人教版高中物理舉一反三-選擇性必修二5.1傳感器（解析版）

傳感器原卷版目錄TOC\o"1-1"\h\u一、傳感器 1【傳感器知識點梳理】一、傳感器1.傳感器是指這樣一類器件或裝置：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等被測量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號輸出。通常轉(zhuǎn)換成可用信號是電壓、電流等電學量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。把非電學量轉(zhuǎn)換為電學量，可以很方便地進行測量、傳輸、處理和控制二、傳感器的種類1.物理傳感器：力傳感器、磁傳感器、聲傳感器（利用物質(zhì)的物理特性或物理效應(yīng)）2.化學傳感器：離子傳感器、氣體傳感器（利用電化學反應(yīng)原理，把無機或有機化學物質(zhì)的成分、濃度等轉(zhuǎn)換為電信號）3.生物傳感器：酶傳感器、微生物傳感器、細胞傳感器（利用生物活性物質(zhì)的選擇性來識別和測定生物化學性質(zhì)）三、傳感器的組成1.組成：基本部分一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件組成（1）敏感元件（檢測）：是指能直接感受或響應(yīng)外界被測非電學量的部分（2）轉(zhuǎn)換元件（轉(zhuǎn)換）：是指能將敏感元件輸出的信號直接轉(zhuǎn)換成電信號的部分四、光敏電阻1.光敏電阻是光電傳感器中常見的光敏元件2.光敏電阻在被光照射時電阻發(fā)生變化，原因是：硫化鎘是一種半導體材料，無光照時，載流子極少，導電性能差；隨著光照的增強，載流子增多，導電性變好。五、金屬熱電阻和熱敏電阻1.金屬熱電阻和熱敏電阻就是傳感器中常見的感知溫度的敏感元件2.熱電阻：用金屬絲可以制作溫度傳感器3.熱敏電阻：用半導體材料制作熱敏電阻六、電阻應(yīng)變片1.電阻應(yīng)變片：是一種使用非常廣泛的力敏元件2.金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)：金屬導體在外力作用下發(fā)生機械形變（伸長或縮短）時，其電阻隨著它所受機械形變的變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。3.原理：工作原理基于半導體材料的壓阻效應(yīng)（當單晶體導體材料沿某一軸向受到外力作用時，其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)）【傳感器舉一反三練習】1．如圖所示為某個恒溫箱控溫電路的一部分。其中水銀溫度計內(nèi)的水銀為導電材料，下面金屬絲B與水銀接觸，上方金屬絲A則可以根據(jù)需要上下調(diào)整?？刂撇糠值暮诵膭t是一個電磁繼電器，其在通電后會吸引金屬片從而使得加熱電路（圖中未畫出）導通或斷開。為了實現(xiàn)控溫效果，加熱電路應(yīng)接在端；為提升恒溫箱的溫度，應(yīng)將金屬絲（）A．AB；上升 B．AB；下降 C．CD；上升 D．CD；下降【答案】A【詳解】通電后當恒溫箱內(nèi)的溫度未達到導電溫度計金屬絲所指示的溫度時，此時電磁繼電器無磁性，銜鐵與AB相連，電熱絲被連接在電路中，使恒溫箱內(nèi)溫度升高。為提高恒溫箱溫度，即加熱絲加熱使水銀溫度計內(nèi)水銀上升高度變高后才斷開，因此應(yīng)將金屬絲上升。故選A。2．如圖所示，厚度為、寬為的金屬導體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強度為的勻強磁場中，當電流通過金屬導體板時，在金屬導體板的上側(cè)面和下側(cè)面之間會產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。實驗表明，電勢差、電流和的關(guān)系為，式中的比例系數(shù)稱為霍爾系數(shù)。下列說法正確的是（）A．達到穩(wěn)定的狀態(tài)時，金屬導體板上側(cè)面的電勢一定高于下側(cè)面的電勢B．達到穩(wěn)定的狀態(tài)時，金屬導體板上側(cè)面的電勢一定低于下側(cè)面的電勢C．增大導體的厚度時，之間的電勢差將變大D．增大磁感應(yīng)強度時，之間的電勢差將變小【答案】B【詳解】AB．金屬導體板上的電流是帶負電的電子定向移動形成的，當電流如圖所示時，根據(jù)左手定則，電子受到的洛倫茲力方向向上，所以上極板聚集負電荷，則達到穩(wěn)定的狀態(tài)時，金屬導體板上側(cè)面的電勢一定低于下側(cè)面的電勢。A錯誤，B正確；C．根據(jù)可知，之間的電勢差與導體的厚度無關(guān)。C錯誤；D．根據(jù)可知，增大磁感應(yīng)強度時，之間的電勢差增大。D錯誤。故選B。3．地磅工作原理圖如圖所示，地磅空載時變阻器滑片P位于A點，滿載時滑片P位于B點，彈簧始終處于彈性限度內(nèi)。下列說法正確的是（）A．電壓表兩端電壓與被測汽車的質(zhì)量成反比B．電池長時間使用后，稱量值會偏小C．若稱量值偏小，可在上串聯(lián)一個電阻進行校正D．若將一個電阻與電壓表串聯(lián)，可增大地磅量程【答案】B【詳解】A．設(shè)變阻器AB的總電阻為R，總長度為L，根據(jù)閉合電路歐姆定律得：E=I（R+R0+r）設(shè)AP之間的距離為x，由歐姆定律得汽車平衡時，由平衡條件得mg=2kx聯(lián)立解得從公式可以看出：電壓表兩端電壓U與被測汽車的質(zhì)量m成正比，故A錯誤；B．電池長時間使用后，內(nèi)阻會變大，導致電流減小，AP上的電壓減小，所以稱量值會偏小，故B正確。C．若稱量值偏小，可以通過在R0上并聯(lián)一個電阻，回路中總電阻變小，總電流增大，可變電阻上的電壓增大，使稱量值不變，故C錯誤；D．若將一個電阻與電壓表串聯(lián)，AP之間的最大電壓不受此電阻的影響，沒有辦法增大地磅量程，故D錯誤。故選B。4．關(guān)于下列四幅圖中的儀器所涉及的物理學原理說法中正確的是（

