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

第五章 传感器 第2节 常见传感器的工作原理及应用 同步练习 一、单项选择题 1.如图甲所示，火灾警报系统电路中，理想变压器原、副线圈匝数之比为10∶1，原线圈接入如图乙所示的电压，电压表和电流表均为理想电表，R0为半导体热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，R1为滑动变阻器，当通过报警器的电流超过某值时，报警器将报警，下列说法正确的是（　　） A.电压表V的示数为10 V B.R0处出现火情时，电流表A的示数减小 C.R0处出现火情时，变压器的输入功率减小 D.要使报警器报警的临界温度升高，可将R1的滑片P适当向下移动 2.光敏电阻是一种阻值对光照极其敏感的电路元件。在光照条件下光敏电阻的电子能够脱离束缚，离开原有位置成为自由电子，而缺失电子的位置便称为空穴。如图所示，自由电子与空穴总是成对出现，称为电子—空穴对，空穴可视为正电荷，空穴周围的束缚电子受到空穴吸引会填补该空穴。光敏电阻具有延时性，表现为光照突然消失时，其阻值会缓慢恢复为无光照时的阻值。根据上述材料，下列说法正确的是（　　） A.光敏电阻受到的光照越强，其电阻阻值越大 B.光敏电阻内部的空穴也能够参与导电 C.光照消失后，电子—空穴对迅速消失 D.光敏电阻适用于需要快速响应的电路场合 3.如图所示，M是一小型理想变压器，接线柱a、b接在电压u＝311sin 134t（V）的正弦式交流电源上，变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器（负温度系数），电流表A2为值班室的显示器，显示通过R1的电流，电压表V2显示加在报警器上的电压（报警器未画出），R3为一定值电阻。当传感器R2所在处出现火情时，以下说法正确的是（　　） A.A1的示数不变，A2的示数增大 B.A1的示数增大，A2的示数增大 C.V1的示数增大，V2的示数增大 D.V1的示数不变，V2的示数减小 4.小强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，参照下图，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 二、多项选择题 5.机器人可以通过外部传感器来感知外部环境和外界事物，下列说法正确的是（　　） A.温度传感器让其感知温度变化，此传感器是热敏电阻，阻值一定随温度升高而增大 B.光电传感器可以作为眼睛，此传感器若是光敏电阻，阻值一定随光亮度增加而减小 C.超声波传感器可以作为耳朵，让其听到常人听不到的声音 D.压力传感器可以使其有“手感” 6.某同学发现他家居住的楼房中，楼梯上的过道灯在夜晚天黑时，用力拍掌就亮了，而白天怎样用力拍掌，灯都不能亮。后来老师告诉他，过道灯是由声传感器和光传感器共同来控制的，其原理如图所示。下列关于声传感器和光传感器的说法正确的是（　　） A.白天有光照时，光传感器自动闭合 B.夜晚无光照时，光传感器自动闭合 C.有人走动发出声音时，声传感器自动闭合 D.无人走动没有声音时，声传感器自动闭合 7.电容式传感器是用来将各种非电学物理量转变为电学物理量的装置。下图是四种电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，下列说法正确的是（　　） A.甲图的传感器可以用来测量角度 B.乙图的传感器可以用来测量液面的高度 C.丙图的传感器可以用来测量压力 D.丁图的传感器可以用来测量速度 8.下图是一种可测定竖直加速度方向的装置，电源有内阻，R0为定值电阻，各表为理想电表，拴在竖直弹簧上的重物与滑动变阻器R的滑片连接，该装置在地面上静止时滑片在变阻器的中间位置，现把它置于竖直电梯内，下列说法正确的是（　　） A.电梯向上加速时，两电压表示数都增大 B.电梯向上减速时，电流表示数增大 C.电梯向下加速时，电压表V2示数与电流表示数的比值不变 D.电梯向下减速时，电压表V1示数的变化量与电流表示数的变化量的比值的绝对值减小 9.如图所示，R0为热敏电阻（温度降低电阻增大），D为理想二极管（正向电阻为零，反向电阻无穷大），N为平行板电容器，N中央有一带电液滴刚好静止，M点接地，开关K闭合。下列各项单独操作可能使带电液滴向上运动的是（　　） A.变阻器R的滑片P向上移动 B.将热敏电阻R0加热 C.开关K断开 D.