx，拉力最大F=500N故D错误。
故选B。
5.在制作光控电路实验中，某同学按图所示电路将元件安装完毕后，发现将装置置入黑暗环境中接通电源时，灯泡不发光，原因不可能是（ ）
A．二极管两极接反B．R1与RG位置颠倒C．R1阻值太小D．灯泡被断路
【答案】C
【解析】A．由题可知若二极管接反，光线暗时，二极管上为负向电压，无法导通，灯泡不亮，选项A可能；
B．若R1与RG位置颠倒，则光线较暗时，Y端为高电平，二极管不导通，灯泡不发光，选项B可能；
C．若R1阻值太小，Y端一直为低电平，灯泡一直发光，选项C不可能；
D．灯泡断路时无法发光，选项D可能。
故选C。
6..如图所示的电路可将声音信号转化为电信号，该电路中，b是固定不动的金属板，a是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜，构成了一个电容器，且通过导线与恒定电源两极相接，若声源S做简谐运动，则（ ）
A．a振动过程中，板之间的电场强度不变
B．a振动过程中，板所带的电荷量不变
C．a振动过程中，电路中始终有方向不变的电流
D．a板向右位移最大时，电容器的电容最大
【答案】D
【解析】】A．a振动过程中，两板间距d发生变化，电源始终与电容器相连，两板间电压U不变，由可知E变化，A错误；
B．由可知，d变化，Q变化，选项B错误；
C．a振动方向不确定，d可增可减，故电流方向不确定，选项C错误；
D．当a板向右位移最大时，由可知，d最小，C最大，选项D正确。
故选D。
7.现代生活离不开智能手机，手机有很多功能需要传感器来实现。例如当人将手机靠近耳朵接听电话时，手机会自动关闭屏幕从而达到防误触的目的，实现这一功能可能用到的传感器为（ ）
A．光传感器和位移传感器
B．磁传感器和温度传感器
C．磁传感器和声传感器
D．压力传感器和加速度传感器
【答案】A
【解析】当人将手机靠近耳朵接听电话时，改变了位移，并且耳朵会挡住光线，所以可能用到的传感器为光传感器和位移传感器。
故选A。
8.传感器已广泛应用于日常生活。下列传感器能够将力学量转换为电学量的是（ ）
A．应变片 B． 干簧管
C． 热敏电阻 D． 霍尔元件
【答案】A
【解析】A．应变片是在外力的作用下产生机械形变，其电阻发生相应变化，从而将力学量转换为电学量。A正确；
B．干簧管是将磁学量转化为电学量，B错误；
C．热敏电阻是将温度转化为电学量，C错误；
D．霍尔元件是将磁学量转化为电学量，D错误。
故选A。
9.电子眼又称电子警察，它采用感应线来感应路面上汽车传来的压力。感应线实质是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，压力越大电压越大，压电薄膜与电容器C和电阻R组成图甲所示的回路。如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中产生两脉冲电流，如图乙所示。当十字路口红灯亮时，电子警察系统启动，若回路中产生两脉冲电流，电子眼拍照，认定为“闯红灯”。则当红灯亮时（ ）
A．车轮停在感应线上时，电阻R上的电流为零
B．车轮经过感应线的过程中，电容器C的电荷量一直增大
C．车轮经过感应线的过程中，电容器C两极板间的电场强度保持不变
D．汽车前轮越过感应线后，又倒回到线内，不会被电子眼拍照
【答案】A
【解析】A．车轮停在感应线上时，压力不变，则电压不变，电容器不充电，也不放电，电阻R上没有电流，故A正确；
B．由乙图可知，当车轮经过时电流先增大后减小，然后再反向增大最后减小，因电压是在受压时产生的，说明电容器先充电后放电，故B错误；
C．车轮经过感应线的过程中，压电薄膜受到的压力变化，其产生的电压变化，则电容器两端电压变化，产生的电场强度发生变化，故C错误；
D．若汽车前轮越过感应线，又倒回线内，则前轮两次压线，仍形成两个脉冲电流，符合拍照条件，电子眼仍可拍照，故D错误。
故选A。
多选题：
10.某学习小组研究学校宿舍楼的火警报警装置的电路如图所示，R1为热敏电阻，温度升高时，R1急剧减小，当电铃两端电压达到一定值时，报警电铃响起，则下列说法正确的是（ ）
A．若试验时发现当有火时装置不响，应把R2的滑片P向下移
B．若试验时发现当有火时装置不响，应把R2的滑片P向上移
C．增大电源电压，会使报警的临界温度降低
D．增大电源电压，会使报警的临界温度升高
【答案】BC
【解析】AB．若试验时发现有火情时装置不响，说明报警器的电压较小，要增大其电压，根据串联电路分压的特点可知，必须增大R2，应把R2的滑片P向上移。故A错误，B正确；
CD．增大电源的电动势，报警器的电压变大，相当于电动势不变，R1变小，所以会使报警的临界温度降低，故C正确，D错误。
