2. 常见传感器的工作原理及应用（分层作业）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 目录 【攻核心·技能提升】----------------------------------------------------------------------------------1 考点一、认识传感器就是把非电学量转换为电学量的装置，其主要元件是敏感元件。----------------------------------------------------------------------------------------------------------------1 考点二、了解光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻和电阻应变片等材料的物理特性，知道利用其特性可以制作传感器的敏感元件-------------------------------------------------------------------1 考点三、利用电容器的结构改变影响电容的性质，设计电容式位移传感器----------------------------------------------------------------------------------------------------------------3 【拓思维·重难突破】----------------------------------------------------------------------------------3 【链高考·精准破局】---------------------------------------------------------------3 考点一、认识传感器就是把非电学量转换为电学量的装置，其主要元件是敏感元件 1．A 2．A 3．D 考点二、了解光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻和电阻应变片等材料的物理特性，知道利用其特性可以制作传感器的敏感元件 4．C 5． 敏感 edbca B D 【详解】（1）[1]图甲中横轴表示温度，纵轴表示电阻，随着温度的升高，金属热电阻的阻值略微增大，而该热敏电阻的阻值明显减小，所以这种热敏电阻在较低温度范围内，相对金属热电阻而言，该热敏电阻对温度变化的响应更敏感 （2）[2]要实现衔铁在某温度时（此时热敏电阻的阻值为）被吸合，而衔铁被吸合时的电流是一定的，所以关键是找到此时滑动变阻器的阻值。实现方法是：断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至，合上开关，调节滑动变阻器的阻值，观察到继电器的衔铁被吸合，则此时滑动变阻器连入电路的阻值就是衔铁在某温度（此时热敏电阻的阻值为）被吸合时滑动变阻器应连入电路的阻值，找到之后，再用热敏电阻替换掉电阻箱即可，正确顺序为edbca； （3）[3]在30时，电源电动势的最小值 所以电源应选用，故选B； [4]在80时，选用电源，滑动变阻器的最小阻值为 所以滑动变阻器应选用，故选D。 6．(1) a 减小 下降 (2) 1.5 2 【详解】（1）[1]图甲中滑动变阻器的连接方式为分压式，为了操作简便，滑动变阻器应选用阻值较小的，即选； [2]为了保护负载，闭合开关前，应使两端的电压为零，故应将滑动变阻器的滑片置于a端； [3][4]由图乙可知，随着压力F的增大，阻值减小，随着F的增大，图像越来越平缓，说明随F的变化率减小，即灵敏度下降。 （2）[1]由题意知，托盘上物块的质量为时，控制电路两端的电压为，则两端的电压为2V，此时 结合图乙可知，此时，与串联，电阻之比等于电压之比，即 则 [2]因，则，，此时两端的电压小于2V，控制电路两端的电压大于1V，则质量为的物块经该装置后将进入通道2。 7．(1) 2.0 10.0 (2)A (3)D 【详解】（1）[1]滑动变阻器的滑片恰好置于最下端时，由欧姆定律可知电压表的示数满足 [2]由受力平衡可得 解得可测重物的最大质量为 （2）根据闭合电路欧姆定律可得 又因 联立解得 可知与成正比关系。 故选A。 （3）AB．该电子秤能测量的重物质量的最大值是由弹簧的劲度系数和滑动变阻器的总长决定的，与限流电阻无关，故AB错误； CD．当限流电阻换成阻值更大一些的定值电阻时，根据分压关系，当滑动变阻器滑片移动到点时，电压表对应的最大示数变小，但所测质量范围不变，因此精确度降低，故C错误、D正确。 故选D。 8．B 考点三、利用电容器的结构改变影响电容的性质，设计电容式位移传感器 9．（多选）AD 10．C 11．D 12．（多选）BD 13．B 14．D 15．【2024年高考北京卷物理真题】D 16．（多选）【2023年高考浙江卷物理真题（1月）】ABC 17．【2023年高考湖南卷物理真题】．【答案】(1)1000 (2) (3) (4)1.7×10-2 (5)> 【详解】（1）欧姆表读数为10×100Ω=1000Ω （2）当电压传感器读数为零时，CD两点电势相等，即 即 解得 （3）绘出U-m图像如图 （4）由图像可知，当电压传感器的读数为200mV时，所放物体质量为1.75g，则 （5）可将CD以外的电路等效为新的电源，电动势E＇，内阻r＇，CD两点电压看作路端电压，因为换用非理想电压传感器时内阻不是无穷大，此时电压传感器读数 当读数为U＇=200mV时，实际CD间断路（接理想电压传感器时）时的电压等于E＇大于200mV，则此时压力传感器的读数F1>F0。 