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 一、单选题 1.有一电学元件,温度升高时其电阻减小,这种元件可能是(　　) A.金属导体 B.光敏电阻 C.热敏电阻 D.霍尔元件 2.如图甲所示的电路中,光敏电阻R2加上图乙所示的光照时,R2两端的电压变化规律是(　　) 3.为了节约能源、合理适时地使用路灯,要求夜晚亮、白天熄,利用半导体的某种特性制成自动点亮熄灭的装置,实现了自动控制,这是利用半导体的(　　) A.压敏性 B.光敏性 C.热敏性 D.三种特性都利用了 4.位移传感器的工作原理如图所示,物体M在导轨上平移时,带动滑动变阻器的金属滑片P移动,通过电压表显示的数据来反映物体M的位移大小x。假设电压表是理想电表,物体M不动时,滑片P位于滑动变阻器正中间位置,则下列说法正确的是(　　) A.物体M运动时,电源内的电流会发生变化 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 5.力敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小。有一位同学利用力敏电阻设计了判断小车运动状态的装置,其工作原理如图甲所示。将力敏电阻和一块挡板固定在水平光滑绝缘小车上,中间放置一个绝缘重球。小车在水平面内向右做直线运动的过程中,电流表示数如图乙所示,0~t1时间内小车向右做匀速直线运动,下列判断正确的是(　　) A.在t1~t2时间内,小车做匀速直线运动 B.在t1~t2时间内,小车做匀加速直线运动 C.在t2~t3时间内,小车做匀速直线运动 D.在t2~t3时间内,小车做匀加速直线运动 6.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 7.现代生活离不开智能手机,手机中有很多特殊功能需要传感器来实现。例如当人将手机靠近耳朵附近接听电话时,手机会自动关闭屏幕从而达到省电的目的。实现这一功能可能用到的传感器为(　　) A.光传感器和位移传感器 B.磁传感器和温度传感器 C.磁传感器和声传感器 D.压力传感器和加速度传感器 8.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、多选题 9.利用光敏电阻制作的光传感器,记录了传送带上工件的输送情况,某工厂成品包装车间的光传感记录器如图甲所示,光传感器B能接收到发光元件A发出的光,当工件挡住A发出的光时,光传感器输出一个电信号,并在屏幕上显示出电信号与时间的关系,如图乙所示。若传送带始终匀速运动,每两个工件间的距离为0.2 m,则下述说法正确的是(　　) A.传送带运动的速度是0.1 m/s B.传送带运动的速度是0.2 m/s C.该传送带每小时输送3 600个工件 D.该传送带每小时输送7 200个工件 10.如图所示,理想变压器的原线圈与定值电阻r串联,副线圈接热敏电阻RT(温度升高,阻值减小),在正弦式交流电源的电压U0不变的情况下,下列说法正确的是(　　) A.当RT的温度升高时,原线圈两端的电压减小 B.当RT的温度升高时,原线圈中的电流减小 C.当RT的温度降低时,r消耗的功率减小 D.当RT的温度降低时,r消耗的功率增大 11.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 三、非选择题 12.半导体薄膜压力传感器（图1）是一种易于网购、价格不贵的电学元件。它的工作原理是半导体材料的“压阻效应”，压阻效应是指当半导体材料沿某一方向受到外力作用时，其电阻率发生变化的现象。 ①取RFP602型半导体薄膜压力传感器一片，将其圆形敏感区域固定在铁架台支架平面上，用一个圆柱体质量块（砝码）压在该敏感面上。把一个L形金属框架的上沿压在圆柱体上并固定，框架下端悬吊钩码；该装置可以测量不同压力下传感器的电阻值（图2）。 ②调整L形金属框架和圆柱体的总质量，使其恰好为一只钩码的质量，即50g，重力加速度g取10N/kg时，所对应压力的大小为0.5N。 ③传感器的两根引线跟数字多用电表两表笔相连，数字多用电表选用电阻挡，可以直接测量传感器的电阻，改变钩码的数量，就改变传感器所受的压力。仅有L形金属框架和圆柱体时记录此时电阻的示数，作为第1组数据，然后每悬吊（增加）一个钩码得到一组对应数据，填在下表中。 压力N 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 电阻kΩ 55.52 34.63 27.17 25.26 24.14 22.12 20.77 18.96 压力N 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 电阻kΩ 18.32 17.65 17.00 15.33 15.09 14.74 13.98 13.58 以传感器所受的压力F为横轴、传感器电阻R为纵轴建立直角坐标系，用表中的16组数据在坐标系中描点，将这些点用光滑曲线连接起来（图3）。 (1)从（图3）中可以看出：随着压力的增大，传感器的电阻不断______（填“增大”“减小”或“不变”）；在压力小于2N的区间，电阻随压力变化更______（填“显著”或“平缓”）。 (2)压力为1N时曲线的斜率为24kΩ/N，压力为5N时曲线斜率已减小到1.9kΩ/N，由此可知，压力越大，传感器的灵敏度会变______（填“高”或“低”）；若将该传感器更适合检测______（填“较大”或“较小”）压力的变化。 (3)若将该传感器接入如图所示的电路中，已知电源的电动势，不计内阻，定值电阻，当传感器所受压力为1N时，其电阻约为35kΩ，此时电路中的电流约为______μA。 13.纯电动汽车的蓄电池的安全性，主要体现在对其温度的控制上，当电池温度过高时，必须立即启动制冷系统进行降温。某实验小组做了该系统的模拟研究如下： (1)已知热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，用图甲所示的电路测量热敏电阻在50°C时的阻值，电路中、为阻值未知的定值电阻，为电阻箱； ①先闭合开关S、，然后调整电阻箱的阻值，使电流表G的示数为0，并记下电阻箱的示数50.0Ω； ②然后将电阻箱与交换位置，再次调整电阻箱的阻值，使电流表G的示数为______A，记下电阻箱的示数200.0Ω，则热敏电阻阻值为=______Ω (2)调试控温装置，图乙是模拟控温装置示意图。 