电容器N的上极板向上移动 三、非选择题 10.某同学要用电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关、导线等仪器设计一个高温报警器。要求：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警。电路如图所示，图中仪器还不完整。请回答以下问题： （1）图中甲处的元件是　　　　。  A.二极管 B.光敏电阻 C.阻值随温度升高而减小的NTC热敏电阻 D.阻值随温度升高而增大的PTC热敏电阻 （2）电路正确连接之后，该同学调试过程发现报警时温度比预期偏高了一点点，要求在温度更低一点时就开始报警，则需要调节滑动变阻器的滑片往　　　（选填“左”或“右”）移动一点。  11.温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家电产品中，它是利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特性工作的。图甲中电源的电动势E＝9.0 V，内阻可忽略不计；G为灵敏电流表，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其阻值与温度的变化关系如图乙的R－t图线所示。闭合开关，当R的温度等于120 ℃时，电流表示数I1＝3 mA。 （1）求电流表G的内阻Rg。 （2）当电流表的示数I2＝1.8 mA时，求热敏电阻R的温度。 第五章 传感器 第2节 常见传感器的工作原理及应用 同步练习 一、单项选择题 1.如图甲所示，火灾警报系统电路中，理想变压器原、副线圈匝数之比为10∶1，原线圈接入如图乙所示的电压，电压表和电流表均为理想电表，R0为半导体热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，R1为滑动变阻器，当通过报警器的电流超过某值时，报警器将报警，下列说法正确的是（　　） A.电压表V的示数为10 V B.R0处出现火情时，电流表A的示数减小 C.R0处出现火情时，变压器的输入功率减小 D.要使报警器报警的临界温度升高，可将R1的滑片P适当向下移动 答案：A 解析：若原线圈的输入电压为U，其有效值为U1，根据有效值的定义，有T，其中U=100 V，解得U1=100 V，由变压器原理可得副线圈输出电压，即电压表示数U2=10 V，选项A正确。R0处出现火情时，热敏电阻的阻值减小，副线圈电流增大，根据变压器原理可知，电流表A的示数增大，变压器的输入功率增大，选项B、C错误，将R1的滑片P向上移动，副线圈电路的总电阻变小，总电流增大，R0两端的电压变大，报警器的分压变小，电流也减小，能使报警器报警的临界温度升高，选项D错误。 2.光敏电阻是一种阻值对光照极其敏感的电路元件。在光照条件下光敏电阻的电子能够脱离束缚，离开原有位置成为自由电子，而缺失电子的位置便称为空穴。如图所示，自由电子与空穴总是成对出现，称为电子—空穴对，空穴可视为正电荷，空穴周围的束缚电子受到空穴吸引会填补该空穴。光敏电阻具有延时性，表现为光照突然消失时，其阻值会缓慢恢复为无光照时的阻值。根据上述材料，下列说法正确的是（　　） A.光敏电阻受到的光照越强，其电阻阻值越大 B.光敏电阻内部的空穴也能够参与导电 C.光照消失后，电子—空穴对迅速消失 D.光敏电阻适用于需要快速响应的电路场合 答案：B 解析：由于在光照条件下光敏电阻的电子能够脱离束缚，离开原有位置成为自由电子，则光敏电阻受到的光照越强，自由电子越多，导电性能越强，其电阻阻值越小，选项A错误。由于空穴可视为正电荷，其相对于自由电子的运动方向与电子的运动方向相反，因此光敏电阻内部的空穴也能够参与导电，选项B正确。由于光敏电阻具有延时性，表现为光照突然消失时，其阻值会缓慢恢复为无光照时的阻值，即光照消失后，电子—空穴对并不会迅速消失，选项C错误。光敏电阻具有延时性，因此光敏电阻不适用于需要快速响应的电路场合，选项D错误。 3.如图所示，M是一小型理想变压器，接线柱a、b接在电压u＝311sin 134t（V）的正弦式交流电源上，变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器（负温度系数），电流表A2为值班室的显示器，显示通过R1的电流，电压表V2显示加在报警器上的电压（报警器未画出），R3为一定值电阻。