5.1-2 常见传感器的工作原理、科学制作：简单的自动控制装置 练习-2025-2026学年高二下学期物理鲁科版选择性必修第二册

常见传感器的工作原理、科学制作：简单的自动控制装置 学科网（北京）股份有限公司 选择题：本题共14小题，单选每小题6分，多选每小题10分，共100分。 1.关于传感器，下列说法正确的是( ) A.话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号 B.交警使用的酒精测试仪是一种物理传感器，是靠吹气的压力来工作的 C.霍尔元件能够检测磁场及其变化，其原理是法拉第电磁感应定律 D.医院使用的枪式测温仪应用了红外传感器 2.传感器广泛应用在机器人、无人驾驶、智能制造等方面，以下关于传感器元件的说法正确的是( ) A.光敏电阻能把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量，其阻值随着光照强度的增大而增大 B.金属热电阻和热敏电阻都能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，它们的阻值都会随着温度的升高而增大 C.电阻应变片能把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量，物体表面拉伸时，贴在其表面的应变片阻值变大 D.电容式位移传感器能把物体位移这个力学量转换为电阻这个电学量 3.图（a）是“液面报警器”的原理示意图，其中T是热电式元件。当T未露出液面时，指示灯不亮；当T露出液面时，指示灯亮，如图（b）所示。对这个装置，下列判断正确的是( ) A.T是金属热电阻 B.T是热敏电阻 C.T元件的电阻率随温度的升高而增大 D.图（a）中T的温度高于图（b）中T的温度 4.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“霍尔转把”，属于传感器非接触控制，转把内部有永久磁体和霍尔器件等，截面如图甲。永久磁体的左、右两侧分别为N、S极，开启电源时，在霍尔器件的上下面之间加一定的电压，形成电流，如图乙。随着转把的转动，其内部的永久磁体也跟着转动，霍尔器件能输出控制车速的霍尔电压，已知电压与车速关系如图丙。下列关于“霍尔转把'的说法正确的是( ) A.为提高控制的灵敏度，可改变永久磁体的上、下端分别为N、S极 B.按图甲顺时针转动电动车的右把手（手柄转套），车速将变小 C.图乙中从霍尔器件的前、后面输出控制车速的霍尔电压 D.若霍尔器件的上、下面之间所加电压的正、负极性对调，将影响车速控制 5.霍尔传感器可用于自行车速度计上，如图甲所示，将霍尔传感器固定在前叉上，磁铁安装在前轮辐条上，轮子每转一圈，磁铁就靠近霍尔传感器一次，传感器就会输出一个脉冲电压。霍尔传感器原理如图乙所示，电源电压为，当磁场通过霍尔元件时，在元件前、后表面间出现电压。某次行驶时，霍尔传感器测得的电压随时间t变化的关系如图丙所示，车轮半径为R，下列说法正确的是( ) A.如图乙所示，霍尔元件前表面的电势低于后表面的电势，载流子带正电 B.霍尔电压的峰值与电源电压无关，与自行车的车速有关 C.自行车的速度可表示为 D.若前轮漏气，不影响速度计测得的骑行速度 6.传感器的功能与人的视觉、听觉、触觉、嗅觉等功能相似。不只在科研领域，在人们的日常生活中，也会用到传感器以实现某种功能。关于图中应用传感器的实际情景，下列说法错误的是( ) A.甲图传感器用来测量位移的微小变化，是位移传感器 B.乙图光电计数器用到了光敏电阻这个传感元件，是光传感器 C.丙图利用霍尔元件可以测量微小位移，是位移传感器 D.丁图干簧管是利用电磁感应的原理控制电路的通断的 7.图甲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6%时报警。闭合开关、，下列说法正确的是( ) A.电磁铁的上端是S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6%时报警，此时工作电路的灯亮 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 8.某同学利用压力传感器设计水库水位预警系统。如图所示，电路中的和，其中一个是定值电阻，另一个是压力传感器（可等效为可变电阻）。水位越高，对压力传感器的压力越大，压力传感器的阻值越小。当a、b两端的电压大于时，控制开关自动开启低水位预警；当a、b两端的电压小于（为定值）时，控制开关自动开启高水位预警。下列说法正确的是( ) A. B.为压力传感器 C.若定值电阻的阻值越大，则开启高水位预警时的水位越低 D.若定值电阻的阻值越大，则开启低水位预警时的水位越高 9.很多手机的指纹解锁功能利用了电容式指纹识别技术.如图所示，指纹识别传感器上有大量面积相同的小极板，当手指贴在传感器上时，指纹的凸起部分（叫“嵴”）及凹下部分（叫“峪”）与这些小极板形成大量大小不同的电容器.传感器给所有的电容器充电达到某一电压值后，电容器放电，根据放电快慢的不同来探测“嵴”和“峪”的位置，从而形成指纹图像数据，则( ) A.沾水潮湿的手指不会影响正常解锁 B.极板与指纹“嵴”部分形成的电容器电容较大 C.极板与指纹“峪”部分形成的电容器放电较慢 D.