2023年高考物理考點一遍過專題55傳感器

專題55傳感器一、傳感器1．定義：傳感器是能把力、溫度、光、聲、化學成分等物理量，按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的另一個物理量〔通常是電壓、電流等電學量〕，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷的元件。2．工作原理：非電學量→敏感元件→轉(zhuǎn)換器件→轉(zhuǎn)換電路→電學量二、常見傳感器元件名稱輸入物理量輸出物理量變化規(guī)律干簧管磁場電路通斷有磁場電路接通，無磁場電路斷開金屬熱電阻溫度電阻溫度越高，電阻率越大熱敏電阻溫度電阻溫度越高，電阻率越小光敏電阻光強電阻光照越強，電阻率越小電容式位移傳感器位移電容，改變εr、S、d霍爾元件磁感應強度電壓應變片形變電壓拉伸電阻變大，壓縮電阻變小雙金屬片溫度電路通斷熱膨脹系數(shù)不同，升高相同溫度，膨脹程度不同感溫鐵氧體溫度電路通斷常溫具有鐵磁性，溫度高于居里溫度失去鐵磁性如下圖，R4是半導體材料制成的熱敏電阻，電阻率隨溫度的升高而減小，這就是一個火警報警器的電路，電流表是安放在值班室的顯示器，電源兩極間接一個報警器，當R4所在處出現(xiàn)火情時，顯示器的電流I和報警器兩端的電壓U的變化情況是A．I變大，U變小B．I變大，U變大C．I變小，U變大D．I變小，U變小【參考答案】A【詳細解析】當R4所在處出現(xiàn)火情時，R4的電阻減小，路端總電阻減小，所以路端電壓減小，即報警器兩端的電壓U減小，總電流增大，故通過R1的電流增大，R1兩端的電壓增大，故并聯(lián)電路的電壓減小，通過R3的電流減小，所以通過R4支路的電流增大，電流表的示數(shù)增大，選A?！久麕燑c睛】電阻類傳感器主要分為金屬熱電阻和半導體材料電阻兩類，前者的電阻率隨溫度升高而增大，后者的電阻率隨溫度升高或光照增強而減小。含電阻類傳感器的電路問題本質(zhì)上一般是動態(tài)電路問題，解題時要注意外部環(huán)境條件和傳感器元件電阻的變化趨勢。1．如下圖，Rt為金屬熱電阻，R1為光敏電阻，R2、R3均為定值電阻，電源電動勢為E、內(nèi)阻為r，V為理想電壓表?，F(xiàn)發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大，可能的原因是A．金屬熱電阻溫度升高，其他條件不變B．光照增強，其他條件不變C．金屬熱電阻溫度升高，光照增強，其他條件不變D．金屬熱電阻溫度降低，光照減弱，其他條件不變【答案】D小；如果總電阻減小，那么路端電壓減小，通過R3的電流減小，電壓表示數(shù)減??；如果總電阻增大，那么總電流減小，路端電壓增大，通過R1的電流增大，通過R3的電流減小，電壓表示數(shù)減小，C錯誤。金屬熱電阻溫度降低，電阻減小，光照減弱，R1電阻增大；如果總電阻減小，那么總電流增大，路端電壓減小，通過R1的電流減小，通過R3的電流增大，電壓表示數(shù)增大；如果總電阻增大，那么路端電壓增大，通過R3的電流增大，電壓表示數(shù)增大，D正確?；魻柺轿灰苽鞲衅鞯臏y量原理如下圖，有一個沿z軸方向的磁場，磁感應強度B=B0+kz〔B0、k均為大于零的常數(shù)〕。將傳感器固定在物體上，保持通過霍爾元件的電流I不變〔方向向右〕。當物體沿z軸方向運動時，由于位置不同，霍爾元件在y軸方向的上、下外表產(chǎn)生的電勢差U也不同。