故选：BC。
11.温度传感器是空调温度自动调节的重要元件，温度传感器中热敏电阻阻值随温度升高而减小。如图所示电路，热敏电阻和一个电阻串联后，加5 V电压，分压后的采样电压加到CPU输入端，通常采用25 ℃时的阻值为标称值，对应CPU的采样电压（输入电压）设计为电源电压的一半，温度变化，则CPU端输入电压U也随之变化。CPU根据电压的变化决定空调的工作状态，则（ ）
A．当环境温度升高时，CPU的输入电压增大
B．当环境温度降低时，CPU的输入电压增大
C．若取26 ℃时的阻值为标称值，R的阻值应该调整增大
D．若取26 ℃时的阻值为标称值，R的阻值应该调整减小
【答案】BD
【解析】A．环境温度升高时，热敏电阻阻值减小，根据串联分压的规律可知热敏电阻分压减小，则CPU的输入电压减小，故A错误；
B．环境温度降低时，热敏电阻阻值增大，同理可知热敏电阻分压增大，CPU的输入电压增大，故B正确；
CD．若取26 ℃时的阻值为标称值，则热敏电阻的标称值减小，为了满足CPU的采样电压（输入电压）设计为电源电压的一半，所以R的阻值也应该调整减小，故C错误，D正确。
故选：BD。
12压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，利用压敏电阻可以设计一个电路来判断升降机的运动情况，其工作原理如图所示。将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个绝缘物块。0~t1时间内升降机停在某楼层处，从t1时刻开始运动，电流表中电流随时间变化的情况如图所示，下列判断正确的是（ ）
A．t1~t2时间内，升降机可能先加速下降后减速下降
B．t2~t3时间内，升降机处于静止状态
C．t3~t4时间内，升降机处于超重状态
D．t3~t4时间内，升降机的加速度大小先增大后减小
【答案】CD
【解析】A．0~t1时间内升降机停在某楼层处，受力平衡，t1~t2时间内电路中电流比升降机静止时小，说明压敏电阻增大，压力减小，重物处于失重状态，则此过程升降机一直加速下降，故A错误；
B． t2~t3时间内电路中电流等于升降机静止时的电流，由于t1~t2时间内升降机在加速运动，所以t2~t3时间内处于匀速运动状态，故B错误；
C． t3~t4时间内电路中的电流大于升降机静止时的电流，说明压敏电阻减小，压力增大，重物处于超重状态，故C正确；
D．由图可知t3~t4时间内，电流先增大后减小，得压敏电阻是先减小后增大，可知压力是先增大后减小，可得加速度是先增大后减小，故D正确。
故选：CD。
13．如图所示，导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间，线圈中电流为I，线圈间产生匀强磁场，磁感应强度大小B与I成正比，方向垂直于霍尔元件的两侧面，此时通过霍尔元件的电流为IH，与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压UH满足，式中k为霍尔系数，d为霍尔元件两侧面间的距离，电阻R远大于RL，霍尔元件的电阻可以忽略，则下列说法错误的是（ ）
A．霍尔元件前表面的电势低于后表面的电势
B．若电源的正负极对调，电压表指针将反偏
C．IH与I成正比
D．电压表的示数与RL消耗的电功率成正比
【答案】AB
【解析】A．由题意可知电子从霍尔元件下表面向上表面运动，根据左手定则可知电子将在霍尔元件后表面聚集，所以霍尔元件前表面的电势高于后表面的电势，故A错误；
B．若电源的正、负极对调，则线圈中及霍尔元件中电流方向均反向，即穿过霍尔元件的磁场方向与电子的定向移动方向均反向，电子仍将在霍尔元件后表面聚集，所以仍是前表面的电势高于后表面的电势，电压表指针不会反偏，故B错误；
C．由并联电路的电流分配特点可知 ， ，故C正确；
D．由题意知B∝I，所以，RL消耗的电功率为，所以,故D正确。
故选：AB。
14．传感器是自动控制设备中不可缺少的元件，已经渗透到宇宙开发、环境保护、交通运输乃至家庭生活等多种领域。如图所示为三种电容式传感器。下列说法正确的是（ ）
A．图甲是测定液面高度h的传感器，液面高度h发生变化时，两电极之间的距离发生变化，从而使电容发生变化
B．图乙是测定压力的传感器，压力发生变化时，两电极之间的距离发生变化，从而使电容发生变化
C．图丙是测定角度的传感器，角度发生变化时，两电极之间的正对面积发生变化，从而使电容发生变化
D．三个图中传感器都是通过改变两电极之间的正对面积来改变电容的
【答案】BC
【解析】A．题图甲中液面高度h发生变化时，两个电极间的正对面积发生了变化，从而使电容发生变化，故A错误；