当传感器R2所在处出现火情时，以下说法正确的是（　　） A.A1的示数不变，A2的示数增大 B.A1的示数增大，A2的示数增大 C.V1的示数增大，V2的示数增大 D.V1的示数不变，V2的示数减小 答案：D 解析：当传感器R2所在处出现火情时，R2的电阻减小，导致电路的总电阻减小，所以电路中的总电流将会增大，所以原线圈中电流增大，A1测量的是原线圈中的总的电流，示数增大；由于电源的电压不变，原、副线圈两端的电压也不变，所以V1的示数不变，由于副线圈中电流增大，R3两端的电压变大，所以V2的示数要减小，所以A2的示数要减小，选项A、B、C错误，D正确。 4.小强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，参照下图，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 答案：C 解析：由恒温箱原理图可知，若热敏电阻出现故障或温度设定装置出现故障都会向控制器传递错误信息，导致控制器发出错误指令，选项C正确，A、B错误。若加热器出现故障，只有一种可能，即不能加热，而题中加热器一直加热才会使温度持续升高，选项D错误。 二、多项选择题 5.机器人可以通过外部传感器来感知外部环境和外界事物，下列说法正确的是（　　） A.温度传感器让其感知温度变化，此传感器是热敏电阻，阻值一定随温度升高而增大 B.光电传感器可以作为眼睛，此传感器若是光敏电阻，阻值一定随光亮度增加而减小 C.超声波传感器可以作为耳朵，让其听到常人听不到的声音 D.压力传感器可以使其有“手感” 答案：BCD 解析：温度传感器能够将温度转化为电学量，即感知温度变化，此传感器有热敏电阻、金属热电阻，金属热电阻阻值一定随温度升高而升高，热敏电阻不一定，选项A错误。光电传感器可以作为眼睛，此传感器若是光敏电阻，阻值一定随光亮度增加而减小，选项B正确。超声波传感器是将声强转化为电学量，可以作为耳朵，让其听到常人听不到的声音，选项C正确。压力传感器可以将压力转化为电学量，可以使机器人有“手感”，选项D正确。 6.某同学发现他家居住的楼房中，楼梯上的过道灯在夜晚天黑时，用力拍掌就亮了，而白天怎样用力拍掌，灯都不能亮。后来老师告诉他，过道灯是由声传感器和光传感器共同来控制的，其原理如图所示。下列关于声传感器和光传感器的说法正确的是（　　） A.白天有光照时，光传感器自动闭合 B.夜晚无光照时，光传感器自动闭合 C.有人走动发出声音时，声传感器自动闭合 D.无人走动没有声音时，声传感器自动闭合 答案：BC 解析：白天有光照时，光传感器自动断开，选项A错误。夜晚无光照时，光传感器自动闭合，选项B正确。有人走动发出声音时，声传感器自动闭合，选项C正确。无人走动没有声音时，声传感器自动断开，选项D错误。 7.电容式传感器是用来将各种非电学物理量转变为电学物理量的装置。下图是四种电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，下列说法正确的是（　　） A.甲图的传感器可以用来测量角度 B.乙图的传感器可以用来测量液面的高度 C.丙图的传感器可以用来测量压力 D.丁图的传感器可以用来测量速度 答案：ABC 解析：题图甲中，当动片与定片之间的夹角发生变化时，极板的正对面积变化，使电容器电容变化，如果知道了电容器电容的变化情况就可以知道夹角的变化情况，则题图甲的传感器可以用来测量角度，选项A正确；题图乙中，金属芯线和导电液体构成电容器的两个电极，液面高度变化时，正对面积发生变化，使电容器电容变化，如果知道了电容器电容的变化情况就可以知道液面高度的变化情况，则题图乙的传感器可以用来测量液面的高度，选项B正确；题图丙中，力作用在可动电极上，可动电极发生形变，与固定电极间距离发生变化，使电容器电容变化，如果知道了电容器电容的变化情况就可以知道力的变化情况，则题图丙的传感器可以用来测量压力，选项C正确；题图丁中，随着电介质进入极板间长度的变化，使电容器电容变化，如果知道了电容器电容的变化情况就可以知道电介质进入长度的变化情况，则题图丁的传感器可以用来测量位移，选项D错误。 8.下图是一种可测定竖直加速度方向的装置，电源有内阻，R0为定值电阻，各表为理想电表，拴在竖直弹簧上的重物与滑动变阻器R的滑片连接，该装置在地面上静止时滑片在变阻器的中间位置，现把它置于竖直电梯内，下列说法正确的是（　　） A.电梯向上加速时，两电压表示数都增大 B.电梯向上减速时，电流表示数增大 C.电梯向下加速时，电压表V2示数与电流表示数的比值不变 D.电梯向下减速时，电压表V1示数的变化量与电流表示数的变化量的比值的绝对值减小 答案：BC 解析：电梯具有向上的加速度时，合力向上，则弹力增加，滑片向下运动，R接入电路的阻值增大，干路电流减小，则电流表示数减小，电源内电阻电压与R0的分压变小，则R的分压变大，则电压表V1示数增大，电压表V2示数减小，选项A错误；电梯向上减速时，滑片向上运动，R接入电路的阻值减小，干路电流增大，则电流表示数增大，选项B正确；由题图可知，电压表V2测R0两端的电压，则电压表V2示数与电流表示数的比值为R0的阻值，因为R0为定值电阻，故比值不变，选项C正确；电压表V1的示数为U1＝E－I（r+R0），可知r+R0＝，即电压表V1示数的变化量与电流表示数的变化量的比值的绝对值不变，选项D错误。 9.如图所示，R0为热敏电阻（温度降低电阻增大），D为理想二极管（正向电阻为零，反向电阻无穷大），N为平行板电容器，N中央有一带电液滴刚好静止，M点接地，开关K闭合。下列各项单独操作可能使带电液滴向上运动的是（　　） A.变阻器R的滑片P向上移动 B.将热敏电阻R0加热 C.开关K断开 D.电容器N的上极板向上移动 答案：BC 解析：变阻器R的滑片P向上移动时，R的阻值减小，则电容器两端的电压减小，电容器放电，但是由于二极管的单向导电性使得电容器上的电荷量不变，电场强度不变，则液滴不动，选项A错误；液滴受向上的静电力和向下的重力作用，将热敏电阻R0加热，则阻值减小，滑动变阻器R上的电压变大，则电容器两端的电压变大，两板间电场强度变大，则液滴向上运动，选项B正确；开关K断开时，电容器两端的电压等于电源的电动势，则电容器两板间的电场强度变大，液滴向上运动，选项C正确；电容器N的上极板向上移动，d增大，则电容减小，由于二极管具有单向导电性，电荷不会向右流出，电荷量无法减小只能不变，由U＝可知，电容器两端的电势差增大，由C＝，E＝可得E＝，由于极板上的电荷量不变，而电场强度E与极板之间的距离无关，所以电场强度E不变，液滴仍然静止，选项D错误。 三、非选择题 10.某同学要用电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关、导线等仪器设计一个高温报警器。要求：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警。电路如图所示，图中仪器还不完整。请回答以下问题： （1）图中甲处的元件是　　　　。  A.二极管 B.光敏电阻 C.阻值随温度升高而减小的NTC热敏电阻 D.阻值随温度升高而增大的PTC热敏电阻 （2）电路正确连接之后，该同学调试过程发现报警时温度比预期偏高了一点点，要求在温度更低一点时就开始报警，则需要调节滑动变阻器的滑片往　　　（选填“左”或“右”）移动一点。  答案：（1）C　（2）右 解析：（1）根据要求，在常温下热敏电阻甲阻值较大，电磁铁磁性较弱，不能将衔铁吸下，此时绿灯所在电路接通，绿灯亮；温度升高，热敏电阻阻值变小，控制电路电流增大时，电磁铁磁性增强，将衔铁吸下，所以题图中的甲元件是NTC热敏电阻（阻值随温度升高而减小）。 （2）电路正确连接之后，该同学调试过程发现报警时温度比预期偏高了一点点，即在热敏电阻的电阻值比较小的时候才报警，说明电路中的总电阻值比较大，要求在温度更低一点时就开始报警，则需要调节滑动变阻器，使滑动变阻器的电阻值小一些，则需要将滑片往右移动一些。 11.温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家电产品中，它是利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特性工作的。图甲中电源的电动势E＝9.0 V，内阻可忽略不计；G为灵敏电流表，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其阻值与温度的变化关系如图乙的R－t图线所示。闭合开关，当R的温度等于120 ℃时，电流表示数I1＝3 mA。 （1）求电流表G的内阻Rg。 （2）当电流表的示数I2＝1.8 mA时，求热敏电阻R的温度。 答案：（1）1 000 Ω　（2）20 ℃ 解析：（1）由题图乙知热敏电阻R的温度在120 ℃时，电阻为2 kΩ，闭合电路的电流为I1＝3 mA 根据闭合电路欧姆定律得 Rg＝－R＝ Ω＝1 000 Ω。 （2）当电流表的示数I2＝1.8 mA时，有 R＝－Rg＝ Ω＝4 000 Ω 由题图乙可知当热敏电阻R阻值为4 000 Ω时，温度为20 ℃。 学科网（北京）股份有限公司 $