18．【2022年新高考北京物理高考真题】C 19．【2016年浙江省高考物理试题】D 20．（多选）【2011年普通高等学校招生全国统一考试物理卷（江苏卷）】BC 21．（多选）【2007年普通高等学校招生全国统一考试（广东卷）物理试题】BD / 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 目录 【攻核心·技能提升】----------------------------------------------------------------------------------1 考点一、认识传感器就是把非电学量转换为电学量的装置，其主要元件是敏感元件。----------------------------------------------------------------------------------------------------------------1 考点二、了解光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻和电阻应变片等材料的物理特性，知道利用其特性可以制作传感器的敏感元件-------------------------------------------------------------------2 考点三、利用电容器的结构改变影响电容的性质，设计电容式位移传感器----------------------------------------------------------------------------------------------------------------7 【拓思维·重难突破】----------------------------------------------------------------------------------8 【链高考·精准破局】--------------------------------------------------------------10 考点一、认识传感器就是把非电学量转换为电学量的装置，其主要元件是敏感元件 1．关于传感器及其应用，下列说法中不正确的是（　　） A．传感器都是利用敏感元件的电阻变化来工作的 B．光敏电阻是把光信号转换为电信号 C．霍尔元件是把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量 D．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声音信号转换为电信号 【答案】A 【详解】A．传感器都是利用敏感元件将非电学量转化为电学量，但不一定是电阻变化，A错误，符合题意； B．光敏电阻是把光信号转换为电信号，B正确，不符合题意； C．霍尔元件是把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量，C正确，不符合题意； D．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声音信号转换为电信号，D正确，不符合题意。 故选A。 2．下列说法正确的是(　　) A．传感器将感受到的非电学量转换为电学量，或转换为电路的通断 B．传感器将感受到的电学量转换为非电学量 C．传感器只能将感受到的非电学量转换为电路的通断 D．以上说法都不对 【答案】A 【详解】传感器作为一种将其它形式的信号与电信号之间的转换装置，能将非电学量按一定规律转换成电学量或者是电路的通断，故选项A正确，BCD错误；故选A. 3．传感器的应用改变了我们的生活，没有传感器，就不可能有现代化的自动控制技术，下列有关传感器的判断正确的是（     ） A．传感器是将电学量（如电压、电流等）转化成非电学量（如压力、温度、位移等）的装置 B．热敏电阻的电压随温度变化而变化 C．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的 D．光敏电阻在有光照射时，电阻会变小 【答案】D 【详解】A. 传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、角度)等转换成电学物理量（如电压、电流、电量等)的一种元件，故A不符合题意； B. 热敏电阻的电阻随温度变化而变化，将热量转化为电流这个电学量，故B不符合题意； C. 干簧管是将一对磁性材料制成的弹性舌簧片密封于玻璃管中，舌簧端面互叠，但留有空隙，当干簧管处在磁场中，舌簧由于磁化而吸引，利用磁化及磁极间的相互作用，故C不符合题意． D. 光敏电阻在有光照射时，电阻会变小故D符合题意． 考点二、了解光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻和电阻应变片等材料的物理特性，知道利用其特性可以制作传感器的敏感元件 4．下列传感器能够将光学量转换为电学量的是（　　） A．电阻应变片 B．干簧管 C．光敏电阻 D．霍尔元件 【答案】C 【详解】A．电阻应变片是在外力的作用下产生机械形变，其电阻发生相应变化，从而将力学量转换为电学量，故A错误； B．