2021年高中物理选修二第五章《传感器》经典题(答案解析)(1)

一、选择题
1．电磁学的成就极大地推动了人类社会的进步。

下列说法正确的是（）
A．甲图是某品牌的无线充电手机利用电磁感应方式充电的原理图，无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是“电流的磁效应”
B．在乙图中，开关由闭合变为断开，则断开瞬间触头C马上离开触点
C．在丙图中，钳形电流表是利用电磁感应原理制成的，它的优点是不需要切断导线，就可以方便地测出通过导线中交变电流的大小
D．丁是电容式话筒的电路原理图，声波的振动会在电路中产生恒定的电流
2．某学校创建绿色校园，如图甲所示为新装的一批节能路灯，该路灯通过光控开关实现自动控制：路灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变。

如图乙所示为其内部电路简化原理图，电源电动势为E，内阻为r，t R为光敏电阻（光照强度增加时，其电阻值减小）。

现增加光照强度，则下列判断错误的是（）
A．A B、灯都变暗B．电源的输出功率变小
C．电源的效率变小D．t R上电流的变化量大于0R上电流的变化量
3．酒精测试仪用于机动车驾驶人员是否酗酒及其他严禁酒后作业人员的现场检测。

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，酒精气体的不同浓度对应着传感器的不同电阻。

这样，电压表的指针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的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么，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，C与U成正比
B．U越大，表示C越大，但是C与U不成正比
C．U越大，表示C越小，C与U成反比
D．U越大，表示C越小，但是C与U不成反比
4．如图所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、开关S与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中。

两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m，电荷量为＋q的小球。

S断开时传感器上有示数，S闭合时传感器上恰好无示数。

重力加速度为g，则线圈中磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是
（）
A．正在增强，
mgd
t nq
∆Φ
=
∆
B．正在增强，
2
mgd
t nq
∆Φ
=
∆
C．正在减弱，
mgd
t nq
∆Φ
=
∆
D．正在减弱，
2
mgd
t nq
∆Φ
=
∆
5．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
6．下列有关传感器的说法正确的是（ ）
A ．霍尔元件属于光敏元件
B ．半导体制成的光敏电阻的阻值随光照强度的增大而增大
C ．金属制成的热敏电阻的阻值随温度的升高而减小
D ．楼道内的照明灯仅在夜晚有声音时开启，表明照明系统电路内部既有声控传感器也有光控传感器
7．如图所示，甲为在温度为10C 左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻120k ΩR =、210k ΩR =、340k ΩR =，t R 为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示，a 、b 端电压0ab U ≤时，电压鉴别器会令开关S 接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当a 、b 端电压0ab U >时，电压鉴别器会令开关S 断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在（ ）
A ．10C
B ．20
C C ．35C
D ．45C
8．如图所示，两块水平放置的金属板距离为d ，用导线、电键K 与一个n 匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B 中。

两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m 、电荷量为＋q 的小球。

K 断开时传感器上有示数，K 闭合时传感器上恰好无示数。

则线圈中的磁场B 的变化情况和磁通量变化率分别是（ ）
A ．正在增加，2mgd t q
∆Φ=∆ B ．正在增加，mgd t nq
∆Φ=∆ C ．正在减弱，
2mgd t q ∆Φ=∆ D ．正在减弱，2mgd t nq
∆Φ=∆ 9．如图所示是一火灾报警器的电路示意图，其中2R 为用半导体热敏材料制成的传感器，
这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而减小。

电流表为值班室的显示器，电源两极之间接一报警器，当传感器2R所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U 的变化情况是（）
A．I变大，U变大B．I变大，U变小C．I变小，U变大D．I变小，U变小10．在公共场所装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就会开通电热器加热，喷出热空气将手烘干。

自动干手机使用的传感器应该是（）
A．磁传感器B．红外线传感器
C．力传感器D．声传感器
11．某智慧物流有20余台配送机器人上阵，该配送机器人能够识别红绿灯信号、规避道路障碍和来往车辆、主动礼让行人。

