人教版高中物理舉一反三-選擇性必修二5.1傳感器（原卷版）

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(diǎn)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(xué)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(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以很方便地進(jìn)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(xué)傳感器：離子傳感器、氣體傳感器（利用電化學(xué)反應(yīng)原理，把無機(jī)或有機(jī)化學(xué)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(xì)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(xué)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(xué)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(dǎo)體材料，無光照時，載流子極少，導(dǎo)電性能差；隨著光照的增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機(jī)械形變（伸長或縮短）時，其電阻隨著它所受機(jī)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(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)（當(dāng)單晶體導(dǎo)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(xí)】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(dǎo)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(dǎo)通或斷開。為了實(shí)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2．如圖所示，厚度為、寬為的金屬導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為的勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)電流通過金屬導(dǎo)體板時，在金屬導(dǎo)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(shí)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(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)時，金屬導(dǎo)體板上側(cè)面的電勢一定高于下側(cè)面的電勢B．達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)時，金屬導(dǎo)體板上側(cè)面的電勢一定低于下側(cè)面的電勢C．增大導(dǎo)體的厚度時，之間的電勢差將變大D．增大磁感應(yīng)強(qiáng)度時，之間的電勢差將變小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(diǎn)，滿載時滑片P位于B點(diǎn)，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(jìn)行校正D．若將一個電阻與電壓表串聯(lián)，可增大地磅量程4．關(guān)于下列四幅圖中的儀器所涉及的物理學(xué)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(diǎn)5．下列傳感器能夠?qū)⒘W(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的是（

）A．

光敏電阻B．

干簧管C．

電阻應(yīng)變片D．

霍爾元件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(yuǎn)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(zhǔn)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8．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(dāng)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(dāng)減小、增大，則電壓表示數(shù)一定增大9．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(qiáng)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(qiáng)弱時，元件的工作面應(yīng)保持水平10．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(jī)拍攝到的野外東北豹的照片，圖乙是雷達(dá)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(jī)是利用紅外線的熱效應(yīng)進(jìn)行成像B．雷達(dá)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(diǎn)C．自動計數(shù)器中的光敏電阻可以將光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量D．霍爾元件可以把電學(xué)量轉(zhuǎn)化為磁學(xué)量11．電容式加速度傳感器在安全氣囊、手機(jī)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(yùn)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(yùn)動，則電路中有由a向b的電流D．若傳感器運(yùn)動時向右的加速度逐漸增大，則電路中有由a向b的電流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(dāng)環(huán)境溫度正常時，繼電器與上觸點(diǎn)接觸，下觸點(diǎn)分離，指示燈亮；當(dāng)環(huán)境溫度超過某一值時，繼電器與下觸點(diǎn)接觸，上觸點(diǎn)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(dāng)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(dāng)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。13．“飲酒不開車”是司機(jī)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(dāng)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(dāng)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(jī)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”）14．利用二氧化錫半導(dǎo)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(rèn)酒駕標(biāo)準(zhǔn)為“”，醉駕標(biāo)準(zhǔn)為“”。現(xiàn)有器材：A．二氧化錫半導(dǎo)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(dǎo)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(biāo)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(biāo)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）。15．溫控箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它是由熱敏電阻、滑動變阻器R、電磁繼電器、電源E、開關(guān)S串聯(lián)組成的控制電路和另一電源與電熱絲串聯(lián)組成的工作電路兩部分構(gòu)成。熱敏電阻。的阻值與溫度t的關(guān)系如下表。當(dāng)電磁繼電器的電流達(dá)到或者超過10mA時，銜鐵被吸合，電熱絲停止加熱，實(shí)現(xiàn)溫度控制。實(shí)驗室提供的器材有：電源E（電動勢9V，內(nèi)阻不計）；滑動變阻器（）；滑動變阻器（）；熱敏電阻；電磁繼電器（線圈電阻）；電阻箱（）；開關(guān)S、導(dǎo)線若干。（1）若要電磁繼電器吸合銜鐵、控制溫度，則控制電路中的總電阻應(yīng)滿足。為使該裝置實(shí)現(xiàn)對之間任一溫度的控制，滑動變阻器R應(yīng)選擇（選填“”或“”