干簧管是将磁学量转化为电学量，故B错误； C．光敏电阻是将光强转化为电学量，故C正确； D．霍尔元件是将磁学量转化为电学量，故D错误。 故选C。 5．热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。某种热敏电阻和金属热电阻的阻值随温度变化的关系如图甲所示。 （1）由图甲可知，在较低温度范围内，相对金属热电阻而言，该热敏电阻对温度变化的响应更________（选填“敏感”或“不敏感”）。 （2）某同学利用上述热敏电阻制作了一个简易的温控装置，实验原理如图乙所示。现欲实现衔铁在某温度时（此时热敏电阻的阻值为）被吸合，下列操作步骤正确的顺序是_______。（填写各步骤前的序号） a.将热敏电阻接入电路 b.观察到继电器的衔铁被吸合 c.断开开关，将电阻箱从电路中移除 d.合上开关，调节滑动变阻器的阻值 e.断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至 （3）若热敏电阻的阻值与温度的关系如下表所示， /℃ 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 199.5 145.4 108.1 81.8 62.9 49.1 当通过继电器的电流超过时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。已知继电器的电阻，为使该装置实现对30~80之间任一温度的控制，电源应选用_______，滑动变阻器应选用_______。（填选项前的字母） A．电源（，内阻不计）B．电源（，内阻不计）C．滑动变阻器D．滑动变阻器 【答案】 敏感 edbca B D 【详解】（1）[1]图甲中横轴表示温度，纵轴表示电阻，随着温度的升高，金属热电阻的阻值略微增大，而该热敏电阻的阻值明显减小，所以这种热敏电阻在较低温度范围内，相对金属热电阻而言，该热敏电阻对温度变化的响应更敏感 （2）[2]要实现衔铁在某温度时（此时热敏电阻的阻值为）被吸合，而衔铁被吸合时的电流是一定的，所以关键是找到此时滑动变阻器的阻值。实现方法是：断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至，合上开关，调节滑动变阻器的阻值，观察到继电器的衔铁被吸合，则此时滑动变阻器连入电路的阻值就是衔铁在某温度（此时热敏电阻的阻值为）被吸合时滑动变阻器应连入电路的阻值，找到之后，再用热敏电阻替换掉电阻箱即可，正确顺序为edbca； （3）[3]在30时，电源电动势的最小值 所以电源应选用，故选B； [4]在80时，选用电源，滑动变阻器的最小阻值为 所以滑动变阻器应选用，故选D。 6．基于“压阻效应”，即电阻值随压力变化的现象，某实验小组对一款压敏电阻的特性展开了探究，并将其应用于一款自动分拣装置中，重力加速度大小取，请回答下列问题。 (1)探究压敏电阻的特性： 实验器材：压敏电阻（无压力时，阻值为）、滑动变阻器（最大阻值为）、滑动变阻器（最大阻值为）、灵敏电流计（量程0~300μA，内阻约）、电压表（量程，内阻约）、电源（电动势，内阻不计）、开关、导线若干。 ①图甲为实验小组设计的电路图，已知压敏电阻在以内压力下，其阻值在几千欧到十几千欧之间，为了操作简便，滑动变阻器应选用______（选填“”或“”）； ②闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片置于______（选填“”或“”）端，闭合开关，调节滑动变阻器，测出在不同压力下压敏电阻的阻值，作特性曲线如图乙所示。 由图像可知，随着压力的增大，阻值______（选填“增大”或“减小”），且灵敏度（随的变化率）______（选填“升高”或“下降”）。 (2)自动分拣装置设计： ①图丙为实验小组设计的自动分拣装置图，其中为滑动变阻器，电源电动势为（内阻不计），托盘（含支撑杆）重力不计，分拣标准质量为。物块运输到托盘上后，大于或小于的物块将沿不同通道运输，当控制电路（电阻无穷大）两端电压小于时，水平，物块进入水平通道，当控制电路两端电压大于或等于时，端下移，物块进入通道； ②根据以上原理可知，接入电路的阻值为____（结果保留位有效数字），质量为的物块经该装置后将进入通道____（选填“”或“”）。 【答案】(1) a 减小 下降 (2) 1.5 2 【详解】（1）[1]图甲中滑动变阻器的连接方式为分压式，为了操作简便，滑动变阻器应选用阻值较小的，即选； [2]为了保护负载，闭合开关前，应使两端的电压为零，故应将滑动变阻器的滑片置于a端； [3][4]由图乙可知，随着压力F的增大，阻值减小，随着F的增大，图像越来越平缓，说明随F的变化率减小，即灵敏度下降。 （2）[1]由题意知，托盘上物块的质量为时，控制电路两端的电压为，则两端的电压为2V，此时 结合图乙可知，此时，与串联，电阻之比等于电压之比，即 则 [2]因，则，，此时两端的电压小于2V，控制电路两端的电压大于1V，则质量为的物块经该装置后将进入通道2。 7．某同学自制了一台电子秤，其原理如图所示。实验器材有： 直流电源（电动势为，内阻为）； 理想电压表（量程为）； 限流电阻； 竖直固定的滑动变阻器（总长，总阻值）； 轻弹簧（劲度系数，下端固定于水平地面，上端固定托盘且与滑动变阻器的滑动端连接，滑片接触良好且无摩擦）； 开关以及导线若干。 已知重力加速度取，不计摩擦和其他阻力。 