机器人主动礼让行人，是利用了（）
A．力传感器B．光传感器
C．温度传感器D．声传感器
12．在如图所示的自动控制电路中，当开关S断开时，工作电路的情况是（）
A．灯亮，电动机转起来，电铃响B．灯亮，电动机转起来，电铃不响
C．灯不亮，电动机不转，电铃响D．灯亮，电动机不转，电铃响
13．如图所示为一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是（）
A．温度升高至74C时，1L亮灯报警B．温度升高至74C时，2L亮灯报警C．温度升高至78C时，1L亮灯报警D．温度升高至78C时，2L亮灯报警14．如图甲是某生产流水线上的产品输送及计数装置示意图．其中S为激光源，R1为光敏电阻（有光照射时，阻值较小；无光照射时，阻值较大），R2为定值保护电阻，a、b间接“示波器”（示波器的接入对电路无影响）．水平传送带匀速前进，每当传送带上的产品通过S与R1之间时，射向光敏电阻的光线会被产品挡住．若传送带上的产品为均匀正方体，示波器显示的电压随时间变化的关系如图乙所示．已知计数器电路中电源两极间的电压恒为6V，保护电阻R2的阻值为400Ω．则（）
A．有光照射时光敏电阻R1的阻值为800Ω
B．有光照射和无光照射时保护电阻R2两端的电压之比为1：2
C．有光照射和无光照射时光敏电阻的阻值之比为1：2
D．每lh通过S与R1之间的产品个数为6000个
15．电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力。

感应线是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，电压随压力变化而变化，压力越大电压越大，压力不变，电压一定。

压电薄膜与电容器C、电阻R组成图甲所示的回路。

红灯亮时，如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中会产生两个脉冲电流，如图乙所示，即视为“闯红灯”，电子眼自动拍照记录。

则红灯亮时（）
A．车轮停在感应线上时电阻R上有恒定电流
B．车轮经过感应线的过程中，电容器先放电后充电
C．车轮经过感应线的过程中，电阻R上的电流一直增大
D．汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，会被电子眼拍照
二、填空题
16．温度传感器是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性工作的，它广泛应用于电冰箱、冰柜和室内空调等家用电器中，现利热敏电阻设计如图甲所示，电路测一特殊电源的电动
势和内阻。

G为灵敏电流计，内阳g500
R=Ω保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙所示，闭合开关S，当R的温度等于120℃时，电流计的示数
11.8mA
I=，当R的温度等于20℃时，电流计的示数为
21.05mA
I=。

则可求出该电源的电动势E=______V，内阻r=______Ω。

17．行人闯红灯是造成交通事故的违法行为之一，为记录并处罚这种行为，设计了一种闯红灯测量器，其原理为：路口人行道两头停止处均浅埋阻值R随压力F变化如图甲所示的压敏电阻，将压敏电阻接入如图乙所示的电路中，已知控制电路中电源的电动势为12V，内阻为12Ω，继电器线圈电阻为38Ω，滑动变阻器连入电路的电阻为100Ω；当控制电路中的电流大于0.05A时，衔铁会被吸引，从而启动工作电路，电控照相机拍照记录违法行为。

(1)当绿灯亮起时，光控开关应处于___________（选填“闭合”或“断开”）状态。

(2)当红灯亮起时，某人经过人行道停止处，电流表A的示数会变___________（选填“大”或“小”）。

(3)质量超过___________kg的行人闯红灯时才会被拍照记录（取重力加速度大小
2
10m/s
g=）。

(4)若要增大“行人闯红灯违法记录仪”的灵敏度，确保体重较小的行人闯红灯时也能被拍照，请提出一个可行的方案___________。

18．霍尔元件是能够把磁学量________转换为电学量________的传感器元件。

19．位移传感器测距离，发射器固定在运动物体上，能同时发射
．．．．_________。

___________
固定在轨道的顶端，接收红外线和超声波。

20．如图所示为一个有光照或温度升高时排气风扇都能启动的自动控制装置。

在这个装置中需要__________传感器和__________传感器，控制器采用__________门控制方式。

执行器选用__________。

21．DIS的含义是________，主要器件有________，________和________。

22．如图所示，电路的连接和用电器均完好，合上1S、2S，发现小灯泡不亮，原因是
_______；用电吹风对NTC热敏电阻吹一会儿热风，会发现小灯泡_______，原因是
_______；停止吹风，会发现_______；把热敏电阻放入冷水中会发现_______.
23．如图是“用DIS探究向心力与哪些因素有关”的实验仪器，该实验采用的方法是
_______________；该实验中需要用到的传感器是__________________。

