第五章 第1节 传感器及其工作原理 第2节 传感器的应用-【高中必刷题】2024-2025学年新教材高中物理选择性必修第二册同步课件（粤教版2019）

物理 选择性必修 第二册 YJ 1 2 第一节 传感器及其工作原理 第二节 传感器的应用 刷基础 2 1.[浙江宁波北仑中学2024高二上期中] 下列关于传感器元件说法正确的是( ) D 甲 乙 丙 丁 A.如图甲，当磁体靠近干簧管时，干簧管能起到开关的作用是由于电磁感应 B.如图乙是一种电感式微小位移传感器，物体1连接软铁芯2插在空心线圈3中，当物体1向右发生 微小位移时，线圈自感系数变大 C.如图丙是一光敏电阻，当强光照射时，电阻变大 D.如图丁，力 越大，金属梁弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大 题型1 传感器的原理 3 解析 干簧管是一种能够感知磁场的传感器，当外部有磁场靠近时，两个簧片被磁化后吸合到一 起，开关导通；当外部磁场远离时，簧片逐渐退磁断开，开关断开，经常被用于控制电路的通断， A错误.当物体1向右发生微小位移时，铁芯插入空心线圈的长度变小，线圈自感系数变小，B错误. 当有强光照射时，光敏电阻阻值变小，C错误.力 越大，金属梁弯曲形变越大，应变片的电阻变 化就越大，D正确. 题型1 传感器的原理 4 【关键点拨】解决传感器类问题，要注意传感器感受到的是哪种物理量，还要注意敏感元件输出 的是哪种物理量信号. 题型1 传感器的原理 5 2.（多选）话筒内有传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个 轻小的金属线圈，线圈处于永久磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为 电信号，下列说法正确的是( ) BC A.该传感器是根据电流的磁效应工作的 B.该传感器是根据电磁感应原理工作的 C.膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不断变化 D.膜片振动时，金属线圈中产生的感应电动势保持不变 题型1 传感器的原理 6 解析 膜片前后振动时，线圈在永久磁体中振动，穿过金属线圈的磁通量不断变化，产生感应电 流，则该传感器是根据电磁感应原理工作的，选项A错误，B、C正确；膜片振动时，随声音的强 弱变化，膜片振动的幅度不断变化，则金属线圈中产生的感应电动势是变化的，选项D错误. 题型1 传感器的原理 7 3.[吉林长春外国语学校2023高二下期中] 如图甲所示为电磁继电器自动双向开关，当 中通入 的电流较小时，电磁铁磁性弱，与接线柱接通；当中通入的电流增大到一定数值时，与 接线柱接通.图乙为应用电磁继电器和光敏电阻实现路灯自动开关的电路图，虚线框内为接入电磁 继电器时的简化电路（、两接线柱分别与电磁继电器中接线柱或连接，与相连） 为 光敏电阻，为可调电阻，为保护电阻.开关闭合，在光线暗时对路灯 供电，光线亮时对路 灯断电并同时接通 .下列说法中正确的是( ) 甲 乙 题型2 含光敏电阻的电路分析 8 A.光敏电阻阻值随光照强度增大而增大 B.为使电路正常工作，图甲中电磁继电器的接线柱应与图乙中 接线柱连接 C.为实现节能环保，光线更暗时对路灯自动供电，可将 的阻值调小 D.