）

A．圖甲裝置霍爾元件左右移動時，能產(chǎn)生霍爾電壓的原理是電磁感應(yīng)B．圖乙中物體向左移，則電容器的電容變小C．圖丙，火災(zāi)報警器利用了煙霧顆粒對光的散射D．圖丁，紅外線體溫計利用了物體溫度越高，輻射波長越長的特點【答案】C【詳解】A．霍爾元件左右移動時，能產(chǎn)生霍爾電壓的原理是帶電粒子在磁場中受洛倫茲力發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故A錯誤；B．物體向左移，插入電容器的電介質(zhì)增加，電容器的電容變大，故B錯誤；C．火災(zāi)報警器利用了煙霧顆粒對光的散射，故C正確；D．紅外線體溫計利用了物體溫度越高，輻射的紅外線越強的原理，故D錯誤。故選C。5．下列傳感器能夠?qū)⒘W量轉(zhuǎn)換為電學量的是（

）A．

光敏電阻B．

干簧管C．

電阻應(yīng)變片D．

霍爾元件【答案】C【詳解】A．光敏電阻是將光強轉(zhuǎn)化為電學量，故A錯誤；B．干簧管是將磁學量轉(zhuǎn)化為電學量，故B錯誤；C．電阻應(yīng)變片是在外力的作用下產(chǎn)生機械形變，其電阻發(fā)生相應(yīng)變化，從而將力學量轉(zhuǎn)換為電學量，故C正確；D．霍爾元件是將磁學量轉(zhuǎn)化為電學量，故D錯誤。故選C。6．關(guān)于下列四種傳感器的說法中正確的是（）甲∶裝有酒精氣體傳感器的酒駕檢測儀乙∶監(jiān)測水中懸浮顆粒污染程度的監(jiān)測器丙∶自動門上的傳感器丁∶測量血壓的壓力傳感器A．酒精乞體傳感器主要由感應(yīng)器、壓力傳感器、電阻、電容等組成的B．監(jiān)測水中懸浮顆粒污染程度的監(jiān)測器是利用熱敏電阻和壓力傳感器制造而成的C．自動門上的傳感器，能探測到較遠距離的人體發(fā)出的微弱紅光D．測量血壓的壓力傳感器是把壓力信號轉(zhuǎn)化為光信號的一種裝置【答案】A【詳解】A．酒精氣體傳感器主要由感應(yīng)器、壓力傳感器、電阻、電容等組成的，故A正確；B．監(jiān)測水中懸浮顆粒污染程度的監(jiān)測器是利用光敏電阻制造而成的，故B錯誤；C．自動門上的傳感器是一種紅外線傳感器，能探測到較遠距離的人體發(fā)出的微弱紅外線，故C錯誤；D．測量血壓的壓力傳感器是把壓力信號轉(zhuǎn)化為電信號的一種裝置，故D錯誤。故選A。7．如圖，是一種電感式微小位移傳感器的原理圖。1是待測位移的物體，3是空心線圈，軟鐵芯2部分插在線圈3中，并且可以隨著物體1在線圈中左右平移。要能夠準確反映出物體1的左右位置變化，那么應(yīng)該在a、b間連接的是（）A．在a、b間串接干電池和靈敏電流計B．在a、b間接靈敏電流計C．在a、b間串接交流電源和靈敏電流計D．