用打印好的指纹照片覆盖在传感器上面也能够实现指纹解锁 10.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，G为灵敏电流表，其内阻保持不变；R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S，当R的温度等于20 ℃时，电流表示数；当电流表的示数时，热敏电阻的温度为( ) A.60 ℃ B.80 ℃ C.100 ℃ D.120 ℃ 11.（多选）如今，人们对手机的依赖程度越来越高，手机已成为现代人必不可少的随身物品，然而长时间使用手机会对眼睛造成一定的伤害，因此现在的智能手机都有一项可以调节亮度的功能，该功能既可以自动调节，也可以手动调节。某同学为了模拟该功能，设计了如图所示的电路，为光敏电阻，光照增强，阻值变小，为滑动变阻器，闭合开关后，下列说法正确的是( ) A.仅光照变弱，小灯泡变亮 B.仅光照变强，小灯泡变亮 C.仅将滑片向a端滑动，小灯泡变亮 D.仅将滑片向a端滑动，电池的路端电压变大 12.（多选）霍尔元件是一种重要的磁传感器，利用霍尔元件将电压表改装为磁强计的原理如图所示，导电物质为电子的长方体霍尔元件三边长度分别为，放在与它垂直的匀强磁场中。当恒定电流I（由电流表显示）通过霍尔元件时，在它的前后两个侧面之间会产生霍尔电压，通过电压表示数可以计算出匀强磁场磁感应强度B的大小，下列说法正确的是( ) A.b是电压表V的“+”接线柱 B.电压表V的示数与磁感应强度B的大小成正比 C.为提高磁强计的灵敏度，可适当减小 D.为提高磁强计的灵敏度，可将滑动变阻器R的触头P向右调节少许 13.（多选）如图所示，干簧管放在磁场中时两个舌簧能被磁化。关于干簧管，下列说法正确的是( ) A.干簧管接入电路中相当于电阻的作用 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的作用 D.干簧管是作为电控元件以实现自动控制的 14.（多选）如图所示为某款手机内部加速度传感器的俯视图，M、N为电容器的两极板，M板固定在手机上，N板通过两完全相同的水平弹簧与手机相连，电容器充电后与电源断开，M、N板间距离为，电压传感器示数为.已知弹簧的弹性系数为k，N板质量为m，不计摩擦，当手机在水平面内以沿NM方向的加速度a运动时( ) A.电容器的电容变大 B.M、N板间的电场强度不变 C.电压传感器示数为 D.电压传感器示数为 参考答案 1.答案：D 解析：A（×）话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号。 B（×）交警使用酒精测试仪的主要目的是测量呼出气体中的酒精含量，它是酒精气体传感器，它的阻值随酒精气体浓度的变化而变化，不是利用压力工作的。 C（×）霍尔元件是磁传感器，能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量，其原理不是法拉第电磁感应定律。 D（√）医院使用的枪式测温仪应用了红外传感器。 2.答案：C 解析：A（×）光敏电阻能把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量，其阻值随着光照强度的增大而减小。 B（×）金属热电阻和热敏电阻都能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，它们的阻值会随着温度的变化而变化。 C（√）电阻应变片能把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量，物体表面拉伸时，应变片阻值变大。 D（×）电容式位移传感器能把物体位移这个力学量转换为电容这个电学量。 3.答案：B 解析：A（×）B（√）由题图可知，T在未露出液面和露出液面时，由于温度不同而导致电阻不同，故T是热敏电阻。 C（×）D（×）T未露出液面时的温度应低于露出液面时的温度，而当T未露出液面时，指示灯不亮，说明此时电阻较大，故温度越低，电阻越大，其电阻率越大。 4.答案：C 解析：A（×）由霍尔电压可知，霍尔电压与磁场的磁感应强度B成正比。若改变永久磁体的上、下端分别为N、S极，则霍尔器件处的磁场将减弱，所以会降低灵敏度。 B（×）按图甲顺时针转动电动车的右把手（手柄转套），磁体靠近霍尔器件，磁场增强，霍尔电压增大，车速变大。 C（√）由题意可知，磁场从霍尔器件左、右面穿过，则形成电流的电荷受到偏向器件前、后面的洛伦兹力，即在霍尔器件的前、后面产生霍尔电压。 D（×）若霍尔器件的上、下面之间所加电压的正、负极性对调，则霍尔电压的极性也将对调，由图丙可知，电压的正、负不影响车速。 5.答案：C 解析：A（×）如题图乙所示，电流的方向向左，如果载流子带正电，则根据左手定则可知，载流子将向前表面偏转从而使前表面的电势高于后表面的电势，而霍尔元件前表面电势低于后表面的电势，因此载流子一定带负电。 B（×）根据题意可知，自行车车速越大，磁铁到达霍尔元件处的时间就越短，脉冲电压的频率就越大，设霍尔元件左、右面间距为d，上、下面间距为h，前、后面间距为c，载流子的速率为v，单位体积内的自由电荷数为n，脉冲电压出现峰值时，有洛伦兹力等于电场力，即，根据电流的微观表达式有可得。