那么A．假設該霍爾元件是電子導電，那么上板電勢比下板電勢高B．傳感器靈敏度與通過的電流有關C．傳感器靈敏度與上、下外表的距離有關D．當物體沿z軸正方向移動時，上、下外表的電勢差U變小【參考答案】AB【詳細解析】由左手定那么，霍爾元件中的電子受洛倫茲力向下運動，下板電勢低、上板電勢高，A正確；霍爾元件內(nèi)部形成電場，最終電子在電場力和洛倫茲力作用下平衡，設霍爾元件沿x、y、z軸的長寬分別為a、b、c，有，電流I=nevbc，可得，沿z軸正方向移動時，上、下外表的電勢差U變大，D錯誤；將對z求導有，與通過的電流I有關，與上、下外表的距離b無關，B正確，C錯誤?！局R拓展】由霍爾電壓，結合此題中，可知霍爾系數(shù)，其中n為載流子單位體積的數(shù)密度，q為載流子的電荷量，即霍爾系數(shù)由材料本身決定。1．霍爾效應是導電材料中的電流與磁場相互作用而產(chǎn)生電勢差的效應，人們利用霍爾效應制成測量磁場的磁傳感器。這類磁傳感器測出的是磁感應強度沿軸線方向的分量。如圖甲所示，某同學將磁傳感器調(diào)零后探究條形磁鐵附近的磁場，計算機顯示磁感應強度為正，他接下來用探頭同樣的取向研究長直螺線管〔電流方向如圖乙所示〕軸向的磁場，以螺線管軸線的中心點為坐標原點，沿軸線向右為x軸正方向，建立坐標系。以下圖象中可能正確的選項是【答案】A電容式傳感器是用來將各種非電信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置。由于電容器的電容C取決于極板正對面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個因素，當某一物理量發(fā)生變化時就能引起上述某個因素的變化，從而又可推出另一物理量的值，如下圖是四種電容式傳感器的示意圖，關于這四種傳感器的作用，以下說法不正確的選項是A．甲傳感器可以用來測量角度B．乙傳感器可以用來測量液面的高度C．丙傳感器可以用來測量壓力D．丁傳感器可以用來測量速度【參考答案】D【詳細解析】甲傳感器的定片和動片間的角度變化導致電容變化；乙傳感器外導電液體液面的高度變化導致正對面積變化；丙傳感器中待測壓力F變化能導致極板間距的變化；丁傳感器物體位置的變化導致電介質(zhì)的變化。甲、乙、丙、丁四個傳感器分別能測角度、液面高度、壓力、位移，ABC正確，D錯誤，應選D?！久麕燑c睛】電容式位移傳感器的原理是電容的決定式，其中極板正對面積S、極板間距d都可以通過極板的位移改變，某種電介質(zhì)材料的相對介電常數(shù)εr不易改變，常通過改變板間電介質(zhì)材料的體積，改變了平均相對介電常數(shù)。1．如圖是自動調(diào)溫式電熨斗，以下說法正確的選項是A．常溫時上下觸點是接觸的B．雙金屬片溫度升高時，上金屬片形變較大，雙金屬片將向下彎曲C．原來溫度控制在80℃斷開電源，現(xiàn)要求60℃斷開電源，應使調(diào)溫旋鈕下調(diào)一些D．由熨燙絲綢衣物狀態(tài)轉(zhuǎn)化為熨燙棉麻衣物狀態(tài)，應使調(diào)溫旋鈕下移一些【答案】ABD【解析】常溫工作時，上下觸點是接通的，當溫度升高時，上層金屬片形變大，雙金屬片向下彎曲，電路斷開，AB正確；原來溫度上升到80℃時斷開電源，現(xiàn)在要求60℃時斷開電源，那么斷開電源時，雙金屬片向下彎曲的程度小，彈性銅片觸電的位置較高，即應使調(diào)溫旋鈕上調(diào)一些，C錯誤；由熨燙絲綢衣物狀態(tài)轉(zhuǎn)化為熨燙棉麻衣物狀態(tài)時，溫度要升高，那么應使調(diào)溫旋鈕下移一些，在雙金屬片向下彎曲程度更大時使電路斷開，D正確。