实验步骤如下： ①托盘中未放重物时，调节滑片置于变阻器的最上端a； ②在托盘中轻轻放入不同质量的重物，待托盘静止平衡后，读出对应的电压表示数，将对应的电压示数改换成对应的重物质量，即可制成电子秤。滑动变阻器的滑片从移动到的过程中，弹簧形变始终在弹性限度内。 请回答下列问题： (1)当滑动变阻器的滑片恰好置于最下端b时，电压表的示数为___________V；该电子秤可测重物的最大质量为___________；（所有结果保留一位小数） (2)下列图像中描述电压表读数与物体质量之间的关系正确的是___________； A． B． C． D． (3)实验中若只将限流电阻换成阻值更大的定值电阻，下列说法正确的是___________。 A．该电子秤能测量的重物最大质量值变大 B．该电子秤能测量的重物最大质量值变小 C．该电子秤能测量重物质量的精确度变高 D．该电子秤能测量重物质量的精确度变低 【答案】(1) 2.0 10.0 (2)A (3)D 【详解】（1）[1]滑动变阻器的滑片恰好置于最下端时，由欧姆定律可知电压表的示数满足 [2]由受力平衡可得 解得可测重物的最大质量为 （2）根据闭合电路欧姆定律可得 又因 联立解得 可知与成正比关系。 故选A。 （3）AB．该电子秤能测量的重物质量的最大值是由弹簧的劲度系数和滑动变阻器的总长决定的，与限流电阻无关，故AB错误； CD．当限流电阻换成阻值更大一些的定值电阻时，根据分压关系，当滑动变阻器滑片移动到点时，电压表对应的最大示数变小，但所测质量范围不变，因此精确度降低，故C错误、D正确。 故选D。 8．如图为霍尔元件的示意图 ，霍尔电压U与电流I和磁感应强度B的关系可用公式 表示，其中叫该元件的霍尔系数。若该材料单位体积内自由电荷的个数为n，每个自由电荷所带的电荷量为q。则下列说法正确的是（　　） A．霍尔元件上表面电势一定高于下表面电势 B．式中霍尔系数可表示为 C．霍尔系数的单位是 D．公式中的d指元件上下表面间的距离 【答案】B 【详解】A．霍尔电压的产生是由于运动电荷在磁场中受洛伦兹力发生偏转，导致上下表面积累电荷。若自由电荷为正，根据左手定则，正电荷向某一表面偏转；若为负电荷，如金属中的电子，偏转方向相反，因此上表面电势不一定高于下表面，故A错误； B．当自由电荷受力平衡时，为上下表面间距， 为前后表面间距， 结合电流微观表达式 联立推导可得霍尔系数，故B正确； C．由 单位为，单位为，故单位为，并非，故C错误； D．公式中是垂直于电流和磁场方向的横截面积边长，而非上下表面距离，故D错误。 故选B。 考点三、利用电容器的结构改变影响电容的性质，设计电容式位移传感器 9．（多选）电容式传感器在日常生活中应用极其广泛，比如话筒、智慧黑板、计算机键盘等。如图甲所示，计算机键盘为电容式传感器，每个键下面由相互平行间距为d的活动金属片和固定金属片组成，两金属片间有空气间隙，两金属片组成一个平行板电容器，如图乙所示。其内部电路如图丙所示，当松开键盘过程中，下列说法正确的是（　　） A．电容器的电容变小 B．电容器所带电荷量变大 C．电容器的电场强度变大 D．电流从a经电流计流向b 【答案】AD 【详解】A．当松开键盘时，活动金属板上移，活动金属板与固定金属板之间的距离增大，依据可知电容器的电容变小，故A正确； B．电容器与电源相连，电容器的板间电压不变，由可知电容器所带电荷量变小，故B错误； C．由可知电容器板间的电场强度减小，故C错误； D．电容器所带电荷量变小，电容器处于放电状态，电流从a经电流计流向b，故D正确。 故选AD。 10．电容式加速度传感器具有体积小、重量轻、精度高、可靠性好等优点，在航空、汽车、医疗设备等领域均有广泛的应用，其结构如图所示。基座内部可以看成由上下两个电容分别为C1、C2的电容器组成，当基座具有沿箭头方向的加速度时，质量块将相对基座产生位移而使电容器的电容发生变化。已知上、下极板间电压恒定，则（　　） A．当基座做匀速直线运动时，C1减小，C2增加 B．当质量块向上极板靠近时，C1减小，C2增加 C．可根据两电容器的电压变化来判断基座的加速度 D．可根据两电容器的电量变化来判断基座的加速度 【答案】C 【详解】A．匀速运动时，质量块相对于上下极板间的距离均不变，根据可知，大小均不变，故A错误； B．当质量块向上极板靠近时，知板间距减小，板间距增大，根据可知，增大，减小，故B错误； CD．可知两电容器电压之和不变，即 由，，可知 且 所以两电容器带电量相等且不变，而各自电压均随加速度而发生变化，故C正确，D错误。 故选C。 11．以下是教材中关于传感器应用的几幅图片，说法正确的是 （　　） A．图甲中的干簧管是利用电磁感应原理实现开关作用 B．图乙为加速度传感器，将框架1固定在运动的物体上，当物体具有向右的加速度时，P点的电势比Q点的高 C．图丙是电容式话筒的原理示意图，当膜片向左运动时，A点的电势比B点的低 D．图丁为应变片测力原理图，在梁的自由端施加向下的力F时，上表面拉伸应变片电阻变大 【答案】D 【详解】A．图甲中的干簧管是一种能够感知磁场的感应器，两个弹簧片因磁化而吸合，不是利用电磁感应原理控制电路的，故A错误； B．图乙为加速度传感器，将框架1固定在运动的物体上，当物体具有向右的加速度时，滑片相对于中间位置偏左，则P点的电势比Q点的低，故B错误； C．图丙是电容式话筒的原理示意图，当膜片向左运动时，根据可知，电容减小，电容器所带的电荷量减小，电容器进行放电，则A点的电势比B点的高，故C错误； D．