当电磁铁线圈（电阻不计）中的电流I大于或等于20mA时，衔铁被吸合，热敏电阻置于温度监测区域，滑动变阻器的最大阻值为200Ω，电源电动势为5V，不计电源内阻，则： ①图乙中应将端与______（选填“”或“”）端相连； ②若设置电池温度为50°C时启动制冷系统，则滑动变阻器阻值应为______Ω； ③若设置电池温度为30°C时启动制冷系统，需要______（填“增大”或“减小”）滑动变阻器的阻值。 14.如图所示,厚度为h、宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的均匀磁场中,当电流通过导体板时,在导体板的上侧面A和下侧面A'之间会产生电势差,这种现象称为霍尔效应。实验表明,当磁场不太强时,电势差U、电流I和B的关系为U=k,式中的比例系数k称为霍尔系数。霍尔效应可解释如下:外部磁场产生的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧,在导体板的另一侧会出现多余的正电荷,从而形成横向电场;横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力,当静电力与洛伦兹力达到平衡时,导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差。 设电流I是由电子的定向移动形成的,电子的平均定向速度为v,电荷量为e。 (1)达到稳定状态时,导体板上侧面A的电势　　　　(选填“高于”“低于”或“等于”)下侧面A'的电势。  (2)电子所受的洛伦兹力的大小为　　　。  (3)当导体板上下两侧之间的电势差为U时,电子所受的静电力的大小为　　　。  标准答案 一、单选题 1.答案:C 解析:金属导体电阻一般随温度升高而增大,光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小,正温度系数热敏电阻的阻值随温度的升高而增大,负温度系数热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,霍尔元件是把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量,选项C正确,A、B、D错误。 2.答案:B 解析:光敏电阻随光照的增强电阻减小,电路中电流增大,电阻R1两端电压增大,R2两端电压减小,但不能减小到零。故选项B正确。 3.答案:B 解析:由题意可知,这一装置要对光敏感,能区分白天(光线强)与夜晚(光线暗),故选项B正确。虽然白天与夜晚温度也不相同,但温度除与昼夜有关外,还与季节有关,故选项C错误。并没有利用压敏性,选项A、D错误。 4.答案:B 解析:电压表为理想电表,则电压表不分流,故滑片P移动时不会改变电路的电阻,也就不会改变电路中的电流,且电路中始终有电流,选项A、C错误。电压表测的是滑片P左侧电阻分得的电压,故示数随物体M的运动而变化,物体M不动时,电压表仍有读数,选项B正确,D错误。 5.答案:D 解析:分析题图乙中电流随时间的变化关系可以得出,在t1~t2时间内,电流增大,表明题图甲中力敏电阻的阻值逐渐减小,即力敏电阻受到的压力逐渐增大,所以可判断小车在向右做加速度逐渐增大的加速运动;在t2~t3时间内,电流在较大数值上保持恒定,说明电阻保持一个较小值,即受到的压力保持恒定,说明小车在向右做匀加速直线运动。选项D正确。 6.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。 7.答案:A 解析:当人将手机靠近耳朵附近接听电话时,改变了位移,并且耳朵可能挡住了光线,所以可能用到的传感器为光传感器和位移传感器,选项A正确。当人将手机靠近耳朵附近接听电话时,没有磁场的变化,也没有产生特别的压力,选项B、C、D错误。 8.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,故选项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,故选项D错误。 二、多选题 9.答案:BC 10.答案:AC 11.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。 (4)由F=F电得evB=e,即U=hvB,导体中通过的电流I=nev·dh,由U=k,得hvB=k,即hvB=k,得k=。 三、非选择题 12.(1) 答案:减小；显著 解析:由图像与表格数据可知，压力增大时传感器电阻不断减小；压力小于2N时，电阻随压力变化的曲线更陡，变化更显著。 (2) 答案:低；较小 解析:压力越大，曲线斜率越小，电阻变化越慢，传感器灵敏度变低；压力较小时灵敏度高，更适合检测较小压力的变化。 (3) 答案:200 解析:电路为串联电路， 电流 13.(1) ① 答案:0；100 解析:交换位置后仍需使电流表G示数为0，保证电桥平衡。 设第一次平衡：，第二次平衡： 两式相乘得 ，解得 (2) ① 答案:c 解析:温度升高，热敏电阻阻值减小，电路电流增大，电磁铁吸合启动制冷，故a端应与c端相连。 (2) ② 答案:150 解析:启动电流 ，总电阻 滑动变阻器阻值 (2) ③ 答案:减小 解析:热敏电阻阻值随温度升高而减小，30℃低于50℃，因此30℃时热敏电阻阻值比50℃时更大。要使温度达到30℃时电流达到启动电流20mA，总电阻需要满足R总=E/I=250Ω，滑动变阻器阻值Rp=250Ω-Rt，Rt增大因此Rp需要减小。 14.答案:(1)低于 (2)evB (3)e 解析:（1)导体中电子运动形成电流,电子运动方向与电流方向相反,利用左手定则可判定电子向A板偏,A'板上出现等量正电荷,所以A板电势低于A'板电势。 (2)洛伦兹力大小F=evB。 (3)F电=eE=e。 学科网（北京）股份有限公司 $