2．如圖是電飯鍋的結構圖，如果感溫磁體的“居里溫度〞為103℃，以下說法中正確的選項是A．常溫下感溫磁體具有較強的磁性，能自動吸起永磁體，通電加熱B．當溫度超過103℃時，感溫磁體的磁性消失，彈簧推動杠桿斷開觸點C．飯熟后，水分被大米吸收，鍋底的溫度會超過103℃，這時開關按鈕不會跳起D．常壓下只要鍋內(nèi)有水，鍋內(nèi)的溫度不可能到達103℃，開關按鈕就不會自動跳起【答案】BD1．熱敏電阻是傳感電路中常用的電子元件，其電阻Rt隨溫度t變化的圖線如圖甲所示。如圖乙所示電路中，熱敏電阻Rt與其他電阻構成閉合電路，水平放置的平行金屬板中帶電質(zhì)點P處于靜止狀態(tài)，不考慮電流表和電壓表對電路的影響，當Rt所在處溫度升高時，那么A．電壓表讀數(shù)減小B．電流表讀數(shù)減小C．質(zhì)點P將向上運動D．R3上消耗的功率增大2．科學家研究發(fā)現(xiàn)，磁敏電阻〔GMR〕的阻值隨所處空間磁場的增強而增大，隨所處空間磁場的減弱而變小，如下圖電路中GMR為一個磁敏電阻，R和R2為滑動變阻器，R1和R3為定值電阻，當開關S1和S2閉合時，電容器中一帶電微粒恰好處于靜止狀態(tài)．那么A．只調(diào)節(jié)R2，當P2向下移動時，電阻R1消耗的電功率不變B．只調(diào)節(jié)R2，當P2向下移動時，帶電微粒向下運動C．只調(diào)節(jié)R，當P1向右移動時，電阻R1消耗的電功率變小D．只調(diào)節(jié)R，當P1向右移動時，帶電微粒向下運動3．為鍛煉身體，小明利用所學物理知識設計了一個電子拉力計，如下圖。輕質(zhì)彈簧右端和金屬滑片P固定在一起〔彈簧電阻不計，P與R1間的摩擦不計〕，彈簧勁度系數(shù)為100N/cm。定值電阻R0=5Ω，ab是一根長為5cm的均勻電阻絲，阻值R1=25Ω，電源輸出電壓恒為U=3V，內(nèi)阻不計，理想電流表的量程為0~0.6A。當拉環(huán)不受力時，滑片P處于a端。以下關于這個電路的說法正確的選項是A．小明在電路中連入R0的目的是保護電路B．當拉環(huán)不受力時，閉合開關后電流表的讀數(shù)為0.1AC．當拉力為400N時，電流表指針指在0.3A處D．當拉力為400N時，電流表指針指在0.5A處4．壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小，有同學利用壓敏電阻設計了判斷小車運動狀態(tài)的裝置，其工作原理如圖甲所示，將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上，中間放置一個絕緣重球，重球直徑略小于壓敏電阻和擋板間距，小車向右做直線運動的過程中，電流表示數(shù)如圖乙所示，以下判斷正確的選項是A．0~t1時間內(nèi)，小車一定做勻速直線運動B．t1~t2時間內(nèi)，小車做勻加速直線運動C．t2~t3時間內(nèi)，小車做勻加速直線運動D．t2~t3時間內(nèi)，小車做勻速直線運動5．如圖為用電源、電磁繼電器、滑動變阻器、綠燈泡、小電鈴、半導體熱敏電阻、開關、導線等組成的一個高溫報警器電路圖，要求是：正常情況綠燈亮，有險情時電鈴報警，那么圖中的甲、乙、丙分別是A．