B．题图乙中当待测压力作用在可动电极上且发生变化时，两电极之间的距离发生变化，从而使电容发生变化，故B正确；
C．题图丙中当角度发生变化时，两电极之间的正对面积发生变化，从而使电容发生变化，故C正确；
D．因为题图乙是通过改变两电极之间的距离来改变电容的，故D错误。
故选：BC。
15．电子电路中常用到一种称为“干簧管”的元件（如图所示），它的结构很简单，只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片。当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”。关于干簧管，下列说法正确的是（ ）
A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用
B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
C．两个磁性材料制成的簧片接通的原因是被磁化后相互吸引
D．干簧管接入电路中相当于开关的作用
【答案】CD
【解析】BC．当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化相互吸引而接通，故B错误；C正确；
AD．当磁体远离干簧管时，软磁性材料制成的簧片失去磁性，所以两簧片又分开，因此于簧管在电路中相当于开关的作用，故A错误；D正确。
故选：CD。
16．某磁敏电阻的阻值R随外加磁场的磁感应强度B变化图线如图甲所示。学习小组使用该磁敏电阻设计了保护负载的电路如图乙所示，U为直流电压，下列说法正确的有( )
A．增大电压U，负载电流不变B．增大电压U，电路的总功率变大
C．抽去线圈铁芯，磁敏电阻的阻值变小D．抽去线圈铁芯，负载两端电压变小
【答案】BC
【解析】AB．增大电压U，为保护负载，则磁敏电阻两端需要分压，即电压增大，则磁敏电阻的阻值增大，根据甲图可知磁感应强度增大，所以通过线圈的电流增大，根据
P=UI
可知电路的总功率P变大，故A错误，B正确；
CD．抽去线圈铁芯，线圈产生的磁感应强度减小，故磁敏电阻的阻值变小，则磁敏电阻两端的电压变小，而U不变，所以负载两端电压变大，故C正确，D错误。
故选：BC。
计算题：
17.如图所示，一定厚度和宽度的导体板放在匀强磁场中，当导体板通过一定电流，且电流与磁场方向垂直时，在导体板的上侧面A和下侧面之间会产生一定的电势差，这种现象称为霍尔效应。
(1)若图中的电流I是电子的定向运动产生的，则导体板上、下两个侧面中，哪个电势高？
(2)设该导体板单位体积中自由电子的个数为n，导体板的宽度为d，通过导体板的电流为I，磁感应强度为B，电子电荷量为e。试证明：发生霍尔效应时，导体板上、下侧面间的电势差。
(3)由上问的结论可知，在I、n、e、d都相同的情况下，与B成正比，由的数值可以比较B的大小，因此可以把这种导体板做成磁敏元件。试问：用这种磁敏元件探测某空间的磁场时，磁敏元件摆放的方向对是否有影响？如果把这种导体板上、下侧面间的电压进行线性放大显示，用它做成的磁传感器的示数是否跟被测磁感应强度有线性关系？
【答案】(1)A′；(2)见解析；(3)有影响；是线性关系。
【解析】 (1)导体的电子定向移动形成电流，电子的运动方向与电流方向相反，电流方向向右，则电子向左运动。由左手定则判断，电子会偏向A端面，A′板上出现等量的正电荷，电场线向上，所以下侧面A′的电势高于侧面A的电势。
(2)当电场力与洛伦兹力平衡时，则有
由电流微观表达式得I＝neSv=nehdv
解得
(3)用这种磁敏元件探测某空间的磁场时，磁敏元件的侧面要与磁场垂直，即摆放的方向对有影响；根据
可得
在I、n、e、d都相同的情况下B与UH成正比，则如果把这种导体板上、下侧面间的电压进行线性放大显示，用它做成的磁传感器的示数跟被测磁感应强度是线性关系。
18．如图所示是一种测量血压的压力传感器在工作时的示意图.薄金属片P上固定有4个可以发生形变的电阻、、、，如图甲所示.图乙是它的侧视图，这4个电阻连成的电路如图丙所示，试回答下列问题：
（1）开始时金属片中央O点未加任何压力，欲使电压表无示数，则4个电阻应满足怎样的关系？
（2）当O点加一个垂直于金属片的压力F后，薄金属片P发生形变，这时4个电阻也随之发生形变，形变后各电阻阻值大小如何变化？
【答案】（1）（2）、的阻值增大，、的阻值减小
【解析】（1）解题的关键是找出电路中A、B两点的电压与4个电阻的关系.由于电压表的电阻可以看作无穷大，因此本电路中与串联，与串联，然后它们再并联；设上面支路电流为，下面支路电流为，要使A点电势等于B点电势，则应有电阻两端的电压等于两端的电压，电阻两端的电压等于两端的电压，即 ①
②
联立①②式得.