24．目前有些居民区内楼道灯的控制，使用的是一种延时开关，该延时开关的简化原理如图所示．图中D是红色发光二极管(只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光)，R为限流电阻，K为按钮式开关，虚线框内S表示延时开关电路，当按下K接通电路瞬间，延时开关触发，相当于S闭合，这时释放K后，延时开关S约在1 min后断开，灯泡熄灭．根据上述信息和原理图，我们可推断：
按钮开关K按下前，发光二极管是________(填“发光的”或“熄灭的”)，按钮开关K按下再释放后，灯泡L发光持续时间约________ min.这一过程中发光二极管是________．限流电阻R的阻值和灯丝电阻R L相比，应满足R________R L的条件．
25．机器人有________、________和执行器三个模块组成，相当于人的感觉器官、大脑和肌肉．
26．说明下列各种场合分别选用的传感器：
(1)普通电冰箱中的自动温度控制电路是______。

(2)马路两侧的路灯控制电路是________。

(3)气垫导轨上用的光电门是________。

(4)楼梯灯控制电路是________________。

(5)宾馆的自动门是________________。

(6)非接触式体温计是______________。

(7)遥控电视机的接收器是______________。

三、解答题
27．在开展研究性学习的过程中，某同学设计了一个利用线圈测量转轮转速的装置（如图所示）。

在轮子的边缘贴上一小磁铁，将小线圈靠近轮边放置，接上数据采集器和电脑（DIS实验器材）。

如果小线圈的面积为S，匝数为N，回路的总电阻为R，小磁铁附近的磁感应强度最大值为B。

实验发现，轮子转过θ弧度时，小线圈处的磁感应强度由最大值变为零。

他说：“只要测得此过程感应电流的平均值I，就可以求得转轮转速的大小。

”请你运用所学的知识推证该同学的判断是否正确，如果正确，请推导出转轮转速的表达式；如果不正确，请说明理由。

28．研究表明，有些金属电阻的阻值会随温度的变化而变化，物理学中利用这类金属的特性可以制成金属电阻温度计，它可以用来测量很高的温度，其原理如图所示。

图中电流表的量程为0~15mA（不计其电阻），电源电压恒为3V，R'为滑动变阻器，金属电阻作为温度计的测温探头，在t≥0℃时，其阻值R t随温度t的变化关系为R t=100+0.5t（单位：Ω）。

（1）若要把R t放入温度为0℃处进行测量，使电流表恰好达到满量程，即电流为15mA，则此时滑动变阻器R'接入电路的阻值为多大?
（2）保持（1）中滑动变阻器R'接入电路的阻值不变，当被测温度为600℃时，电路消耗的电功率为多大?
29．如图甲所示是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，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图乙所示，试根据丙图所给器材设计一个路灯自动光控电路。

要求有光照时路灯不亮，无光照时路灯工作。

30．某课外小组设计了一种测定风速的装置，其原理如图所示．一个劲度系数k＝
120N/m、自然长度L0＝1m的弹簧一端固定在墙上的M点，另一端N与导电的迎风板相连，弹簧穿在光滑水平放置的电阻率较大的金属杆上，弹簧是不导电的材料制成的．迎风板面积S＝0.5m2，工作时总是正对着风吹来的方向，电路的一端与迎风板相连，另一端在M点与金属杆相连，迎风板可在金属杆上滑动，且与金属杆接触良好．定值电阻R＝
1.0Ω，电源的电动势E＝12V，内阻r＝0.5Ω.闭合开关，没有风吹时，弹簧处于原长，电压表的示数U1＝9.0V，某时刻由于风吹迎风板，电压表的示数变为U2＝6.0V．(电压表可看做理想表)求：
(1)金属杆单位长度的电阻；
(2)此时作用在迎风板上的风力．。