5.2 常见传感器的工作原理及应用 同步练习-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

5.2 常见传感器的工作原理及应用 同步练习 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．当你走近某些宾馆、酒店的大门时，门就会自动为你打开；当你走进门之后，门又在你身后自动关上。你认为这里面可能用到的传感器是（　　） A．温度传感器 B．声音传感器 C．红外线传感器 D．压力传感器 2．如图所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，R和L之间用挡板（未画出）隔开，LED为发光二极管（电流越大，发出的光越强），且R与LED间距不变，下列说法中正确的是（　　） A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大 B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小 C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变 D．无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变 3．甲型流感是一种急性呼吸道传染病，患者易有发热症状，使用手持测温仪测量体温是常用的检测措施，该测温仪用到的传感器通常是（    ） A．气体传感器 B．红外线传感器 C．压力传感器 D．生物传感器 4．小强在用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控制。经检查，恒温箱的控制器没有故障.如图所示，下列对故障判断正确的是（　　） A．只可能是热敏电阻出现故障 B．只可能是温度设定装置出现故障 C．热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障 D．可能是加热器出现故障 5．如图为利用光敏电阻的阻值随光的强弱而变化的特性制作的一款光照强度报警器。E为电源（内阻不计），为滑动变阻器，信号器H（看作定值电阻）两端的电压会随着光照强度的增大而增大，超过一定值就会发出警报。下列说法正确的是（　　） A．随着光照强度的增大，电流表A示数减小 B．随着光照强度的增大，光敏电阻的阻值减小 C．适当增大电源的电动势，信号器更难达到报警电压 D．适当调大的阻值，信号器更容易达到报警电压 6．其兴建小组利用压敏电阻制作一台电子秤，其内部电路如图所示，R1是保护电阻，R2是调零电阻，压敏电阻值R随压力F变化规律为R=kF+C（k、C为常量，k>0）。现对电流表的刻度盘进行改装，使得电流表满偏时对应质量的示数为零，则（　　） A．刻度盘标注的质量刻度均匀 B．若使用前质量示数大于零，应将R2的滑片向右滑动 C．电子秤的示数越大，电源的总功率越大 D．电池长时间使用后，若能调零称量值仍准确 7．在产品生产的流水线上，常需要对产品计数。如图甲是利用光敏电阻自动计数的示意图，其中A是发光仪器，B是接收光信号的仪器，B中的主要元件是由光敏电阻组成的光电传感器。当传送带上没有产品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值较小；有产品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大。实现自动计数功能的电路如图乙所示，a、b之间接示波器。水平传送带匀速前进，产品通过时会挡住光信号。示波器显示的电压随时间变化的图像如图丙所示。若计数电路中的电源两端的电压恒为，光敏电阻与阻值为的定值电阻串联。已知时光信号被产品挡住。下列说法正确的是（　　）    A．为光敏电阻 B．光信号被产品挡住时，光敏电阻的阻值为 C．光信号被产品挡住时，光敏电阻的阻值为 D．每分钟通过计数装置的产品数量为300个 8．以下关于传感器的说法错误的是（　　） A．将声音信号转化为电信号 B．图b为电熨斗的构造示意图，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，此时应降低升降螺钉的高度 C．图c为加速度计示意图，当向右减速时，P点电势高于Q点电势 D．图d为应变片测力原理示意图。在梁的自由端施加向下的力F，则梁发生弯曲，上表面应变片电阻变大，下表面应变片电阻变小 9．如图是利用太阳能给LED路灯供电的自动控制电路的示意图。R是光敏电阻，是保护定值电阻，日光充足时，电磁继电器把衔铁吸下，GH接入电路，太阳能电池板给蓄电池充满电，光线不足时，衔铁被弹簧拉起，与EF接入电路，蓄电池给LED路灯供电，路灯亮起，下列关于该电路说法中正确的是（　　） A．