小電鈴、半導體熱敏電阻、綠燈泡B．半導體熱敏電阻、小電鈴、綠燈泡C．綠燈泡、小電鈴、半導體熱敏電阻D．半導體熱敏電阻、綠燈泡、小電鈴6．高溫超導限流器被公認為目前最好的，且惟一行之有效的短路故障電流限制裝置。中國科學院電工研究所完成了一種具有自主知識產(chǎn)權的高溫超導限流器樣機的研制工作，并于2023年初在湖南進行并網(wǎng)掛機實驗。超導限流器由超導部件和限流電阻并聯(lián)組成，如下圖。超導部件有一個超導臨界電流IC，當通過限流器的電流I>IC時，將造成超導體失超，從超導態(tài)〔電阻為零〕轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)〔純電阻〕，來限制電力系統(tǒng)故障電流。超導部件的正常態(tài)電阻為R1=3Ω，超導臨界電流IC=1.2A，限流電阻R2=6Ω，小燈泡L標有“6V6W〞，電源電動勢E=8V，內(nèi)阻r=2Ω，原來電路正常工作，現(xiàn)L突然短路，那么A．短路前通過R1的電流為AB．超導部件將由超導態(tài)轉(zhuǎn)為正常態(tài)C．短路后通過R1的電流為AD．短路后通過R1的電流為2A7．氧化錫傳感器主要用于汽車尾氣中一氧化碳濃度的檢測，它的電阻隨一氧化碳濃度的變化而變化。在如圖甲所示的電路中，不同的一氧化碳濃度對應著傳感器的不同電阻，這樣，電壓表的指針位置就與一氧化碳濃度有了對應關系，觀察電壓表指針就能判斷一氧化碳濃度是否超標。有一種氧化錫傳感器，其技術資料中給出的是電導〔即電阻的倒數(shù)〕和CO濃度的關系曲線，如圖乙所示。在以下表示一氧化碳濃度c與電壓表示數(shù)U0之間關系的圖象中正確的選項是8．工業(yè)生產(chǎn)中需要物料配比的地方常用“吊斗式〞電子秤，圖甲所示的是“吊斗式〞電子秤的結構圖，其中實現(xiàn)稱質(zhì)量的關鍵元件是拉力傳感器。拉力傳感器的內(nèi)部電路如下圖，R1、R2、R3是定值電阻，R1=20kΩ，R2=10kΩ，R0是對拉力敏感的應變片電阻，其電阻值隨拉力變化的圖象如圖乙所示，料斗重1×103N，沒裝料時Uba=0，重力加速度g取10m/s2。以下說法中正確的選項是A．R3阻值為40kΩB．裝料時，R0的阻值逐漸變大，Uba逐漸變小C．拉力越大應變片電阻阻值越大，Uba傳感器的示數(shù)也越大D．應變片作用是把物體形變這個力學量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學量9．電動自行車是一種應用廣泛的交通工具，其速度控制是通過轉(zhuǎn)動右把手實現(xiàn)的，這種轉(zhuǎn)動把手稱“霍爾轉(zhuǎn)把〞，屬于傳感器非接觸控制。轉(zhuǎn)把內(nèi)部有永久磁鐵和霍爾器件等，截面如圖甲。開啟電源時，在霍爾器件的上下面之間加一定的電壓，形成電流，如圖乙。隨著轉(zhuǎn)把的轉(zhuǎn)動，其內(nèi)部的永久磁鐵也跟著轉(zhuǎn)動，霍爾器件能輸出控制車速的電壓，電壓與車速關系如圖丙。以下關于“霍爾轉(zhuǎn)把〞的表達中正確的選項是A．為提高控制的靈敏度，永久磁鐵的上、下端分別為N、S極B．按圖甲順時針轉(zhuǎn)動電動車的右把手，車速將變快C．圖乙中從霍爾器件的左、右側(cè)面輸出控制車速的霍爾電壓D．假設霍爾器件的上、下面間所加電壓正負極性對調(diào)，將影響車速控制10．