霍尔电压的峰值与自行车的车速无关，但电源电压越大，通过霍尔元件的电流就越大，从而使霍尔电压越大。 C（√）根据图乙可知自行车转动一周所需的时间，则自行车的速度可表示为。 D（×）若前轮漏气，则因漏气使车轮半径减小，从而使速度计测得的骑行速度偏大。 6.答案：D 解析： 选项 分析 正误 A 甲图中，当被测物体在左、右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板间移动，通过测量电容的变化，判断物体位置变化，是位移传感器。 √ B 乙图中，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。当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值较小，供给信号处理系统的电压变低；当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，供给信号处理系统的电压变高。这种高低交替变化的信号经过处理，就会转化为相应的数字，实现自动计数的功能。 √ C 丙图中，在两块磁感应强度相同、同极相对的磁体缝隙中放入霍尔元件，当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度B为0，霍尔电压为0，可将该点作为位移的零点。当霍尔元件沿着z轴正、负方向移动时，有霍尔电压输出，且电压大小与位移大小成正比，从而能够实现微小位移的测量。 √ D 丁图中，干簧管利用磁场控制电路的通断，不是利用电磁感应原理工作的。 × 7.答案：D 解析：A（×）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N极。 B（×）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。 C（×）报警器报警时，电磁铁恰好能将衔铁吸下，由电路图可知，灯亮。 D（√）将的滑片下移，接入电路的电阻减小，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需增大，由题图乙可知燃气浓度将降低，即工作电路会在燃气浓度值比出厂预设值低一些时报警。 8.答案：C 解析：B（×）由题意可知水位越高，对压力传感器的压力越大，压力传感器的阻值越小。控制开关自动开启低水位预警，此时水位较低，压力传感器的阻值较大，a、b两端此时的电压大于为压力传感器。 A（×）高水位时压力传感器的阻值较小，压力传感器两端电压较小，因此。 C（√）根据闭合电路欧姆定律可知，a、b两端的电压为，定值电阻的阻值越大，两端分得的电压越小，当a、b两端的电压小于开启高水位预警时，压力传感器阻值需要越大，则此时水位越低。 D（×）定值电阻的阻值越大，当开启低水位预警，a、b两端的电压大于时，压力传感器阻值需要越大，则此时水位越低。 9.答案：B 解析：潮湿的手指与传感器之间有水填充，改变了原来匹配的电容器的电容，所以会影响指纹解锁，故A错误；根据电容的决定式可得，极板与指纹“嵴”部分距离d小，形成的电容器电容较大，极板与指纹“峪”部分距离d大，形成的电容器电容较小，故B正确；由于传感器为所有电容器充到一个预先设计好的电压值，所以所有的电容器电压一定，根据可知，极板与指纹“峪”（凹下部分，d大，电容小）构成的电容器充上的电荷量较少，在放电过程中放电时间短，放电较快；反之，在“嵴”处形成的电容器电容大，充上的电荷量大，放电较慢，故C错误；打印好的指纹照片是平整的，不能形成电容器，因此不能实现指纹解锁，故D错误. 10.答案：D 解析：由题图乙可知，当R的温度等于20 ℃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120 ℃，故选D. 11.答案：BD 解析：A（×）仅光照变弱，光敏电阻的阻值变大，回路总电阻变大，电流变小，则灯泡变暗。 B（√）仅光照变强，光敏电阻的阻值变小，回路总电阻变小，电流变大，则灯泡变亮。 C（×）D（√）仅将滑片向a端滑动，滑动变阻器接入电路的阻值变大，回路总电阻变大，电流变小，则灯泡变暗；根据可知，路端电压变大。 12.答案：BC 解析：A（×）根据左手定则知，后侧面带负电，前侧面带正电，则b是电压表V的“-”接线柱。 B（√）根据电流的微观表达式可得，根据电场力和洛伦兹力的等量关系可得，联立可得，可知电压表V的示数与磁感应强度B的大小成正比。 C（√）减小，U增大，可提高检测灵敏度。 D（×）滑动变阻器R的触头P向右调节少许，电流I减小，U减小，检测灵敏度降低。 13.答案：CD 解析：干簧管能感知磁场，因为两个舌簧由软磁性材料制成，当周围存在磁场时，两个舌簧被磁化，就会相互吸引，所以是作开关来使用，作为控制元件以实现自动控制的，选项CD正确，AB错误。 故选CD。 14.答案：BC 解析：当手机在水平面内以沿NM方向的加速度a运动时，N板所受合力方向向右，N板将压缩弹簧，两极板间距增大，令极板间距为d，根据，知电容器的电容变小，A错误；电容器充电后与电源断开，极板所带电荷量一定，根据，解得，可知M、N板间的电场强度不变，B正确；加速运动前有，加速运动之后有板所受外力的合力等于弹簧压缩后的弹力，则有，解得，C正确，D错误. $