（2）当O点加垂直于金属片的压力F后，金属片发生形变，由于电阻是固定在金属片上的，因此、被拉长，、被拉宽，则、的阻值增大，、的阻值减小，这时A、B两点电势不再相等.
19.如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻不计，不称物体时，滑动触头P在A端，滑动变阻器接入电路中的有效电阻最大，电流较小；称重物时，在压力作用下滑动触头下移，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大。这样把电流对应的质量值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的质量，若滑动变阻器上A、B间长度为l，最大阻值为，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k。
（1）试导出所称重物重力G与电路中电流I的函数关系
（2）该装置达到最大量程时电流表示数是多少？
【答案】（1）（2）
【解析】（1）设所称重物重力为G时弹簧的压缩量为x，由题意得 ①
此时，滑动触头P距B端距离为，滑动变阻器有效电阻为，由闭合电路欧姆定律有
②由①②式解得。
（2）该装置达到最大量程时，弹簧压缩量最大，A、B间电阻被短路。故此时电流表示数为。传感器种类
敏感元件
与之相联系的物理知识
光电传感器
光敏电阻
直流电路动态分析
温度传感器
热敏电阻
直流电路问题
力传感器
压敏电阻
直流电路
电容传感器
电容器
力学、运动学与力、运动与含电容电路
知识体系·思维导图
考点整合·素养提升
主题 传感器在实际问题中的应用
1.传感器的应用过程包括三个环节：感、传、用。
（1）“感”是指传感器的敏感元件感应信息，并应用转换元件将非电学量转化为电学量。
（2）“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取并转化的电学信息传给执行机构。
（3）“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作。
2.处理与传感器有关的电路设计问题时，可将整个电路分解为：
（1）传感器所在的信息采集与转化部分。
（2）传输部分（这部分电路往往与直流电路的动态分析有关）。
（3）执行电路。
3.几种传感器及与其相联系的物理知识的比较：
【典例】某实验小组利用伏安法进行“探究热敏电阻的温度特性”实验，部分实验器材如下：
A．电源E（电动势3 V，内阻不计）；
B．电流表A1（量程0～500 mA，内阻约为5 Ω）；
C．电流表A2（量程0～0.6 mA，内阻为100 Ω）；
D．开关、导线若干。
（1）因为需要一个量程为3 V的电压表，上述器材中可以用来改装成电压表的电流表为__________（选填选项前的字母），还需要一个阻值为__________Ω的定值电阻与所选电流表串联进行改装。
（2）改装好电压表后，采用如图甲所示电路，根据不同温度下电压表和电流表的读数比值，得到不同温度下热敏电阻R的阻值，描绘出如图乙中的Rt曲线，由于系统误差，图乙中由实验得到的数据描绘出的实际曲线与理论曲线相比有一定的差异，图乙中标记为Ⅰ的图线是__________（选填“实际曲线”或“理论曲线”）。
（3）兴趣小组利用该热敏电阻制作了一个检测油箱警戒液位的低油位报警装置，如图丙所示。给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热，当液面高于热敏电阻的高度，热敏电阻上产生的热量会被液体带走，温度基本不变，当液体减少、热敏电阻露出液面时，热敏电阻的温度将__________（选填“升高”或“降低”），阻值会__________（选填“增加”或“减小”），指示灯会亮，就知道液面低于设定值。若根据图乙中Ⅱ的图线数据来设定油箱警戒液位值，实际工作中指示灯亮的时间点将__________（选填“延迟”“不变”或“提前”）。
[解析] （1）要将电流表改装成电压表，需要选择内阻已知且为确定值的电流表。故选C。
根据IgRg＝ eq \f(Rg,Rg＋Rx) U，可得Rx＝4 900 Ω
（2）图甲所示测量电路采用电流表外接法，由于系统误差，同一温度下热敏电阻阻值的测量值偏小，故图乙中标记为Ⅱ的图线是由实验得到数据描绘出的实际曲线，标记为Ⅰ的图线是理论曲线。
（3）当液体减少、热敏电阻露出液面时，液体吸收热敏电阻的热减小，热敏电阻温度升高；根据图乙所知，热敏电阻的阻值随着温度的升高而降低；根据图乙中Ⅱ的图线数据来设定油箱警戒液位值，热敏电阻阻值比真实值小，警戒液位值将被设定的比理论值大，因此指示灯亮的时间点将延迟。
[答案] （1）C 4 900 （2）理论曲线 （3）升高 减小 延迟
【变式】如图甲所示为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定。电流表内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器的滑片，使小灯泡发光亮度逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图乙所示，试根据这一特性用图丙中给定的器材设计一个自动光控电路并写出控制过程。