当 出现断路故障时，电磁继电器将不能正常工作 √ 题型2 含光敏电阻的电路分析 9 解析 光敏电阻的阻值随光照强度增大而减小，光线较暗时，光敏电阻阻值较大，流过 的电流 较小，则题图甲中接通，由题意可知光线暗时对路灯供电，则题图乙中接通，其中 接B, 则A接，故A、B错误；电磁铁的磁性与电流的大小有关，电流小到一定值， 接通，光线更暗 时，光敏电阻的阻值更大，根据，可知流入 的电流将变小，要实现光线更暗时对 路灯自动供电，需使流入的电流更小，可将的阻值调小，故C正确；当 出现断路故障时， 不影响电磁继电器部分的电路，电磁继电器仍可以正常工作，故D错误. 题型2 含光敏电阻的电路分析 10 4.（多选）如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为 ，图中电表均为理想电 表，、 和D分别是光敏电阻（其阻值随光强增大而减小）、电感线圈和灯泡.原线圈接入如图乙 所示的正弦式交流电，电压为 ，下列说法正确的是( ) ACD 甲 乙 A.交流电的频率为 B.电压表的示数为 C.有光照射时，电流表的示数变大 D.抽出 中的铁芯，灯泡D变亮 题型2 含光敏电阻的电路分析 11 解析 由题图乙可知，所以频率 ，故A正确；电压表测副线圈两端电压， 原线圈接入电压的最大值是，所以原线圈接入电压的有效值 ，理想变压器原、 副线圈匝数比为，所以副线圈两端电压的有效值为，即电压表的示数为 ，故B错误； 有光照射时， 的阻值减小，副线圈所在电路电流增大，副线圈输出功率增大，所以原线圈输 入功率增大，原线圈所在电路电流增大，电流表的示数变大，故C正确；抽出 中的铁芯，电感线 圈的自感系数减小，电感线圈对交变电流的阻碍减小，所以灯泡D变亮，故D正确. 题型2 含光敏电阻的电路分析 12 5.[广东广州2023高二下期中] 力敏电阻的阻值 随所受压力的增大而减小.某兴趣小组利用力敏电 阻设计了判断电梯运行状态的装置，其电路如图甲所示，将力敏电阻平放在电梯内，受压面朝上， 在上面放一物体，电梯静止时电压表示数为 ，在电梯由静止开始运行的过程中，电压表的示 数变化情况如图乙所示.下列判断正确的是( ) C 甲 乙 A.电梯可能匀加速下降 B.电梯可能匀加速上升 C.电梯可能下降且加速度在变大 D.电梯可能上升且加速度在变小 题型3 力传感器的实际应用 13 解析 根据闭合电路欧姆定律得 ，结合题图乙可知，电路中的电流一直减小， 由 可知，力敏电阻的阻值一直增大，则A对力敏电阻的压力减小，A处于失重状态，则 电梯向上减速或向下加速并且加速度越来越大,故选C. 题型3 力传感器的实际应用 14 6.[辽宁沈阳东北育才学校2023高二上期末] 如图所示是电饭锅 的结构示意图.电饭锅中的感温铁氧体在常温下具有铁磁性，能 被永磁体吸引，当温度上升到约 （称为感温铁氧体的 “居里点”）时就会失去铁磁性，不能被永磁体吸引.在电饭锅 工作过程中，下列说法错误的是( ) B A.煮饭时手压开关按钮，永磁体与感温铁氧体相吸同时接通电路 B.当锅里的水分刚好被大米全部吸收时，电饭锅立即自动断电 C.当感温铁氧体的温度达到“居里点”时，电饭锅自动断电 D.若用电饭锅烧水至沸腾时，感温铁氧体与永磁体仍吸在一起 题型4 温度传感器的实际应用 15 【思路导引】电饭锅应用了温度传感器，它的主要元件是感温铁氧体，特点是在常温下具有铁磁 性，但温度升高到时便失去了铁磁性，不能被永磁体吸引，而水的沸点为 ，从而可 判定电饭锅的工作状态. 题型4 温度传感器的实际应用 16 解析 煮饭时手压开关按钮，永磁体与感温铁氧体相吸，同时接通电路，A正确；在1个标准大气 压下水的沸点是，即水在沸腾后的温度为 ，则当锅里的水分刚好被大米全部吸收时 温度还是 ，没有达到感温铁氧体的“居里点”，感温铁氧体不会失去铁磁性，则感温铁氧 体与永磁体仍吸在一起，电饭锅不会立即自动断电，B错误，D正确；当感温铁氧体的温度达到 “居里点”时，感温铁氧体失去铁磁性，则弹簧将感温铁氧体与永磁体弹开，电饭锅立即自动断 电，C正确. 