图丁为应变片测力原理图，在梁的自由端施加向下的力F时，上表面拉伸应变片使其长度变大，横截面积变小，根据可知电阻变大，故D正确。 故选D。 12．（多选）智能手机有自动调节屏幕亮度的功能．图为该调节功能的模拟电路简化图，电源的电动势为、内阻为，、中的一个为定值电阻，另一个为光敏电阻（阻值随外部环境光照强度的减小而增大），电压表、电流表均可视为理想电表。若外部环境的光照强度逐渐增大，则下列说法正确的是（    ） A．为光敏电阻 B．电流表示数增大 C．电压表示数增大 D．电源的总功率增大 【答案】BD 【详解】A．根据题意可知，外部环境光照强度增大，屏幕亮度变大，则灯泡两端电压增大，流过灯泡的电流变大，所以有两种可能，一是灯泡电阻和电阻并联总电阻阻值增大，二是电阻的阻值减小，光敏电阻阻值随外部环境光照强度的减小而增大，所以外部光照强度逐渐增大，光敏电阻阻值减小，只能电阻是光敏电阻，故A错误。 BC．由于光敏电阻阻值减小，外电路总阻值减小，根据闭合电路欧姆定律可得 则有干路电流增大，即电流表示数增大，由串联电路分压规律可知外电阻阻值减小，电源内阻不变，所以电压表示数减小，故B正确，C错误。 D．由功率，由于外电阻阻值减小，所以电源总功率增大，故D正确。 故选BD。 13．光电式火灾报警器的原理如图所示，红外光源发射的光束经烟尘粒子散射后照射到光敏电阻上，光敏电阻接收的光强与烟雾的浓度成正比，其阻值随光强的增大而减小。闭合开关，当烟雾浓度达到一定值时，干簧管中的两个簧片被磁化而接通，触发蜂鸣器报警。为了能在更低的烟雾浓度下触发报警，下列调节正确的是（　　） A．增大电阻箱的阻值 B．减小电阻箱的阻值 C．增大电源的电动势 D．减小干簧管上线圈的匝数 【答案】B 【详解】A．增大电阻箱的阻值，则红外光源发出的红外线强度减小，若烟雾浓度降低，则光敏电阻接收的光强降低，阻值变大，则干簧管的电流减小，则干簧管中的两个簧片不能被磁化而接通，触发蜂鸣器不能报警，故A错误； B. 若烟雾浓度降低，则光敏电阻接收的光强降低，阻值变大，若再减小电阻箱的阻值，则干簧管的电流增大，则干簧管中的两个簧片被磁化而接通，触发蜂鸣器报警，故B正确； C．增大电源的电动势，对干簧管的通断无影响，故C错误； D．减小干簧管上线圈的匝数，干簧管中产生磁场强度减弱，则干簧管中的两个簧片不能被磁化而接通，蜂鸣器不报警，故D错误。 故选B。 14．图甲为某感温式火灾报警器，其简化电路如图乙所示。理想变压器原线圈接入电压有效值不变的正弦交流电源，副线圈连接报警系统，为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，为定值电阻，滑动变阻器用于设定报警温度。当流过的电流大于设定临界值时就会触发报警。那么出现火情时（　　） A．副线圈两端电压会随着副线圈电路环境温度的变化而变化 B．热敏电阻两端电压升高 C．原线圈输入功率变小 D．滑片下移一点可以降低报警温度 【答案】D 【详解】A．理想变压器副线圈电压由原线圈电压和匝数比决定，原线圈输入电压不变、匝数比不变，因此副线圈两端电压恒定不变，故A错误； B．出现火情时温度升高，热敏电阻阻值减小，副线圈总电阻减小，总电流增大。定值电阻和滑动变阻器​的总电压随增大而升高，因此​两端电压减小，故B错误； C．原线圈输入功率等于副线圈输出功率，总电阻减小、不变，因此输出功率增大，原线圈输入功率也增大，故C错误； D．降低报警温度，即温度更低、​更大时就能触发报警。滑片下移后，接入电路的阻值减小，因此更大时，即温度更低时就能让电流达到临界触发报警，降低了报警温度，故D正确。 故选D。 15．【2024年高考北京卷物理真题】如图所示为一个加速度计的原理图。滑块可沿光滑杆移动，滑块两侧与两根相同的轻弹簧连接；固定在滑块上的滑动片M下端与滑动变阻器R接触良好，且不计摩擦；两个电源的电动势E相同，内阻不计。两弹簧处于原长时，M位于R的中点，理想电压表的指针位于表盘中央。当P端电势高于Q端时，指针位于表盘右侧。将加速度计固定在水平运动的被测物体上，则下列说法正确的是（　　） A．若M位于R的中点右侧，P端电势低于Q端 B．电压表的示数随物体加速度的增大而增大，但不成正比 C．若电压表指针位于表盘左侧，则物体速度方向向右 D．若电压表指针位于表盘左侧，则物体加速度方向向右 【答案】D 【详解】A．由题意可知，M位于R中点位置时与两电源间的电势相等，设R的中点电势为零，则M位于R的中点右侧，P端电势高于Q端电势，A错误； B．由欧姆定律及电阻定律可知，P端与Q端电势差与指针偏离R中点的距离x成正比，B错误； C．已知电压表指针位于表盘左侧，只能确定加速度的方向，不能确定速度的方向，C错误； D．已知电压表指针位于表盘左侧，滑块左侧弹簧压缩、右侧弹簧伸长，滑块所受合力向右，故物体加速度方向向右，D正确。 故选D。 16．（多选）【2023年高考浙江卷物理真题（1月）】下列说法正确的是（　　） A．利用电容传感器可制成麦克风 B．物体受合外力越大，则动量变化越快 C．利用红外传感器可制成商场的自动门 D．若物理问题牛顿运动定律不适用，则动量守恒定律也不适用 【答案】ABC 【详解】A．声音使振动膜片振动，改变两极板间距离，使声音信号转换成电信号，则可以利用电容传感器可制成麦克风，故A正确； B．由动量定理有 可得 可知，物体受合外力越大，则动量变化越快，故B正确； C．人体可以向外界释放红外线，感应装置接收到红外线后，可以开门，则可以利用红外传感器可制成商场的自动门，故C正确； D．