[解析] 由光敏电阻的特性曲线可以看出，当入射光增强时，光敏电阻的阻值减小，流过光敏电阻的电流增大。根据题意设计的自动光控电路如图所示。控制过程：当有光照射时，流过光敏电阻的电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸引衔铁使两个触点断开，当无光照射时，流过光敏电阻的电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，控制电路接通，灯开始工作。
[答案] 见解析
综 合 测 试
单选题：
1．如图所示，额温枪因其具有快速、无接触测温的特点，广泛应用在各类新型冠状病毒防控场所．额温枪核心部件的传感器是（ ）
A．位移传感器B．声音传感器C．力传感器D．红外温度传感器
【答案】D
【解析】额温枪核心部件的传感器是红外温度传感器。
故选D。
2.如图是测量汽车质量的地磅示意图，汽车的质量可通过电流表的示数读出，下列说法正确的是（ ）
A．电流表的示数越大说明被测汽车质量越大
B．电流表的示数越大说明被测汽车质量越小
C．把图中的电流表换成电压表同样能测量汽车的质量
D．地磅的最大量程只由弹簧的劲度系数决定，与电路的有关参数无关
【答案】A
【解析】AB．汽车质量越大，弹簧受到的压力就越大，P点越向下，连入电路的电阻就越小，所以电流表的示数就越大，A正确，B错误；
C．如果换成电压表，因为电压表的内阻较大，所以滑动变阻器的阻值发生变化时，电压表的示数变化范围较小，故不能准确地测量，C错误；
D．因为通过滑动变阻器的阻值变化，将力信号转换成了电信号，故与电源电动势、电表量程等参数有关，D错误。
故选A。
3.某电饭锅的结构如图所示，其中温度传感器的主要元件是感温铁氧体，常温下感温铁氧体具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约103℃时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了。这个温度在物理学中称为该材料的“居里点”。关于该电饭锅的下列说法正确的是（ ）
A．开始煮饭时要压下开关按钮，手松开后这个按钮会马上恢复到图示状态
B．常压下煮饭时水沸腾后锅内还有一定水分的时间内，锅的温度会持续升高
C．饭煮熟后，水分被大米吸收，锅底的温度升高至“居里点”，开关按钮会自动弹起，使电饭锅停止加热
D．如果用电饭锅烧水，也能在水沸腾后立即自动断电
【答案】C
【解析】A．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，电路接通而电饭锅加热，故A错误；
B．常压下煮饭时水沸腾后锅内还有一定水分的时间内，水在沸腾后温度一直为100℃，锅的温度不会持续升高，除非水烧干，故B错误；
C．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，故C正确；
D．如果在1标准大气压下用电饭锅烧水，水沸腾后不会自动断电，当水烧干后，温度升高达到103℃时，感温铁氧体便失去了铁磁性会自动断电，故D错误。
故选C。
4.抗击新型冠状病毒期间，由于无法外出，某同学在家利用所学物理知识设计能显示拉力大小的电子健身器材，如图所示是原理图。轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起（弹簧的电阻不计，P与R1间的摩擦不计），弹簧劲度系数为100N/cm。定值电阻R0=5Ω，ab是一根长为5cm的均匀电阻丝，阻值R1=25Ω，电源输出电压恒为U=3V，理想电流表的量程为0～0.6A。当拉环不受力时，滑片P位于a端。下列关于这个电路的说法正确的是（ ）
A．当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0A
B．当拉力为400N时，电流表指针指在0.3A处
C．当拉力为400N时，电流表指针指在0.5A处
D．该健身器材能测量力的范围是0～400N
【答案】B
【解析】当拉环不受力时，滑片P在a端，由欧姆定律得I==0.1A故A错误；
BC．拉力为400N时，由F=kΔx，则Δx=4cm对应的电阻为RaP=20，R1接入电路的电阻RPb=5，由欧姆定律得I′==0.3A故B正确，C错误；
D．在P移动到b点时Δx′=5cm，由F=kΔx，拉力最大F=500N故D错误。
故选B。
5.在制作光控电路实验中，某同学按图所示电路将元件安装完毕后，发现将装置置入黑暗环境中接通电源时，灯泡不发光，原因不可能是（ ）
A．二极管两极接反B．R1与RG位置颠倒C．R1阻值太小D．灯泡被断路
【答案】C
【解析】A．由题可知若二极管接反，光线暗时，二极管上为负向电压，无法导通，灯泡不亮，选项A可能；
B．若R1与RG位置颠倒，则光线较暗时，Y端为高电平，二极管不导通，灯泡不发光，选项B可能；