该光敏电阻阻值随光照强度增大而增大 B．增加太阳能电池板的电动势可以增加路灯照明时间 C．并联更多的LED路灯可延长每天路灯照明时间 D．增大保护电阻阻值可延长每天路灯照明时间 10．如图是某电子秤的原理图，人只要站在踏板上，仪表G就能显示人的体重，踏板下面的传感器R实质是一个阻值可随压力大小而变化的电阻，显示体重的仪表G实质是理想电流表，如果不计踏板的质量，电阻R随人的体重G变化的函数关系式为R＝a－kG(a、k是常量，G和R的单位分别是N和Ω)．下列说法正确的是 A．传感器R不是力电传感器 B．如果要增加电子秤的量程，滑动变阻器R′接入电路中的电阻应调大 C．如果要增加电子秤的灵敏度，滑动变阻器R′接入电路中的电阻应调大 D．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘的零刻度处 二、多选题 11．如图所示，在电路中接一段钨丝，闭合开关，灯泡正常发光，当用打火机给钨丝加热时灯泡亮度明显变暗，根据钨丝的上述特性，可用钨丝来制作一个温度传感器，下面的说法中正确的是（ ） A．该传感器利用了钨丝的物理性质 B．该传感器利用了钨丝电阻随温度变化而变化的特性 C．该传感器能够把热学量（温度）转换为电学量（电阻） D．该传感器能够把电学量（电阻）转换为热学量（温度） 12．下列器件中应用光敏传感器的是（　　） A．光电鼠标器 B．火灾报警器 C．测温仪 D．电子秤 13．某种感温式火灾报警器的简化工作电路如图所示。变压器原线圈接电压有效值恒定的交流电源。副线圈连接报警系统，其中RT为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，R0为滑动变阻器，R1为定值电阻。当警戒范围内发生火灾，环境温度升高达到预设值时，报警装置（图中未画出）通过检测R1的电流触发报警。下列说法正确的是（　　） A．警戒范围内出现火情时，副线圈两端电压减小 B．警戒范围内出现火情时，原线圈输入功率变大 C．通过定值电阻R1的电流过大时，报警装置就会报警 D．若要调高预设的报警温度，可减小滑动变阻器R0的阻值 14．某力敏电阻的阻值随着压力的增大而线性减小。一同学利用该力敏电阻设计了判断小车在水平方向上运动状态的装置。其工作原理如图甲所示，将力敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，之间放置一个光滑绝缘重物M，重物与挡板之间通过轻弹簧连接。某次实验中，电流表示数随时间变化关系如图乙所示、已知0-t1时间内，小车处于静止状态，则（　　） A．0~t1时间内，弹簧处于压缩状态 B．t1~t2时间内，小车的加速度随时间均匀减小 C．t2~t3时间内，小车可能向左做匀减速直线运动 D．t2~t3时间内，小车可能向左做加速度增大的加速直线运动 15．有一种测量人体重的电子秤，其原理如图中虚线内所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)．设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3 A，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，电阻R随压力变化的函数式为R＝30－0.02F(F和R的单位分别是N和Ω)．下列说法正确的是(　　) A．该秤能测量的最大体重是1400 N B．该秤能测量的最大体重是1300 N C．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处 D．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.400 A处 三、填空题 16．如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光敏电阻R1能接收到发光元件A发出的光，R2为定值电阻，每当工件挡住A发出的光，光传感器B就输出一个电信号（挡光时间忽略不计），并经信号处理器处理后在屏幕显示出电信号与时间的关系，如图乙所示。若传送带保持匀加速运动，每个工件均相对传送带静止，且相邻工件间距依次为7.5、15.0、22.5、30、…（单位：cm）。则当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一次 电压（选填“高”或“低”），工件的加速度的大小为 m/s2。    17．如图所示，是自动水位报警器的示意图，其中继电器的线圈通过电流时，磁铁吸引衔铁1，使它与触头3断开，与触头2接触．若要求水位正常时绿灯亮，高出一定水位时红灯亮，现有红、绿灯泡各一个，红灯泡应安在 位置，绿灯泡应安在 位置（填A或B）． 四、解答题 18．