牛顿运动定律只适用于宏观低速问题，不适用于微观高速问题。而动量守恒定律既适用于低速宏观问题，也适用于高速微观问题，故D错误。 故选ABC。 17．【2023年高考湖南卷物理真题】某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置，其电路如图（a）所示，为电阻箱，为半导体薄膜压力传感器，间连接电压传感器（内阻无穷大）． (1)先用欧姆表“”挡粗测的阻值，示数如图（b）所示，对应的读数是____; (2)适当调节，使电压传感器示数为0，此时，的阻值为_____（用表示）； (3)依次将的标准砝码加载到压力传感器上（压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小），读出电压传感器示数，所测数据如下表所示： 次数 1 2 3 4 5 6 砝码质量 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 电压 0 57 115 168 220 280 根据表中数据在图（c）上描点，绘制关系图线_____； (4)完成前面三步的实验工作后，该测量微小压力的装置即可投入使用．在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力，电压传感器示数为，则大小是_____（重力加速度取，保留2位有效数字）； (5)若在步骤（4）中换用非理想毫伏表测量间电压，在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力，此时非理想毫伏表读数为，则_____（填“>”“=”或“<”）． 【答案】(1)1000 (2) (3) (4)1.7×10-2 (5)> 【详解】（1）欧姆表读数为10×100Ω=1000Ω （2）当电压传感器读数为零时，CD两点电势相等，即 即 解得 （3）绘出U-m图像如图 （4）由图像可知，当电压传感器的读数为200mV时，所放物体质量为1.75g，则 （5）可将CD以外的电路等效为新的电源，电动势E＇，内阻r＇，CD两点电压看作路端电压，因为换用非理想电压传感器时内阻不是无穷大，此时电压传感器读数 当读数为U＇=200mV时，实际CD间断路（接理想电压传感器时）时的电压等于E＇大于200mV，则此时压力传感器的读数F1>F0。 18．【2022年新高考北京物理高考真题】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，压力传感器的电阻值越小。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，开启高水位预警时的水位越低 D．若定值电阻的阻值越大，开启低水位预警时的水位越高 【答案】C 【详解】AB．题意可知水位越高，对压力传感器的压力越大，压力传感器的电阻值越小。控制开关自动开启低水位预警，此时水位较低，压力传感器的电阻值较大，由于a、b两端此时的电压大于，根据串联电路电压分压特点可知，为压力传感器，故高水位时压力传感器的电阻值越小，压力传感器两端电压变小， ，AB错误； CD．根据闭合电路欧姆定律可知，a、b两端的电压为 若定值电阻的阻值越大，当开启低水位预警时a、b两端的电压大于时，压力传感器阻值需要越大，则水位越低；当a、b两端的电压小于时开启高水位预警时，压力传感器阻值需要越大，则水位越低。C正确，D错误。 故选C。 19．【2016年浙江省高考物理试题】如图所示为一种常见的身高体重测量仪，测量仪顶部向下发射波速为v的超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发射和接收的时间间隔，质量为的测重台置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比，当测重台没有站人时，测量仪记录的时间间隔为，输出电压为，某同学站上测重台，测量仪记录的时间间隔为t，输出电压为U，该同学的身高和质量分别为（　　） A．， B．， C．， D．， 【答案】D 【详解】当测重台没有站人时 站人时 解得 无人站立时 有人时 解得 故选D。 20．（多选）【2011年普通高等学校招生全国统一考试物理卷（江苏卷）】美国科学家Willard S ． Boyle与George E ． Snith因电荷耦合器件（CCD）的重要发明获得2009年度诺贝尔物理学奖。CCD是将光学量转变成电学量的传感器。下列器件可作为传感器的有（） A．发光二极管 B．热敏电阻 C．霍尔元件 D．干电池 【答案】BC 【详解】试题分析：干簧管、霍尔元件以及热敏电阻都可以做传感器，但是干电池不能做传感器，故选BC． 【点睛】此题是对传感器的考查；关键是了解传感器的工作原理及其作用，并且要了解物理学史等知识． 21．（多选）【2007年普通高等学校招生全国统一考试（广东卷）物理试题】压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图（a）所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球，小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图（b）所示，下列判断正确的是（ ） A．