在a、b間電壓表【答案】C【詳解】根據(jù)題意可知，軟鐵芯2隨著物體1向左平移，可以使線圈3的自感系數(shù)增大，同理軟鐵芯2隨著物體1向右平移，可以使線圈3的自感系數(shù)減小，這一變化通過轉(zhuǎn)換電路和檢測電路輸出電流，就得到了被測物體位移的變化，則應(yīng)將線圈3與靈敏電流計串聯(lián)后與交流電源相連，線圈自感系數(shù)的變化將使它對交變電流的感抗發(fā)生變化，從而引起電路中電流的變化，再由靈敏電流計顯現(xiàn)出來。故選C。8．（多選）如圖所示，載流子為電子的霍爾元件樣品置于磁場中，表面與磁場方向垂直，圖中的1、2、3、4是霍爾元件上的四個接線端。當開關(guān)、閉合后，三個電表都有明顯示數(shù)，下列說法正確的是（）A．通過霍爾元件的磁場方向向下B．接線端2的電勢低于接線端4的電勢C．同時將電源，反向，電壓表的示數(shù)將相反D．若適當減小、增大，則電壓表示數(shù)一定增大【答案】AB【詳解】A．由安培定則可判斷出左側(cè)線圈產(chǎn)生的磁場方向向上，經(jīng)鐵芯后在霍爾元件處的磁場方向向下，故A正確；B．通過霍爾元件的磁場方向向下，由左手定則可知，霍爾元件中導電物質(zhì)受到的磁場力向右，導電物質(zhì)偏向接線端2，導電物質(zhì)為電子，則接線端2的電勢低于接線端4的電勢，故B正確；C．僅將電源E1、E2反向接入電路，磁場反向，電流反向，霍爾元件中導電物質(zhì)受到的磁場力不變，電壓表的示數(shù)不變，故C錯誤；D．若適當減小R1，電流產(chǎn)生的磁場增強，通過霍爾元件的磁場增強；增大R2，流過霍爾元件的電流減弱；霍爾元件產(chǎn)生電壓可能減小，電壓表示數(shù)可能減小，故D錯誤。故選AB。9．（多選）如圖所示是霍爾元件的工作原理示意圖，磁場垂直于霍爾元件的工作面向上，通入圖示方向的電流I，C、D兩側(cè)面間會產(chǎn)生電勢差，下列說法中正確的是（）A．電勢差的大小僅與磁感應(yīng)強度有關(guān)B．若霍爾元件的載流子是自由電子，則電勢φC>φDC．僅增大電流I時，電勢差變大D．在測定地球赤道上方的地磁場強弱時，元件的工作面應(yīng)保持水平【答案】BC【詳解】AC．根據(jù)CD間存在電勢差，之間就存在電場，電子在電場力和洛倫茲力作用下處于平衡，設(shè)霍爾元件的長寬高分別為a、b、c，有又I=nqvS=nqvbc可得n由材料決定，故U不僅與材料有關(guān)還與厚度c成反比，同時還與磁場B與電流I有關(guān)，A錯誤、C正確。B．根據(jù)左手定則，電子向D側(cè)面偏轉(zhuǎn)，D表面帶負電，C表面帶正電，所以C表面的電勢高，則UCD>0即有φC>φD．B正確。D．在測定地球赤道上方的地磁場強弱時，應(yīng)將元件的工作面保持豎直，讓磁場垂直通過，D錯誤。故選BC。10．（多選）應(yīng)用物理原理制成的儀器設(shè)備可用于我們生活中的很多方面。圖甲是夜晩用紅外觸發(fā)相機拍攝到的野外東北豹的照片，圖乙是雷達天線，圖丙為生產(chǎn)線上使用的自動計數(shù)器，圖丁為霍爾元件，下列說法中正確的是（）