〔2023海南卷〕圖〔a〕所示，理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為4:1，RT為阻值隨溫度升高而減小的熱敏電阻，R1為定值電阻，電壓表和電流表均為理想交流電表。原線圈所接電壓u隨時間t按正弦規(guī)律變化，如圖〔b〕所示。以下說法正確的選項是A．變壓器輸入、輸出功率之比為4:1B．變壓器原、副線圈中的電流強度之比為1:4C．u隨t變化的規(guī)律為u=51sin(50πt)〔國際單位制〕D．假設熱敏電阻RT的溫度升高，那么電壓表的示數(shù)不變，電流表的示數(shù)變大11．〔2023江蘇卷〕電吉他中電拾音器的根本結構如下圖，磁體附近的金屬弦被磁化，因此弦振動時，在線圈中產(chǎn)生感應電流，電流經(jīng)電路放大后傳送到音箱發(fā)出聲音，以下說法正確的有A．選用銅質(zhì)弦，電吉他仍能正常工作B．取走磁體，電吉他將不能正常工作C．增加線圈匝數(shù)可以增大線圈中的感應電動勢D．弦振動過程中，線圈中的電流方向不斷變化12．〔2023浙江卷〕如下圖為一種常見的身高體重測量儀。測量儀頂部向下發(fā)射波速為v的超聲波，超聲波經(jīng)反射后返回，被測量儀接收，測量儀記錄發(fā)射和接收的時間間隔。質(zhì)量為M0的測重臺置于壓力傳感器上，傳感器輸出電壓與作用在其上的壓力成正比。當測重臺沒有站人時，測量儀記錄的時間間隔為t0，輸出電壓為U0，某同學站上測重臺，測量儀記錄的時間間隔為t，輸出電壓為U，那么該同學身高和質(zhì)量分別為A．v(t0–t)，B．v(t0–t)，C．v(t0–t)，D．v(t0–t)，13．〔2023上海卷〕監(jiān)控系統(tǒng)控制電路如下圖，開關S閉合時，系統(tǒng)白天和晚上都工作，開關S斷開時，系統(tǒng)僅晚上工作。在電路中虛框處分別接入光敏電阻〔受光照時阻值減小〕和定值電阻，那么電路中A．C是“與門〞，A是光敏電阻B．C是“與門〞，B是光敏電阻C．C是“或門〞，A是光敏電阻D．C是“或門〞，B是光敏電阻14．〔2023江蘇卷〕如下圖，導電物質(zhì)為電子的霍爾元件位于兩串聯(lián)線圈之間，線圈中電流為I，線圈間產(chǎn)生勻強磁場，磁感應強度大小B與I成正比，方向垂直于霍爾元件的兩側(cè)面，此時通過霍爾元件的電流為IH，與其前后外表相連的電壓表測出的霍爾電壓UH滿足：，式中k為霍爾系數(shù)，d為霍爾元件兩側(cè)面間的距離。電阻R遠大于RL，霍爾元件的電阻可以忽略，那么A．霍爾元件前外表的電勢低于后外表B．假設電源的正負極對調(diào)，電壓表將反偏C．IH與I成正比D．電壓表的示數(shù)與RL消耗的電功率成正比15．〔2023江蘇卷〕某同學通過實驗制作一個簡易的溫控裝置，實驗原理電路圖如下圖，繼電器與熱敏電阻Rt、滑動變阻器R串聯(lián)接在電源E兩端，當繼電器的電流超過15mA時，銜鐵被吸合，加熱器停止加熱，實現(xiàn)溫控。繼電器的電阻約為20Ω，熱敏電阻的阻值Rt與溫度t的關系如下表所示〔1〕提供的實驗器材有：電源E1〔3V，內(nèi)阻不計〕、電源E2〔6V，內(nèi)阻不計〕、滑動變阻器R1〔0~200Ω〕、滑動變阻器R2〔0~500Ω〕、熱敏電阻Rt，繼電器、電阻箱〔0~999.9Ω〕、開關S、導線假設干。為使該裝置實現(xiàn)對30~80℃之間任一溫度的控制，電源E應選用_____〔選填“E1〞或“E2〞〕，滑動變阻器R應選用_____〔選填“R1〞或“R2〞〕?！?