题型4 温度传感器的实际应用 17 7.温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的.如图 甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势，内阻不计， 为灵敏电流 表，其内阻保持不变；为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示.闭合开关，当 的 温度等于时，电流表示数；当电流表的示数 时，热敏电阻的温度为 ( ) D A. B. C. D. 题型4 温度传感器的实际应用 18 解析 由题图乙可知，当的温度等于时，热敏电阻的阻值 ，由 可得 ，当时，由可得 ，结合题图乙可知，此时热敏电阻 的温度为 ，故选D. 题型4 温度传感器的实际应用 19 8. [浙江A9协作体2023高二上联考] 利用光敏电阻制作的光传感器，可以记录传送带上工 件的输送情况.如图甲所示是光电计数器的工作示意图，其中是发光仪器， 是传送带上的物 品，为光敏电阻（有光照射时电阻为 ，无光照时电阻为）， 为定值电阻，电源内 阻不计；图乙是输出电信号与时间的关系.则下列说法正确的是( ) D 甲 乙 A.当有光照射 时，信号输出端获得高电压 B.当有光照射时， 的功率将变小 C.选用 定值电阻，信号输出端获得的高电压最小 D.选用 定值电阻，一个周期内定值电阻 两端电压差最大 题型5 光传感器的实际应用 20 【思路导引】物品每遮光一次，的阻值变大一次，两端的电压 变大一次，信号处理系统就 获得一次高电压，就计数一次. 题型5 光传感器的实际应用 21 解析 当有光照射时，的阻值变小，回路中电流变大，根据可知， 两端的 电压变小，信号输出端获得低电压，选项A错误；将看作电源内阻，则当时， 的功 率最大，但是由于的阻值未知，则不能确定有光照射时， 的功率如何变化，选项B错误； 无光照射时， 的阻值较大，此时在信号输出端获得高电压，根据闭合电路欧姆定律有 ，则选用的定值电阻阻值越大，信号输出端获得的高电压越小，可知选用 定值 电阻，信号输出端获得的高电压不是最小的，选项C错误；根据电路结构可知，定值电阻 两端 的电压为，则 ，由数学知识可知，当 时 最大，选项D正确. 题型5 光传感器的实际应用 22 【教材变式】本题目由教材P140第5题演变而来，除了教材考查的当有光照射 时，信号处理系 统获得的是高电压还是低电压，本题延伸考查了选用 定值电阻，一个周期内定值电阻 两 端电压差是否最大. 题型5 光传感器的实际应用 23 9.[河北衡水二中2024高二上月考] （多选）霍尔式位移传感器的测量原理如图所示，有一个沿 轴正方向且均匀变化的匀强磁场，磁感应强度（、 均为常数）.将霍尔元件固定在 物体上，保持通过霍尔元件的电流不变（方向沿轴正方向），当物体沿 轴正方向平移时，由 于位置不同，霍尔元件在轴方向的上、下表面的电势差 也不同.则( ) AB A.磁感应强度越大，上、下表面间的电势差 越大 B.越大，传感器灵敏度 越高 C.若图中霍尔元件是电子导电，则下表面电势高 D.