A．紅外觸發(fā)相機是利用紅外線的熱效應(yīng)進行成像B．雷達可用于測定物體位置，是利用長波波長較長、衍射現(xiàn)象明顯的特點C．自動計數(shù)器中的光敏電阻可以將光學量轉(zhuǎn)化為電學量D．霍爾元件可以把電學量轉(zhuǎn)化為磁學量【答案】AC【詳解】A．紅外線能使被照射的物體發(fā)熱，具有熱效應(yīng)，紅外觸發(fā)相機就是利用紅外線的熱效應(yīng)，故A正確；B．雷達是利用測微波來測定物體位置的無線電設(shè)備，是利用微波波長較短、衍射現(xiàn)象不明顯的特點，故B錯誤；C．光敏電阻隨著光照強弱不同，電阻不同，可以通過遮光情況對流水線上的產(chǎn)品計數(shù)，將光照強弱這個光學量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學量，故C正確；D．霍爾元件可以把磁學量轉(zhuǎn)化為電學量，故D錯誤。故選AC。11．（多選）電容式加速度傳感器在安全氣囊、手機移動設(shè)備等方面應(yīng)用廣泛，其工作原理簡化為如圖所示的示意圖。質(zhì)量塊左側(cè)連接輕質(zhì)彈簧，右側(cè)連接電介質(zhì)。彈簧與電容器固定在外框上，質(zhì)量塊可帶動電介質(zhì)移動以改變電容器的電容，則下列說法正確的是（）