下图是电饭煲的电路图，是一个磁钢限温开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点（）时，会自动断开，且不能自动闭合是一个双金属片自动控温开关，当温度低于时，会自动闭合；温度高于时，会自动断开。红灯是加热指示灯，黄灯是保温指示灯，分流电阻，加热电阻丝，两灯电阻不计。 （1）分析电饭煲的工作原理； （2）计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比； （3）如果不闭合开关，能将饭煮熟吗？    19．有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图中的虚线所示，它主要由三部分构成：踏板和压力杠杆AOB、压力传感器R（一个阻值可随压力大小而变化的电阻器）、显示体重的仪表G（其实质是电流表）．其中AO:BO=4:1．已知压力传感器的电阻与其所受压力的关系如下表所示： 压力F/N 0 50 100 150 200 250 300 …… 电阻R/ 300 270 240 210 180 150 120 …… 设踏板和杠杆组件的质量不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.5V，则： （1）利用表中数据归纳出电阻R随压力F变化的函数关系式； （2）该电子秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表刻度盘多少毫安处？ （3）如果某人站在踏板上，电流表刻度盘示数为20mA，这个人的体重是多少？ 20．许多会议室和宾馆房间的天花板上都装有火灾报警器。有一种火灾报警器是利用烟雾对光的散射来工作的。如图所示，带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管（也是一种晶体管，有三个电极，当光照强弱变化时，电极间的电阻随之变化）和不透明的挡板。平时，光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态。烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小，与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报。 你能说说类似这种光电式传感器还能在哪些场合应用吗？ 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《5.2 常见传感器的工作原理及应用 同步练习》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C A B C B D B B D B 题号 11 12 13 14 15 答案 ABC AB BC AD AC 1．C 【详解】A．温度传感器用于检测温度变化，而人体接近时的温度变化不足以被快速、稳定地检测，且易受环境影响，即不可能是温度传感器，故A错误； B．声音传感器依赖声音触发，但门口环境可能存在其他噪音干扰，导致误触发，即不可能是声音传感器，故B错误； C．红外线传感器可检测人体发出的红外辐射，当人靠近时，传感器接收到的红外线强度变化会触发开门，符合自动门常见工作原理，即可能是红外线传感器，故C正确； D．压力传感器需直接施加压力（如踩踏），而题目中未提及接触式触发，即不可能是压力传感器，故D错误。 故选C。 2．A 【详解】滑动触头P左移，滑动变阻器接入电路的电阻减小，流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R减小，最终达到增大流过灯泡的电流的效果。即L消耗的功率增大。故A正确；BCD错误。 故选A。 3．B 【详解】手持测温仪用到的传感器通常是红外线传感器。 故选B。 4．C 【详解】恒温箱内温度持续升高，说明加热器没损坏， 而控制器也没问题，故热敏电阻或温度设定装置出现故障。 故选C。 5．B 【详解】AB．信号器两端的电压增大，则电路中并联部分的电压减小，并联部分的电阻也减小，光敏电阻的阻值减小，流过的电流减小，又因为并联部分的总电流增大，所以电流表的示数增大，故A错误，B正确； C．适当增大电源电动势，可以使信号器H两端未报警时的电压更大，可以使信号器H更容易达到报警电压，故C错误； D．适当调大电阻的阻值，使信号器H两端未报警时的电压更小，则信号器H更难以达到报警电压，故D错误。 故选B。 6．D 【详解】A．电路中的电流与与压敏电阻没有线性关系，刻度盘标注的质量刻度不均匀，故A错误； B．若使用前质量示数大于零，电流偏小，应减小电阻，将R2的滑片向左滑动，故B错误； C．电子秤的示数越大，电路中电流越小，电源的总功率越小，故C错误； D．电池长时间使用后，若能调零，电流表仍可以满偏，称量值仍准确，故D正确。 