〕實驗發(fā)現(xiàn)電路不工作。某同學為排查電路故障，用多用電表測量各接點間的電壓，那么應將如下圖的選擇開關旋至_____〔選填“A〞、“B〞、“C〞或“D〞〕。〔3〕合上開關S，用調(diào)節(jié)好的多用電表進行排查，假設只有b、c間斷路，那么應發(fā)現(xiàn)表筆接入a、b時指針________〔選填“偏轉(zhuǎn)〞或“不偏轉(zhuǎn)〞〕，接入a、c時指針________〔選填“偏轉(zhuǎn)〞或“不偏轉(zhuǎn)〞〕?！?〕排除故障后，欲使銜鐵在熱敏電阻為50℃時被吸合，以下操作步驟正確順序是_______________〔填寫各步驟前的序號〕。①將熱敏電阻接入電路②觀察到繼電器的銜鐵被吸合③斷開開關，將電阻箱從電路中移除④合上開關，調(diào)節(jié)滑動變阻器的阻值⑤斷開開關，用電阻箱替換熱敏電阻，將阻值調(diào)至108.1Ω1．A【解析】當Rt所在處溫度升高時，Rt減小，電路總電阻減小，電流變大，路端電壓減小，R1電壓變大，電容器兩端電壓減小，那么質(zhì)點P將向下運動，C錯誤；R3兩端電壓減小，R3上消耗的功率減小，D錯誤；R3電流減小，那么電流表讀數(shù)變大，B錯誤；R2電流變大，兩端電壓變大，那么電壓表讀數(shù)變小，A正確。3．ABC【解析】假設電路無電阻R0，且P在b端時，電源短路，連入R0的目的是保護，A正確；當拉環(huán)不受力時，P在a端，電路中電流，B正確；當拉力為400N時，彈簧伸長量，那么電阻絲連入電路的電阻，電路中電流，C正確，D錯誤。4．C【解析】0~t1時間內(nèi)，I不變，壓力恒定，小車做勻加速直線運動，A錯誤；t1~t2時間內(nèi)，I變大，壓敏電阻阻值變小，壓力變大，小車做加速度增大的加速運動，B錯誤；t2~t3時間內(nèi)，I不變，壓力恒定，小車做勻加速直線運動，C正確，D錯誤。5．B【解析】甲為半導體熱敏電阻，控制電路電流，使電磁鐵產(chǎn)生磁力；常溫下熱敏電阻阻值較大，電流較小，電磁鐵磁性較弱，不能將銜鐵吸下，此時綠燈所在電路接通，綠燈亮，所以丙為綠燈；高溫時，熱敏電阻阻值較小，電流較大，電磁鐵磁性較強，將銜鐵吸下，此時小電鈴所在電路接通，電鈴響，所以乙為小電鈴；選B。6．BC【解析】小燈泡L的電阻RL==6Ω，短路前R1處于超導態(tài)，電阻為零，R2被R1短路，電路總電阻R=RL+r=8Ω，總電流I==1A，A錯誤；當L突然短路后，電路總電阻r=2Ω，總電流Ir==4A>IC，超導部件由超導態(tài)轉(zhuǎn)為正常態(tài)，B正確；此時電路總電阻R′=+r=4Ω，電流I′==2A，通過R1的電流，C正確，D錯誤。7．D【解析】由圖乙可知，氧化錫傳感器的電導，氧化錫傳感器的電阻，隨著c變大，R1變小，電流變大，U0變大，但c與U0不成正比關系，正相關，選D。8．AC【解析】沒裝料時，由Uba=0，可得，此時R0=20kΩ，那么R3=40kΩ，A正確；裝料時，a點電勢不變，R0逐漸增大，支路電流減小，R3兩端電壓減小，即b點電勢增大，所以Uba逐漸增大，B錯誤，C正確；應變片作用是把拉力這個力學量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學量，D錯誤。器件的上、下面間所加電壓正負極性對調(diào)，從霍爾器件輸出的控制車速的電壓正負號相反，但由圖丙