C．若R1阻值太小，Y端一直为低电平，灯泡一直发光，选项C不可能；
D．灯泡断路时无法发光，选项D可能。
故选C。
6..如图所示的电路可将声音信号转化为电信号，该电路中，b是固定不动的金属板，a是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜，构成了一个电容器，且通过导线与恒定电源两极相接，若声源S做简谐运动，则（ ）
A．a振动过程中，板之间的电场强度不变
B．a振动过程中，板所带的电荷量不变
C．a振动过程中，电路中始终有方向不变的电流
D．a板向右位移最大时，电容器的电容最大
【答案】D
【解析】】A．a振动过程中，两板间距d发生变化，电源始终与电容器相连，两板间电压U不变，由可知E变化，A错误；
B．由可知，d变化，Q变化，选项B错误；
C．a振动方向不确定，d可增可减，故电流方向不确定，选项C错误；
D．当a板向右位移最大时，由可知，d最小，C最大，选项D正确。
故选D。
7.现代生活离不开智能手机，手机有很多功能需要传感器来实现。例如当人将手机靠近耳朵接听电话时，手机会自动关闭屏幕从而达到防误触的目的，实现这一功能可能用到的传感器为（ ）
A．光传感器和位移传感器
B．磁传感器和温度传感器
C．磁传感器和声传感器
D．压力传感器和加速度传感器
【答案】A
【解析】当人将手机靠近耳朵接听电话时，改变了位移，并且耳朵会挡住光线，所以可能用到的传感器为光传感器和位移传感器。
故选A。
8.传感器已广泛应用于日常生活。下列传感器能够将力学量转换为电学量的是（ ）
A．应变片 B． 干簧管
C． 热敏电阻 D． 霍尔元件
【答案】A
【解析】A．应变片是在外力的作用下产生机械形变，其电阻发生相应变化，从而将力学量转换为电学量。A正确；
B．干簧管是将磁学量转化为电学量，B错误；
C．热敏电阻是将温度转化为电学量，C错误；
D．霍尔元件是将磁学量转化为电学量，D错误。
故选A。
9.电子眼又称电子警察，它采用感应线来感应路面上汽车传来的压力。感应线实质是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，压力越大电压越大，压电薄膜与电容器C和电阻R组成图甲所示的回路。如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中产生两脉冲电流，如图乙所示。当十字路口红灯亮时，电子警察系统启动，若回路中产生两脉冲电流，电子眼拍照，认定为“闯红灯”。则当红灯亮时（ ）
A．车轮停在感应线上时，电阻R上的电流为零
B．车轮经过感应线的过程中，电容器C的电荷量一直增大
C．车轮经过感应线的过程中，电容器C两极板间的电场强度保持不变
D．汽车前轮越过感应线后，又倒回到线内，不会被电子眼拍照
【答案】A
【解析】A．车轮停在感应线上时，压力不变，则电压不变，电容器不充电，也不放电，电阻R上没有电流，故A正确；
B．由乙图可知，当车轮经过时电流先增大后减小，然后再反向增大最后减小，因电压是在受压时产生的，说明电容器先充电后放电，故B错误；
C．车轮经过感应线的过程中，压电薄膜受到的压力变化，其产生的电压变化，则电容器两端电压变化，产生的电场强度发生变化，故C错误；
D．若汽车前轮越过感应线，又倒回线内，则前轮两次压线，仍形成两个脉冲电流，符合拍照条件，电子眼仍可拍照，故D错误。
故选A。
多选题：
10.某学习小组研究学校宿舍楼的火警报警装置的电路如图所示，R1为热敏电阻，温度升高时，R1急剧减小，当电铃两端电压达到一定值时，报警电铃响起，则下列说法正确的是（ ）
A．若试验时发现当有火时装置不响，应把R2的滑片P向下移
B．若试验时发现当有火时装置不响，应把R2的滑片P向上移
C．增大电源电压，会使报警的临界温度降低
D．增大电源电压，会使报警的临界温度升高
【答案】BC
【解析】AB．若试验时发现有火情时装置不响，说明报警器的电压较小，要增大其电压，根据串联电路分压的特点可知，必须增大R2，应把R2的滑片P向上移。故A错误，B正确；
CD．增大电源的电动势，报警器的电压变大，相当于电动势不变，R1变小，所以会使报警的临界温度降低，故C正确，D错误。
故选：BC。
11.温度传感器是空调温度自动调节的重要元件，温度传感器中热敏电阻阻值随温度升高而减小。如图所示电路，热敏电阻和一个电阻串联后，加5 V电压，分压后的采样电压加到CPU输入端，通常采用25 ℃时的阻值为标称值，对应CPU的采样电压（输入电压）设计为电源电压的一半，温度变化，则CPU端输入电压U也随之变化。CPU根据电压的变化决定空调的工作状态，则（ ）
A．当环境温度升高时，CPU的输入电压增大
B．当环境温度降低时，CPU的输入电压增大
C．若取26 ℃时的阻值为标称值，R的阻值应该调整增大
D．若取26 ℃时的阻值为标称值，R的阻值应该调整减小
【答案】BD
【解析】A．环境温度升高时，热敏电阻阻值减小，根据串联分压的规律可知热敏电阻分压减小，则CPU的输入电压减小，故A错误；
B．环境温度降低时，热敏电阻阻值增大，同理可知热敏电阻分压增大，CPU的输入电压增大，故B正确；