故选D。 7．B 【详解】A．已知时光信号被产品挡住，此时a、b之间电压为，可知光信号没有被产品挡住时，a、b之间电压为。有光照射时，光敏电阻的阻值较小。没有光照射时，光敏电阻的阻值较大。设电源电动势为,且、两端的电压 因此为光敏电阻。故A错误； B C．光信号被产品挡住时，a、b之间电压为，则两端电压 根据串联电路电阻之比等于电压之比 光信号被产品挡住时，光敏电阻的阻值为 故B正确，C错误； D．由图像可知：每经过0.4s，就有一个产品通过计数装置。每分钟通过计数装置的产品数量 故D错误。 故选B。 8．B 【详解】A．图a为电容式话筒的组成结构示意图，振动膜片与固定电极间的距离发生变化，从而实现将声音信号转化为电信号，故A正确； B．熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，调温旋钮应该向上旋，使得双金属片弯曲较小时，触点就分离，这样保证了温度不会过高，故B错误； C．图c为加速度计示意图，当向右减速时，加速度向左，则滑片向右移动，此时P点电势高于Q点电势，故C正确； D．在梁的自由端施加向下的力F，上应变片长度变长，电阻变大，下应变片长度变短，电阻变小，故D正确。 本题选择错误选项，故选B。 9．D 【详解】A．当电磁继电器内电流大，衔铁被吸下来，蓄电池开始充电。当电流小时衔铁拉与EF接触，蓄电池给LED路灯供电，根据闭合电路欧姆定律，当日光充足时光敏电阻R减小，电流大，衔铁被吸下来，该光敏电阻阻值随光照强度增大而减小，故A错误； B．蓄电池负责给路灯提供电源，增加太阳能电池板的电动势，对路灯的照明时间无影响，故B错误； C．LED灯的盏数不影响控制电路，考虑蓄电池容量一定，可能减少照明时间，故C错误； D．增大保护电阻，减小了电流，增大了照明时间，故D正确。 故选D。 10．B 【分析】根据闭合电路欧姆定律列式得到电流的表达式和量程的表达式进行讨论即可． 【详解】A．是将压力信号转换成电信号的传感器，即力电传感器，故A错误； B．根据电流表电流： 可得在量程范围内，称量的人体重G越大，则电流表电流变大．则电流表满偏时，人的体重最大，即电子秤的量程为： 因此变阻器接入电路中的电阻调大，可以测量的人的最大体重增大，故B正确； C．如果要增加电子秤的灵敏度，需要仪表的范围变大，根据： 滑动变阻器接入电路中的电阻调小，G变化，I变化更大，测试更灵敏．故C错误； D．根据上述推导方程可知：当重力为零时，电流最小，但不为零，故D错误． 【点睛】本题关键是明确电子秤的工作原理，然后结合闭合电路欧姆定律和电阻随人的体重变化的函数关系式列式分析． 11．ABC 【详解】试题分析：金属导体的电阻随温度的升高而增大，温度的变化导致电阻值的变化，所以该传感器能够把热学量温度转换为电学量电阻． 解：由题目中的实验现象可知，钨丝的电阻随温度的升高而增大，随温度的降低而减小，利用了钨丝的物理性质；从而可以制成温度传感器，传感器能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量．故A、B、C正确，D错误． 故选ABC． 【点评】本题考查的知识点是传感器，但是不同的传感器有不同的具体应用，要牢记常用传感器的工作原理、特性及在实践中的应用要在平时学习中不断积累． 12．AB 【详解】A．光电鼠标器中装有红外发射管（LED）和红外接收管，其中的红外接收管就是光传感器，当鼠标移动时，滚球带动码盘转动，使红外接收管收到断续的脉冲信号，这样的脉冲信号经过处理后就可以描述出光标移动的位移了，故A正确； B．红外线是一种不可见的光线，红外报警装置就是利用它将光信号转换为电信号的，故B正确； C．测温仪是温度传感器，常用热敏电阻、金属热电阻、热电偶或红外线敏感元件，通过改变元件的电阻或电路的电压来达到测量温度的目的，故C错误． D．电子秤是力传感器，由金属梁和应变片组成，当发生形变时其电阻会发生变化，常用的一般应变片在被拉伸时，其电阻会变大；在被压缩时，其电阻会变小，外力越大，应变片的形变就越大，应变片的电阻变化就越大，因此，可以用应变片的电阻大小表示出外力的大小，故D错误。 故选AB。 【点睛】 13．BC 【详解】A．变压器中副线圈两端电压取决于原线圈电压与匝数比，即 由于原线圈两端电压与匝数比不变，则警戒范围内出现火情时，副线圈两端电压不变，故A错误； B．警戒范围内出现火情时，副线圈两端电压不变，而副线圈中总电阻减小，则副线圈中电流增大，根据 可知原线圈中电流增大，由可知，由于原线圈两端电压不变，所以原线圈输入功率 变大，故B正确； C．警戒范围内出现火情时，副线圈两端电压不变，而副线圈中总电阻减小，副线圈中电流增大，即通过定值电阻的电流过大，达到预设温度对应的电流值时，报警装置就会报警，故C正确； D．