在同一位置，若电流越大，上、下表面间的电势差 越小 题型6 霍尔元件的工作原理 24 解析 若霍尔元件中移动的是自由电子，自由电子受到洛伦兹力发生偏转，根据左手定则可判断 上、下两表面分别带上正、负电荷，从而形成电势差，最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处 于平衡状态,故下表面电势低，故C错误；设霍尔元件的长、宽、高分别为、、，有 ， 电流的微观表达式为，代入得，所以B越大，电流 越大，上、下表面 间的电势差越大，故A正确，D错误；把代入可得，，可知 越大，越大，即传感器灵敏度 越高，故B正确. 题型6 霍尔元件的工作原理 25 【关键点拨】解答本题的关键是用左手定则判断电子所受的洛伦兹力方向，知道上、下表面间电 势差的求解方法. 题型6 霍尔元件的工作原理 26 10.电动自行车是一种应用广泛的交通工具，其速度控制是 通过转动右把手实现的，这种转动把手称为“霍尔转把”， 属于传感器非接触控制.转把内部有永久磁铁和霍尔器件等， 截面如图甲.开启电源时，在霍尔器件的上、下表面之间加 B A.为提高控制的灵敏度，永久磁铁的上、下端分别为、 极 B.按图甲顺时针转动电动自行车的右把手，车速将变快 C.图乙中从霍尔器件的左、右侧面输出控制车速的霍尔电压 D.若霍尔器件的上、下面之间所加电压正负极性对调，将影响车速控制 一定的电压，形成电流，如图乙.随着把手的转动，其内部的永久磁铁也跟着转动，霍尔器件能输 出控制车速的电压，已知霍尔电压与车速关系如图丙.以下关于“霍尔转把”的说法正确的是 ( ) 题型6 霍尔元件的工作原理 27 解析 由于在霍尔器件的上、下表面之间加一定的电压，形成电流，当永久磁铁的上、下端分别 为、 极时，在霍尔器件内磁场方向与电子的移动方向平行，则电子不受洛伦兹力作用，霍尔器 件不能输出控制车速的霍尔电压，故A错误；当按题图甲顺时针转动电动自行车的右把手时，霍 尔器件周围的磁场增强，则霍尔器件输出控制车速的霍尔电压增大，因此车速将变快，故B正确； 根据题意，结合题图乙可知，永久磁铁的、 极可能在左、右侧面，或在前、后面，因此从霍尔 器件输出控制车速的霍尔电压不一定在霍尔器件的左、右侧面，也可能在前、后面，故C错误； 当霍尔器件的上、下面之间所加电压正负极性对调，从霍尔器件输出控制车速的霍尔电压正负号 相反，由题图丙可知，不会影响车速控制，故D错误. 题型6 霍尔元件的工作原理 28 11.[山东淄博2024调研] 如图甲所示是家用燃气报警器的部分电路示意图，其中控制电路中的 是由气敏电阻制成的传感器， 的阻值与燃气浓度的关系如图乙所示.出厂预设当燃气浓度达到 时报警.闭合开关、 ，下列说法正确的是( ) D 甲 乙 A.电磁铁的上端是 极 B.燃气浓度升高时，电磁铁磁性减弱 C.按出厂预设，当燃气浓度达到时报警，此时灯 亮 D.将 的滑片下移，可以使工作电路在燃气浓度值比出厂预设值低一些时报警 易错点 对传感器与电路的动态过程分析不清 29 解析 由题图甲可知电流从电磁铁的下端流入，根据右手螺旋定则可知电磁铁的上端是 极，A错 误；由题图乙可知燃气浓度升高时， 的阻值减小，通过电磁铁的电流增大，电磁铁磁性增强， B错误；报警器报警时，电磁铁恰好能将衔铁吸下，所在回路接通，灯亮，C错误；将 的 滑片下移， 接入电路的阻值减小，而工作电路不变，报警时需要的电流不变，则报警时气敏电 阻的阻值增大，由题图乙可知对应燃气浓度将降低，即工作电路会在燃气浓度值比出厂预设值低 一些时报警，D正确. 易错点 对传感器与电路的动态过程分析不清 30 【易错分析】D选项中需要考虑气敏电阻和滑动变阻器的串联，并结合图乙中的图像来进行综合 分析，缺少条件容易导致错选. 易错点 对传感器与电路的动态过程分析不清 31 $$