CD．若取26 ℃时的阻值为标称值，则热敏电阻的标称值减小，为了满足CPU的采样电压（输入电压）设计为电源电压的一半，所以R的阻值也应该调整减小，故C错误，D正确。
故选：BD。
12压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，利用压敏电阻可以设计一个电路来判断升降机的运动情况，其工作原理如图所示。将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个绝缘物块。0~t1时间内升降机停在某楼层处，从t1时刻开始运动，电流表中电流随时间变化的情况如图所示，下列判断正确的是（ ）
A．t1~t2时间内，升降机可能先加速下降后减速下降
B．t2~t3时间内，升降机处于静止状态
C．t3~t4时间内，升降机处于超重状态
D．t3~t4时间内，升降机的加速度大小先增大后减小
【答案】CD
【解析】A．0~t1时间内升降机停在某楼层处，受力平衡，t1~t2时间内电路中电流比升降机静止时小，说明压敏电阻增大，压力减小，重物处于失重状态，则此过程升降机一直加速下降，故A错误；
B． t2~t3时间内电路中电流等于升降机静止时的电流，由于t1~t2时间内升降机在加速运动，所以t2~t3时间内处于匀速运动状态，故B错误；
C． t3~t4时间内电路中的电流大于升降机静止时的电流，说明压敏电阻减小，压力增大，重物处于超重状态，故C正确；
D．由图可知t3~t4时间内，电流先增大后减小，得压敏电阻是先减小后增大，可知压力是先增大后减小，可得加速度是先增大后减小，故D正确。
故选：CD。
13．如图所示，导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间，线圈中电流为I，线圈间产生匀强磁场，磁感应强度大小B与I成正比，方向垂直于霍尔元件的两侧面，此时通过霍尔元件的电流为IH，与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压UH满足，式中k为霍尔系数，d为霍尔元件两侧面间的距离，电阻R远大于RL，霍尔元件的电阻可以忽略，则下列说法错误的是（ ）
A．霍尔元件前表面的电势低于后表面的电势
B．若电源的正负极对调，电压表指针将反偏
C．IH与I成正比
D．电压表的示数与RL消耗的电功率成正比
【答案】AB
【解析】A．由题意可知电子从霍尔元件下表面向上表面运动，根据左手定则可知电子将在霍尔元件后表面聚集，所以霍尔元件前表面的电势高于后表面的电势，故A错误；
B．若电源的正、负极对调，则线圈中及霍尔元件中电流方向均反向，即穿过霍尔元件的磁场方向与电子的定向移动方向均反向，电子仍将在霍尔元件后表面聚集，所以仍是前表面的电势高于后表面的电势，电压表指针不会反偏，故B错误；
C．由并联电路的电流分配特点可知 ， ，故C正确；
D．由题意知B∝I，所以，RL消耗的电功率为，所以,故D正确。
故选：AB。
14．传感器是自动控制设备中不可缺少的元件，已经渗透到宇宙开发、环境保护、交通运输乃至家庭生活等多种领域。如图所示为三种电容式传感器。下列说法正确的是（ ）
A．图甲是测定液面高度h的传感器，液面高度h发生变化时，两电极之间的距离发生变化，从而使电容发生变化
B．图乙是测定压力的传感器，压力发生变化时，两电极之间的距离发生变化，从而使电容发生变化
C．图丙是测定角度的传感器，角度发生变化时，两电极之间的正对面积发生变化，从而使电容发生变化
D．三个图中传感器都是通过改变两电极之间的正对面积来改变电容的
【答案】BC
【解析】A．题图甲中液面高度h发生变化时，两个电极间的正对面积发生了变化，从而使电容发生变化，故A错误；
B．题图乙中当待测压力作用在可动电极上且发生变化时，两电极之间的距离发生变化，从而使电容发生变化，故B正确；
C．题图丙中当角度发生变化时，两电极之间的正对面积发生变化，从而使电容发生变化，故C正确；
D．因为题图乙是通过改变两电极之间的距离来改变电容的，故D错误。
故选：BC。
15．电子电路中常用到一种称为“干簧管”的元件（如图所示），它的结构很简单，只是玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片。当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”。关于干簧管，下列说法正确的是（ ）
A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用
B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
C．两个磁性材料制成的簧片接通的原因是被磁化后相互吸引
D．干簧管接入电路中相当于开关的作用
【答案】CD
【解析】BC．当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化相互吸引而接通，故B错误；C正确；
AD．当磁体远离干簧管时，软磁性材料制成的簧片失去磁性，所以两簧片又分开，因此于簧管在电路中相当于开关的作用，故A错误；D正确。
故选：CD。
16．某磁敏电阻的阻值R随外加磁场的磁感应强度B变化图线如图甲所示。学习小组使用该磁敏电阻设计了保护负载的电路如图乙所示，U为直流电压，下列说法正确的有( )
A．增大电压U，负载电流不变B．增大电压U，电路的总功率变大
C．抽去线圈铁芯，磁敏电阻的阻值变小D．抽去线圈铁芯，负载两端电压变小
【答案】BC
【解析】AB．增大电压U，为保护负载，则磁敏电阻两端需要分压，即电压增大，则磁敏电阻的阻值增大，根据甲图可知磁感应强度增大，所以通过线圈的电流增大，根据
P=UI
可知电路的总功率P变大，故A错误，B正确；
CD．抽去线圈铁芯，线圈产生的磁感应强度减小，故磁敏电阻的阻值变小，则磁敏电阻两端的电压变小，而U不变，所以负载两端电压变大，故C正确，D错误。
故选：BC。
计算题：
17.如图所示，一定厚度和宽度的导体板放在匀强磁场中，当导体板通过一定电流，且电流与磁场方向垂直时，在导体板的上侧面A和下侧面之间会产生一定的电势差，这种现象称为霍尔效应。
(1)若图中的电流I是电子的定向运动产生的，则导体板上、下两个侧面中，哪个电势高？
(2)设该导体板单位体积中自由电子的个数为n，导体板的宽度为d，通过导体板的电流为I，磁感应强度为B，电子电荷量为e。试证明：发生霍尔效应时，导体板上、下侧面间的电势差。
(3)由上问的结论可知，在I、n、e、d都相同的情况下，与B成正比，由的数值可以比较B的大小，因此可以把这种导体板做成磁敏元件。试问：用这种磁敏元件探测某空间的磁场时，磁敏元件摆放的方向对是否有影响？如果把这种导体板上、下侧面间的电压进行线性放大显示，用它做成的磁传感器的示数是否跟被测磁感应强度有线性关系？
【答案】(1)A′；(2)见解析；(3)有影响；是线性关系。
【解析】 (1)导体的电子定向移动形成电流，电子的运动方向与电流方向相反，电流方向向右，则电子向左运动。由左手定则判断，电子会偏向A端面，A′板上出现等量的正电荷，电场线向上，所以下侧面A′的电势高于侧面A的电势。
(2)当电场力与洛伦兹力平衡时，则有
由电流微观表达式得I＝neSv=nehdv
解得
(3)用这种磁敏元件探测某空间的磁场时，磁敏元件的侧面要与磁场垂直，即摆放的方向对有影响；根据
可得
在I、n、e、d都相同的情况下B与UH成正比，则如果把这种导体板上、下侧面间的电压进行线性放大显示，用它做成的磁传感器的示数跟被测磁感应强度是线性关系。
18．如图所示是一种测量血压的压力传感器在工作时的示意图.薄金属片P上固定有4个可以发生形变的电阻、、、，如图甲所示.图乙是它的侧视图，这4个电阻连成的电路如图丙所示，试回答下列问题：
（1）开始时金属片中央O点未加任何压力，欲使电压表无示数，则4个电阻应满足怎样的关系？
（2）当O点加一个垂直于金属片的压力F后，薄金属片P发生形变，这时4个电阻也随之发生形变，形变后各电阻阻值大小如何变化？
【答案】（1）（2）、的阻值增大，、的阻值减小
【解析】（1）解题的关键是找出电路中A、B两点的电压与4个电阻的关系.由于电压表的电阻可以看作无穷大，因此本电路中与串联，与串联，然后它们再并联；设上面支路电流为，下面支路电流为，要使A点电势等于B点电势，则应有电阻两端的电压等于两端的电压，电阻两端的电压等于两端的电压，即 ①
②
联立①②式得.
（2）当O点加垂直于金属片的压力F后，金属片发生形变，由于电阻是固定在金属片上的，因此、被拉长，、被拉宽，则、的阻值增大，、的阻值减小，这时A、B两点电势不再相等.
19.如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻不计，不称物体时，滑动触头P在A端，滑动变阻器接入电路中的有效电阻最大，电流较小；称重物时，在压力作用下滑动触头下移，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大。这样把电流对应的质量值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的质量，若滑动变阻器上A、B间长度为l，最大阻值为，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k。
（1）试导出所称重物重力G与电路中电流I的函数关系
（2）该装置达到最大量程时电流表示数是多少？
【答案】（1）（2）
【解析】（1）设所称重物重力为G时弹簧的压缩量为x，由题意得 ①
此时，滑动触头P距B端距离为，滑动变阻器有效电阻为，由闭合电路欧姆定律有
②由①②式解得。
（2）该装置达到最大量程时，弹簧压缩量最大，A、B间电阻被短路。故此时电流表示数为。传感器种类
敏感元件
与之相联系的物理知识
光电传感器
光敏电阻
直流电路动态分析
温度传感器
热敏电阻
直流电路问题
力传感器
压敏电阻
直流电路
电容传感器
电容器
力学、运动学与力、运动与含电容电路
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