若要调高预设的报警温度，即热敏电阻阻值需要更小才能到达电流的触发值，则可增大滑动变阻器的阻值，故D错误。 故选BC。 14．AD 【详解】A．0～t1时间内，电流最大，力敏电阻的阻值最小，所受压力最大，所以弹簧处于压缩状态，故A正确； B．t1～t2时间内，电流减小，力敏电阻的阻值增大，所受压力F减小，根据牛顿第二定律，小车的加速度为 小车的加速度增大，故B错误； CD．t2～t3时间内，电流最小，力敏电阻的阻值最大，所受压力最小，合力向左，小车的加速度向左，又因为电流不变，压力不变，小车的合力不变，加速度不变，小车做加速度向左的匀变速直线运动，小车可能向左做匀加速直线运动，也可能向右做匀减速直线运动，还有可能M与力敏电阻分离了，此时小车可能向左做加速度增大的加速直线运动，故C错误，D正确。 故选AD。 15．AC 【详解】AB．当电路中电流I=3A时，电子秤测量的体重最大.由欧姆定律得到，代入R=30-0.02F得到F=1400N；故A正确，B错误. CD．踏板空载时F=0，代入R=30-0.02F得到电阻R=30Ω，由欧姆定律得，所以该秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表G刻度盘0.375A处；故C正确，D错误； 故选AC. 16． 低 0.3 【详解】[1][2]由题意知，工件做匀变速直线运动且相邻工件间距依次为7.5、15.0、22.5、30、…，有图乙知相邻时间间隔为 T=0.5s 根据 △s=aT2 得 光敏电阻的特点，有光照射电阻较小，无光照射电阻较大，根据电路连接关系知当无光照射R1时，电阻较大，分压较大，R2分压较小，故光传感器就输出一次低电压。 17． B A 【详解】[1][2]当水位正常时，容器中的金属片断开，电磁铁断电没有磁性，绿灯所在电路接通，绿灯亮；当水位升高，水是导体，当水位达到一定高度是容器中金属片接通时，电磁铁通电有磁性，把衔铁吸引下来，红灯所在电路接通，红灯亮，发出报警信号．故红灯泡应安在B位置，绿灯泡应安在A位置。 18．（1）见解析；（2）；（3）不能煮熟饭 【详解】（1）电饭煲盛上食物后，接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯被短路不亮，红灯亮，电饭煲处于加热状态。加热到80℃时，S2自动断开，S1仍闭合。水烧干后，温度升高至103℃时，开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮，电饭煲处于保温状态。由于散热，待温度降至70℃时，S2自动闭合，电饭煲重新加热；温度达到80℃时，S2又自动断开，再次处于保温状态。 （2）加热时，电饭煲消耗的电功率 P1= 保温时，电饭煲消耗的电功率 两式中 从而有 = （3）如果不闭合开关S1，开始S2总是闭合的，R1被短路，功率为P1，当温度上升到80℃时，S2自动断开，功率降为P2，温度降低到70℃，S2自动闭合。温度只能在70℃~80℃之间变化，不能把水烧开，故不能煮熟饭。 19．（1）()（2）15mA（3） 【详解】（1）由表格得到：； （2）根据部分电路欧姆定律得 该电子秤零刻度线应标在电流表刻度盘15mA处； （3）根据欧姆定律，当I=20mA时，R=225Ω，代入（1）中式子得F=125N，根据力矩平衡 得 20．见详解 【详解】（1）工业烟尘浊度监测：烟道里的烟尘浊度是用通过光在烟道里传输过程中的变化大小来检测的，如果烟道浊度增加，光源发出的光被烟尘颗粒的吸收和折射增加，使照射到光电三极管上的光线减少，其电阻变大，与传感器连接的电路检测出这种变化，因而光检测器输出信号的强弱便可反映烟道浊度的变化。 （2）条形码扫描笔：当扫描笔头在条形码上移动时，若遇到黑色线条，发光二极管的光线将被黑线吸收，光电三极管接收不到反射光，呈高阻抗，处于截止状态，当遇到白色间隔时，发光二极管所发出的光线，被反射到光电三极管的基极，光敏三极管产生光电流而导通，整个条形码被扫描过之后，光电三极管将条形码变形一个个电脉冲信号，该信号经放大、整形后便形成脉冲列，再经计算机处理，完成对条形码信息的识别。 （3）工业产品计数器或者银行点钞机：当产品陆续通过光源和光电传感器之间的时候，就会不断的遮挡相应的光源到光电传感器相应的光路，光电三极管的电阻就会发生变化，对于相应的光电脉冲电路就会产生电脉冲信号，当通过的产品遮光一次的时候，光电传感器电路就会生产一个脉冲，以此类推，最后输出脉冲数就是产品数，相应的计数会通过显示电路显示出来。 （4）测量机器转速：在电动机的旋转轴上涂上黑白两种颜色，转动时，反射光与不反射光交替出现，光电传感器相应地间断接收光的反射信号，并输出间断的电信号，再经放大器及整形电路放大整形输出方波信号，最后由电子数字显示器输出电机的转速。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $