第5章 1 认识传感器&2 常见传感器的工作原理及应用-【成才之路·练案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册同步新课程学习指导(人教版)

练案[27] 第五章1.认识传感器 基础巩固练 知识点一认识传感器 1.(多选)下列说法正确的是 A.传感器担负着信息采集的任务 B.干簧管是一种能够感知磁场的传感器 C.传感器不是电视遥控接收器的主要元件 D.传感器是把力、温度、光、声、化学成分等被 测量转换为电信号的主要工具 2.（多选)如图所示，干簧管放在磁场中时两个 簧片能被磁化。关于干簧管，下列说法正确的 是 NS A.干簧管接入电路中相当于电阻 B.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的 C.干簧管接入电路中相当于开关 D.干簧管是作为电控元件以实现自动控制的 3.太空中绕地球运行的某卫星上装有8种24件 探测仪器，其中可能有 A.味觉传感器 B.气体传感器 C.听觉传感器 D.视觉传感器 知识点二常见传感器的工作原理 4.（多选)电阻R随温度T变化的图像如图所 示。下列说法正确的是 A.图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材 料制成的 200 2.常见传感器的工作原理及应用 B.图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材 料制成的 C.图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围 大、灵敏度高 D.图线2对应的材料化学稳定性差、测温范 围小、灵敏度高 5.（多选)(2025·浙江宁波市高二期中)下列关 于传感器元件说法正确的是 3 甲 丙 A如图甲，是一光敏电阻，随着光照的增强， 载流子增多，导电性变好 B.如图乙，是一电阻应变片，其电阻随受外力 而发生机械形变的变化而发生变化 C.如图丙，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 D.如图丁，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向左发生微小位移时，线圈自感系数 变大 6.如图所示，甲、乙、丙、丁是四种常见的电容式 传感器，下列说法正确的是 金属 (芯线 动片 导电 液体 >电介质 定片 乙 固定电极 电介质 ,极板 可动电极 x 极板 待测压力F 入 A.图甲中两极板所带电荷量不变，若电压减 少，可判断出h变小 B.图乙中两极板所带电荷量不变，若电压增 加，可判断出0变小 C.图丙中两极板间的电压不变，若有电流流 向传感器的负极，则x变大 D.图丁中两极板间的电压不变，若有电流流 向传感器的正极，则F变大 7.传感器可将非电学量转化为电学量起自动控 制作用，如计算机鼠标中有位移传感器，电饭 煲中有温度传感器，电视机、录像机、空调机中 有光电传感器。如图是演示位移传感器的工 作原理图，物体M在导轨上平移时，带动滑动 变阻器的滑片滑动，通过电压表显示的数据来 反映物体位移的大小，假设电压表是理想的， 则下列说法正确的是 -一M→x A.物体M运动时，电路中的电流会发生变化 B.物体M运动时，电压表的示数会发生变化 C.物体M不动时，电路中没有电流 D.物体M不动时，电压表没有示数 综合提升练 8.某同学设计了如图所示的控制温度的报警装 置。理想变压器原线圈一侧接在输出电压有 效值恒定的正弦交流电源上，当原线圈回路中 的理想灵敏电流计示数超过某一值时，就会触 发警报。R,为阻值随温度的升高而减小的热 敏电阻，R为滑动变阻器，则下列说法正确的 是 -201 A.如果仅将R,处温度升高，灵敏电流计示数 将减小 B.如果仅将R处温度升高，电源的输出功率 将减小 C.如果仅将滑动变阻器的阻值调大，灵敏电 流计的示数将增大 D.如果希望提高报警温度，可以将滑动变阻 器的阻值调大 9.(多选)如图所示是霍尔元件的示意图，一块 通电的铜板放在磁场中，板前后面垂直于磁 场，板内通有图示方向的电流，α、b是铜板上、 下边缘的两点，则 () A.电势P。>P。 B.电势pb>P。 C.电流增大时，|p。-p6|增大 D.其他条件不变，将铜板改为NaCl水溶液时， 电势结果仍然一样 10.（多选)某小区为积极响应市政府提出的“迎 峰度冬”节约用电工作，拟将小区路灯电路进 行改造，实现路灯亮度自控。如图所示为其 内部电路简化原理图，电源电动势为E,内阻 为r,R为光敏电阻（光照强度增加时，其电 阻阻值减小)。现减小光照强度，下列判断正 确的是 () E,1 A☒ R。 A.电源的效率变大 B.A灯和B灯都变亮 C.R。两端电压变大 D.电源内部发热功率不变 11.（多选)图甲是由导电的多晶硅制成的电容 式加速度传感器，图乙是其原理图。传感器 可以看成由两个电容C,、C2组成，当传感器 沿着箭头方向变速运动时，多晶硅悬臂梁的 右侧可发生弯曲形变，形变程度只与加速度 大小相关，且加速度向上时，悬臂梁的右侧向 下弯曲。下列说法正确的是 多品硅顶层多品硅（上电极） 悬臂梁 衬底底层多品硅（下电极） 甲 顶层多品硅 多品硅（上电极）C, 悬臂梁 加速 度a 衬底底层多品硅 C (下电极) 乙 A.传感器静止时，用外力下压悬臂梁右侧， C1增大，C2减小 B.传感器保持匀速向上运动，C1与C2均 不变 C.传感器由静止突然加速向上运动，C,减 小，C2增大 D.传感器向下做匀减速运动，C1不断减小， C2不断增大 12.(多选)今年暑假，多地高温干旱，火灾频繁 发生。现有一火警预测器的部分原理图，电 源电动势E一定，R1、R2是定值电阻，R3是热 敏电阻，其阻值随温度的升高而减小。开关 S闭合后，在正常室温下电容器两板间的一 带电液滴恰好能静止在M点。现若火情出 现室温升高，下列说法正确的是 () —202 R A.M点的电势降低 B.R两端电压增大 C.液滴向上运动 D.R2中有向左的电流 3.某电子秤的原理简图如图所示。AB为一均 匀的滑动变阻器，长度为L,两边分别有P、 P,两个滑动头，轻质弹簧上端与P,及托盘底 部相连，下端固定。弹簧原长时，P和P,均 指在A端。若P,、P,间出现电压，该电压经 过放大，通过信号转换后在显示屏上就能显 示出被称物体的质量。已知弹簧的劲度系数 为k,托盘质量为m。,电源电动势为E,内阻 不计。重力加速度为g。在托盘上未放物体 时需要先校准零点，即令未放被称物体时电 压为零。则 ( 物体 托盘 P R B U A.校准零点时，不需要移动滑动头P2 B校准零点时，两滑动头间的距离为” C.滑动头P,滑至B端时，被称物体的质量为 L g D.被称物体的质量m与两滑动头间电压U 的关系为m= kLU Eg练案[27] 基础巩固练 1.ABD传感器的任务就是采集信息，A项正确：干簧管的主要 构造是平时不接触的两个极易被磁化的软磁性簧片，它们靠 近磁场时被磁化，然后相互吸引而接触，B项正确：电视遥控 接收器中使用了红外线传感器，C项错误；由传感器的定义 知，D项正确 2.CD干簧管能感知磁场，因为两个簧片由软磁性材料制成， 当周围存在磁场时，两个簧片被磁化，就会相互吸引，所以干 簧管是作为开关来使用的，是作为电控元件以实现自动控制 的。由以上分析可知，选项C、D正确。 3.D该卫星处于真空状态，不存在其他物质，所以不需要气体 传感器和味觉传感器：声音无法传播，所以不需要听觉传感 器；光的传播不需要介质，所以可能有视觉传感器。故选D。 4.BD金属热电阻的阻值随温度升高而增大，半导体材料制成 的热敏电阻的阻值随温度升高而减小，且灵敏度高，所以A错 误，B正确；图线1对应的材料化学稳定性好，测温范围大，但 灵敏度差，图线2对应的材料化学稳定性差，测温范围小，但 灵敏度高，所以C错误，D正确。 5.ABD光敏电阻，当强光照射时，电阻变小，导电性增强，故A 正确；电阻应变片，其电阻随受外力而发生机械形变的变化而 发生变化，故B正确；干簧管是一种能够感知磁场的传感器， 当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化相互吸引而接通，当磁 体远离干簧管时，软磁性材料制成的簧片失去磁性，两簧片又 分开，经常被用于控制电路的通断，不是电磁感应原理，故C 错误：当物体1向左发生微小位移时，铁芯插入的长度变大， 线圈自感系数变大，故D正确。故选ABD。 6.D题图甲中若h变小，则两极板正对面积变小，由电容的决 定式C=4知，C变小，由于两极板所带电荷量不变，则 电容的定义式C=号分析可知电压变大，放A错误：若题图乙 中9变小，则两极板正对面积增大，由电容的决定式C=4ka 知电容增大，两极板所带电荷量不变，则由电容的定义式C= 号分析可知电压减小，故B错误；题图丙中两极板间的电压 不变，若有电流流向传感器的负极，则电容器在放电，所带电 荷量减小，由电容的定义式C=号分析可知，电容减小，由电 容的决定式C=d知，电介质向外移动，则：变小，故C错 误；题图丁中两极板间的电压不变，若有电流流向传感器的正 极，则电容器在充电，所带电荷量增加，由电容的定义式C 分析可知，电容增大，由电容的决定式C三之知，两极板 间距离减小，则F变大，故D正确。 7.B由于电压表是理想的，因此滑片P移动时，不改变闭合电 路的电阻，电路中的电流不发生变化，即电流恒定，A、C错误； 物体M运动时，电压表所测电压是变化的，M不动时，电压表 示数恒定，B正确，D错误。 29 综合提升练 8.DR,处温度升高，R,阻值减小，由于副线圈电压U2不变， 因此副线圈电流！2增大，根据理想变压器原、副线圈电流关 系可知原线圈电流1,1也增大，故灵敏电流计示数将增大，故A 错误；副线圈电压U2不变，副线圈电流2增大，因此变压器 输出功率增大，而理想变压器输入功率与输出功率相等，因此 电源的输出功率将增加，故B错误；如果仅将滑动变阻器的阻 值调大，由于副线圈电压U2不变，因此副线圈电流12减小， 根据理想变压器原、副线圈电流关系可知原线圈电流1，也减 小，故灵敏电流计示数将减小，故C错误；由A中分析可知，当 温度升高后，热敏电阻R,阻值减小，副线圈负载总阻值减小， 副线圈电流增大，原线圈电流也增大，当原线圈电流增大到规 定值后报警，因此要提高报警温度，需增大副线圈负载总电 阻，故可将滑动变阻器的阻值调大，故D正确。 9.AC铜板中的自由电荷是电子，电子定向移动的方向与电流 的方向相反，由左手定则可判断出电子因受洛伦兹力作用向b 侧偏转，所以9，>9，A正确，B错误；因9。-9，二只，所以 电流增大时，Ip。-p6l增大，C正确；若将铜板改为NaC水溶 液，溶液中的正、负离子均向b侧偏转，Ip。-p6I=0,即不产 生霍尔效应，D错误。 10.AB电源的效率为7= 1点K外×100%=X Ia(R外+r) 1+R 100%,减小光照强度，光敏电阻阻值增大，则外电阻增大，电 源的效率增大，故A正确；减小光照强度，光敏电阻阻值增 根据鱼R十，可知总电流减小，根据P=。·可 知电源内部发热功率减小，根据U=E一IT,可知路端电压 增大，根据1上日，可知通过A灯的电流增大，A灯变亮，面 通过R。的电流减小，其两端电压减小，则B灯两端电压增 大，B灯变亮，故B正确，C、D错误。 11.BC传感器静止时，用外力下压悬臂梁右侧，多晶硅悬臂梁 与顶层多晶硅距离变大，多晶硅悬臂梁与底层多晶硅距离变 8S 小，由C=4可知，G减小，G增大，故A错误；传感器保 持匀速向上运动，多晶硅悬臂梁相对于顶层多晶硅和底层多 晶硅位置不变，C,与C2均不变，故B正确；传感器由静止突 然加速向上运动，多晶硅悬臂梁的右侧发生弯曲形变，多晶 硅悬臂梁与顶层多晶硅距离变大，多晶硅悬臂梁与底层多晶 硅距离变小，由C可知，C减小，C,增大，故C正确： 传感器向下做匀减速运动，加速度向上且大小不变，多晶硅 悬臂梁的右侧发生弯曲形变，但在向下做匀减速运动的过程 中多晶硅悬臂梁与顶层和底层的距离都保持不变，所以C:、 C2不变，故D错误。 12.CD根据题意可知，电路稳定时，电容器两端电压等于R1 两端电压，带电液滴恰好能静止在M点，则有Eg=mg,火情 出现室温升高，R,电阻减小，外电路的总电阻减小，由闭合 电路的欧姆定律可知，电路中的电流增大，R,两端的电压增 大，电容器两板间电压增大，M点的电势升高，给电容器充 电，则R,中有向左的电流，由￡=号可知，电容器两板间电 场强度变大，电场力变大，液滴向上运动，故A错误，C、D正 确；由于路端电压减小，R,两端的电压增大，可知，R两端电 压减小，故B错误。 13.D未放被称物体时电压为零，即P1、P2,两点等势，校准零点 时，需要移动滑动头P2,让两滑动头水平对齐，故A、B错误； 放上的被称物体的质量为m时P,滑至B端，弹簧被压缩长 度为L,则有M=(m。+m)g,解得m,=化-m,故C错误； g 设未放被称物体时，两滑动头P,、P2校准零点后距A点的距 离为x。,=mog,设放上的被称物体质量为m时，两滑动头 P1、P2间距离为x,有k(x。+x)=(mg+m)g,设滑动变阻器 最大阻值为R,两滑动头P,、P2间的电阻为R。,由闭合电路 的欧姆定律知两滑动头PL,间的电压为U=R,=片R,叉 滑动变剧器是均匀的，有景-产：联立部得m一总，故D正 Eg 确。 练案[28] 1.D电磁继电器是利用电流的磁效应工作的，发电机是利用电 磁感应原理制成的，选项A错误；电磁铁的磁性强弱和电流大 小、线圈的匝数及有无铁芯有关，选项B错误：根据安培定则 可知，电磁铁工作时，上端为N极，选项C错误：当有人闯入保 密室时会使开关S闭合，电磁铁有磁性，吸引衔铁向下移动，b 灯所在电路接通，b灯亮，选项D正确。 2.A通电后当恒温箱内的温度未达到导电温度计金属丝所指 示的温度时，此时电磁继电器无磁性，衔铁与AB相连，电热丝 被连接在电路中，使恒温箱内温度升高。为提高恒温箱温度， 即金属丝加热使水银温度计内水银上升高度变高后才断开， 因此应将金属丝A上升。 3.(1)见解析图(2)R (3)①650.0b接通电源后，流过报警器的电流会超过 20mA,报警器可能损坏 ②c报警器开始报警 解析：(1)热敏电阻工作温度达到60℃时，报警器报警，故需 通过调节电阻箱使其阻值等于60℃时热敏电阻的阻值，即调 节到阻值650.0D,使报警器能正常报警，电路图如图所示。 报警器 电源 ab☐ 电阻箱 开关 滑动变阻器 热敏电阻 (2)U=18V,通过报警器的电流10mA≤I≤20mA, 放电路中总电凰R=号，即9000≤R≤1801，放滑动变阻 器选R2。 (3)①热敏电阻阻值为650.0D时，报警器开始报警，模拟热 敏电阻的电阻箱的阻值也应为650.02，为防止通过报警器 电流过大，造成报警器烧坏，应使滑动变阻器的滑片置于 b端。 —25 ②实验调试时，将开关置于c端，缓慢调节滑动变阻器，直至 报警器开始报警。 4.(1)随着光强的增加，光敏电阻的阻值迅速下降，进一步增大 光强，阻值减小变缓，然后逐渐趋向平缓(2)C、D(3)如图 所示(4)18 零线 火线 D 光敏电阻定值电阻 电源 开关 解析：(1)由题图(a)可得到的结论是随着光强的增加，光敏 电阻的阻值迅速下降，进一步增大光强，阻值减小变缓，然后 逐渐趋向平缓。 (2)由电磁继电器的工作原理可知，电磁铁连接的是控制电 路，衔铁连通的是工作电路，故工作时，应将C、D接照明 电路。 (3)光敏电阻、定值电阻、开关、电源与L组成控制电路，C、D 与灯泡组成工作电路。 (4)由题图(a)可知，2cd对应的光敏电阻阻值R光敏=182， 6R=50x10x20.0V=1V,1=08+l。=0. E--180. R=I .(1)30(2)减小增强(3)A(4)40 解析：(1)由图乙可知，当环境温度为80℃时，热敏电阻阻值 为302。 (2)由图乙可知，当环境温度升高时，热敏电阻阻值将减小；热 敏电阻阻值减小，则流过继电器的电流增大，磁性增强。 (3)由于继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮。所以 图甲中指示灯的接线柱D应与接线柱A相连。 (4)当线圈中的电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被 吸合，警铃响。根据欧姆定律E1=I(R,+R),解得R=70Ω， 此时温度为40℃，则环境温度大于等于40℃时，警铃报警。 ,(1)通道B(2)20(3)R不均匀 解析：(1)大苹果通过托盘秤时，R,两端的电压达到放大电路 的激励电压，使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁，大 苹果进入下面的通道B。 (2)杠杆对R的压力为1N,R阻值为30kD,为使该装置达到 上述分餐日的，儿的阻金考满足是-5，则儿 20k2。 (3)随着苹果质量增大，R阻值减小，分压减小，电源电动势不 变，R。分压增大，为了满足电压表的示数随苹果质量的增大 而增大，需要将电压表并联在R两端。 由图乙可知R的阻值随压力的增大而减小，且不是线性变化 关系。电压表示数为R。两端的电压。苹果质量与压力传感 器上的压力成正比，由闭合电路的欧姆定律得，电路中的电流 与苹果质量不是线性变化关系。苹果质量与电压表示数不均 匀对应。