A．電介質(zhì)插入極板間越深，電容器的電容越大B．若傳感器以恒定加速度向左運動，則電路中有由a向b的電流C．若傳感器以恒定加速度向右運動，則電路中有由a向b的電流D．若傳感器運動時向右的加速度逐漸增大，則電路中有由a向b的電流【答案】AD【詳解】A．電介質(zhì)插入極板間越深，根據(jù)電容的決定式可知此時介電常數(shù)越大，故電容器的電容越大，故A正確；BC．若傳感器以恒定加速度向左運動或者向右運動，可知此時彈簧長度保持不變，電容器中電介質(zhì)的長度不變，電容器電容不變，帶電量不變，故電路中無電流，故BC錯誤；D．若傳感器運動時向右的加速度逐漸增大，此時彈簧長度逐漸變短，電容器中電介質(zhì)的長度變短，故電容器的電容越來越小，電容器兩端的電壓不變等于電源電動勢，根據(jù)可知電容器的帶電量在減小，電容器在放電，電路中有由a向b的電流，故D正確。故選AD。12．小明利用熱敏電阻設(shè)計了一個“過熱自動報警電路”，如圖甲所示。將熱敏電阻安裝在需要探測溫度的地方，當環(huán)境溫度正常時，繼電器與上觸點接觸，下觸點分離，指示燈亮；當環(huán)境溫度超過某一值時，繼電器與下觸點接觸，上觸點分離，警鈴響。圖甲中繼電器的供電電壓，繼電器線圈用漆包線繞成，其電阻為。當線圈中的電流大于等于時，繼電器的銜鐵將被吸合，警鈴響。圖乙是熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖像。（1）由圖乙可知，當環(huán)境溫度升高時，熱敏電阻阻值將，繼電器的磁性將（均選填“增大”、“減小”或“不變”）。（2）圖甲中警鈴的接線柱C應(yīng)與接線柱相連。（均選填“”或“”）。（3）請計算說明，環(huán)境溫度在大于℃時，警鈴報警?！敬鸢浮繙p小增大B80℃【詳解】（1）[1][2]分析圖乙圖像發(fā)現(xiàn)：溫度升高時，熱敏電阻阻值減小。根據(jù)歐姆定律，熱敏電阻阻值減小，電路中電流就會增大，電磁鐵的磁性就會增大。（2）[3]因當環(huán)境溫度超過某一值時，繼電器的下觸點接觸，上觸點分離，警鈴響，所以警鈴的接線柱C應(yīng)與接線柱B連，指示燈的接線柱D應(yīng)與接線柱A相連。（3）[4]當線圈中的電流I=50mA=0.05A時，繼電器的銜鐵將被吸合，警鈴報警控制電路的總電阻熱敏電阻由圖乙可知，此時所以當溫度時，警鈴報警。13．“飲酒不開車”是司機必須遵守的交通法規(guī)。圖甲是呼氣式酒精檢測儀的簡化電路原理圖。圖中電源電動勢。，內(nèi)阻不計，電壓表量程為0~15V且內(nèi)阻很大，電阻箱的阻值范圍為0~999Ω，為酒精氣體傳感器，其阻值隨氣體中酒精濃度的變化規(guī)律如圖乙所示。規(guī)定氣體中酒精濃度在：，之間為酒駕，等于或超過，為醉駕。測試儀使用前應(yīng)先調(diào)零，即當氣體中酒精濃度為0時，調(diào)節(jié)電阻箱，使電壓表的示數(shù)調(diào)零后的值保持不變。（1）調(diào)零后接入電路中的阻值為Ω。（保留三位有效數(shù)字）（2）當電壓表示數(shù)時，消耗的電功率為W。（保留兩位有效數(shù)字）（3）在某次檢測中，電壓表示數(shù)，經(jīng)分析該司機屬于。（填“正?！薄熬岂{”或“醉駕”）（4）若電池使用時間較長，有明顯的內(nèi)阻，則測出酒精的濃度將（填“偏大”“偏小”或“不變”）【答案】200酒駕偏小【詳解】（1）[1]根據(jù)圖乙知調(diào)零后為100Ω，根據(jù)閉合電路歐姆定律，推得接入電路中的阻值為（2）[2]當電壓表示數(shù)時，兩端電壓為2V,回路中的電流為故消耗的電功率為（3）[3]在某次檢測中，電壓表示數(shù)，兩端電壓為2.5V,回路中的電流為此時在電路中的阻值為對照圖乙查詢知氣體中酒精濃度在之間，故司機屬于酒駕。（4）[4]若電池使用時間較長，有明顯的內(nèi)阻，則測出的偏大，則測出的酒精的濃度將偏小。14．利用二氧化錫半導體型酒精傳感器組裝一個酒精測試儀，已知該傳感器電阻隨酒精濃度變化規(guī)律如圖甲所示。國際公認酒駕標準為“”，醉駕標準為“”。現(xiàn)有器材：A．二氧化錫半導體型傳感器B．直流電源（電動勢為，內(nèi)阻不計）C．電壓表V（量程為，內(nèi)阻非常大，作為濃度表使用）D．電阻箱R（最大阻值為）E．定值電阻（阻值為）F．定值電阻（阻值為）G．單刀雙擲開關(guān)一個，導線若干（1）圖乙是酒精測試儀電路圖，電路中應(yīng)選用定值電阻（選填或）；（2）按照下列步驟調(diào)節(jié)此測試儀：①電路接通前，先將電阻箱調(diào)為，然后開關(guān)向（選填“c”或“d”）端閉合，將電壓表此時指針對應(yīng)的電壓刻度標記為；②逐步減小電阻箱的阻值，電壓表的示數(shù)不斷變大，按照甲圖數(shù)據(jù)將電壓表上電壓刻度線都標記為對應(yīng)的“酒精濃度”；③將開關(guān)向另一端閉合，酒精測試儀即可正常使用。（3）將可正常使用的酒精測試儀靠近酒精瓶口，電壓表如圖丙，則定值電阻兩端電壓=V，此時流過傳感器的電流A（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。【答案】c1.200.120【詳解】（1）[1]對乙圖根據(jù)閉合電路歐姆定律可得電壓表讀數(shù)為電壓表量程為，有根據(jù)甲圖可知代入數(shù)值解得所以選擇。（2）[2][3]本實驗中利用變阻箱阻值和傳感器電阻值進行等效替換，所以將電阻箱調(diào)為后，需將電阻箱接入電路，即開關(guān)向