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动 B．从t1到t2时间内，小车做变加速直线运动 C．从t2到t3时间内，小车做变加速直线运动 D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动 【答案】BD 【详解】AB．从t1到t2时间内，电流增大，电阻变小，小球对板的压力增大，小球向右运动的加速度增大，所以做变加速直线运动，B正确，A错误； CD．从t2到t3时间内，电流不变，小球的加速度也不变，所以小车做匀加速直线运动，选项C错误，D正确。 故选BD。 / 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 目录 【攻核心·技能提升】----------------------------------------------------------------------------------1 考点一、认识传感器就是把非电学量转换为电学量的装置，其主要元件是敏感元件。----------------------------------------------------------------------------------------------------------------1 考点二、了解光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻和电阻应变片等材料的物理特性，知道利用其特性可以制作传感器的敏感元件-------------------------------------------------------------------2 考点三、利用电容器的结构改变影响电容的性质，设计电容式位移传感器----------------------------------------------------------------------------------------------------------------4 【拓思维·重难突破】----------------------------------------------------------------------------------5 【链高考·精准破局】--------------------------------------------------------------6 考点一、认识传感器就是把非电学量转换为电学量的装置，其主要元件是敏感元件 1．关于传感器及其应用，下列说法中不正确的是（　　） A．传感器都是利用敏感元件的电阻变化来工作的 B．光敏电阻是把光信号转换为电信号 C．霍尔元件是把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量 D．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声音信号转换为电信号 2．下列说法正确的是(　　) A．传感器将感受到的非电学量转换为电学量，或转换为电路的通断 B．传感器将感受到的电学量转换为非电学量 C．传感器只能将感受到的非电学量转换为电路的通断 D．以上说法都不对 3．传感器的应用改变了我们的生活，没有传感器，就不可能有现代化的自动控制技术，下列有关传感器的判断正确的是（     ） A．传感器是将电学量（如电压、电流等）转化成非电学量（如压力、温度、位移等）的装置 B．热敏电阻的电压随温度变化而变化 C．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的 D．光敏电阻在有光照射时，电阻会变小 考点二、了解光敏电阻、金属热电阻、热敏电阻和电阻应变片等材料的物理特性，知道利用其特性可以制作传感器的敏感元件 4．下列传感器能够将光学量转换为电学量的是（　　） A．电阻应变片 B．干簧管 C．光敏电阻 D．霍尔元件 5．热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。某种热敏电阻和金属热电阻的阻值随温度变化的关系如图甲所示。 （1）由图甲可知，在较低温度范围内，相对金属热电阻而言，该热敏电阻对温度变化的响应更________（选填“敏感”或“不敏感”）。 （2）某同学利用上述热敏电阻制作了一个简易的温控装置，实验原理如图乙所示。现欲实现衔铁在某温度时（此时热敏电阻的阻值为）被吸合，下列操作步骤正确的顺序是_______。（填写各步骤前的序号） a.将热敏电阻接入电路 b.观察到继电器的衔铁被吸合 c.断开开关，将电阻箱从电路中移除 d.合上开关，调节滑动变阻器的阻值 e.断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至 （3）若热敏电阻的阻值与温度的关系如下表所示， /℃ 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 199.5 145.4 108.1 81.8 62.9 49.1 当通过继电器的电流超过时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。已知继电器的电阻，为使该装置实现对30~80之间任一温度的控制，电源应选用_______，滑动变阻器应选用_______。（填选项前的字母） A．电源（，内阻不计）B．电源（，内阻不计）C．滑动变阻器D．滑动变阻器 6．基于“压阻效应”，即电阻值随压力变化的现象，某实验小组对一款压敏电阻的特性展开了探究，并将其应用于一款自动分拣装置中，重力加速度大小取，请回答下列问题。 (1)探究压敏电阻的特性： 实验器材：压敏电阻（无压力时，阻值为）、滑动变阻器（最大阻值为）、滑动变阻器（最大阻值为）、灵敏电流计（量程0~300μA，内阻约）、电压表（量程，内阻约）、电源（电动势，内阻不计）、开关、导线若干。 ①图甲为实验小组设计的电路图，已知压敏电阻在以内压力下，其阻值在几千欧到十几千欧之间，为了操作简便，滑动变阻器应选用______（选填“”或“”）； ②闭合开关前，应将滑动变阻器的滑片置于______（选填“”或“”）端，闭合开关，调节滑动变阻器，测出在不同压力下压敏电阻的阻值，作特性曲线如图乙所示。 由图像可知，随着压力的增大，阻值______（选填“增大”或“减小”），且灵敏度（随的变化率）______（选填“升高”或“下降”）。 (2)自动分拣装置设计： ①图丙为实验小组设计的自动分拣装置图，其中为滑动变阻器，电源电动势为（内阻不计），托盘（含支撑杆）重力不计，分拣标准质量为。物块运输到托盘上后，大于或小于的物块将沿不同通道运输，当控制电路（电阻无穷大）两端电压小于时，水平，物块进入水平通道，当控制电路两端电压大于或等于时，端下移，物块进入通道； ②根据以上原理可知，接入电路的阻值为____（结果保留位有效数字），质量为的物块经该装置后将进入通道____（选填“”或“”）。 7．某同学自制了一台电子秤，其原理如图所示。实验器材有： 直流电源（电动势为，内阻为）； 理想电压表（量程为）； 限流电阻； 竖直固定的滑动变阻器（总长，总阻值）； 轻弹簧（劲度系数，下端固定于水平地面，上端固定托盘且与滑动变阻器的滑动端连接，滑片接触良好且无摩擦）； 开关以及导线若干。 已知重力加速度取，不计摩擦和其他阻力。 实验步骤如下： ①托盘中未放重物时，调节滑片置于变阻器的最上端a； ②在托盘中轻轻放入不同质量的重物，待托盘静止平衡后，读出对应的电压表示数，将对应的电压示数改换成对应的重物质量，即可制成电子秤。滑动变阻器的滑片从移动到的过程中，弹簧形变始终在弹性限度内。 请回答下列问题： (1)当滑动变阻器的滑片恰好置于最下端b时，电压表的示数为___________V；该电子秤可测重物的最大质量为___________；（所有结果保留一位小数） (2)下列图像中描述电压表读数与物体质量之间的关系正确的是___________； A． B． C． D． (3)实验中若只将限流电阻换成阻值更大的定值电阻，下列说法正确的是___________。 A．该电子秤能测量的重物最大质量值变大 B．该电子秤能测量的重物最大质量值变小 C．该电子秤能测量重物质量的精确度变高 D．该电子秤能测量重物质量的精确度变低 8．如图为霍尔元件的示意图 ，霍尔电压U与电流I和磁感应强度B的关系可用公式 表示，其中叫该元件的霍尔系数。若该材料单位体积内自由电荷的个数为n，每个自由电荷所带的电荷量为q。则下列说法正确的是（　　） A．霍尔元件上表面电势一定高于下表面电势 B．式中霍尔系数可表示为 C．霍尔系数的单位是 D．公式中的d指元件上下表面间的距离 考点三、利用电容器的结构改变影响电容的性质，设计电容式位移传感器 9．（多选）电容式传感器在日常生活中应用极其广泛，比如话筒、智慧黑板、计算机键盘等。如图甲所示，计算机键盘为电容式传感器，每个键下面由相互平行间距为d的活动金属片和固定金属片组成，两金属片间有空气间隙，两金属片组成一个平行板电容器，如图乙所示。其内部电路如图丙所示，当松开键盘过程中，下列说法正确的是（　　） A．电容器的电容变小 B．电容器所带电荷量变大 C．电容器的电场强度变大 D．电流从a经电流计流向b 10．电容式加速度传感器具有体积小、重量轻、精度高、可靠性好等优点，在航空、汽车、医疗设备等领域均有广泛的应用，其结构如图所示。基座内部可以看成由上下两个电容分别为C1、C2的电容器组成，当基座具有沿箭头方向的加速度时，质量块将相对基座产生位移而使电容器的电容发生变化。已知上、下极板间电压恒定，则（　　） A．当基座做匀速直线运动时，C1减小，C2增加 B．当质量块向上极板靠近时，C1减小，C2增加 C．可根据两电容器的电压变化来判断基座的加速度 D．可根据两电容器的电量变化来判断基座的加速度 11．以下是教材中关于传感应用几幅图片，说法正确的是 （　　） A．图甲中的干簧管是利用电磁感应原理实现开关作用 B．图乙为加速度传感器，将框架1固定在运动的物体上，当物体具有向右的加速度时，P点的电势比Q点的高 C．图丙是电容式话筒的原理示意图，当膜片向左运动时，A点的电势比B点的低 D．图丁为应变片测力原理图，在梁的自由端施加向下的力F时，上表面拉伸应变片电阻变大 12．（多选）智能手机有自动调节屏幕亮度的功能．图为该调节功能的模拟电路简化图，电源的电动势为、内阻为，、中的一个为定值电阻，另一个为光敏电阻（阻值随外部环境光照强度的减小而增大），电压表、电流表均可视为理想电表。若外部环境的光照强度逐渐增大，则下列说法正确的是（    ） A．为光敏电阻 B．电流表示数增大 C．电压表示数增大 D．电源的总功率增大 13．光电式火灾报警器的原理如图所示，红外光源发射的光束经烟尘粒子散射后照射到光敏电阻上，光敏电阻接收的光强与烟雾的浓度成正比，其阻值随光强的增大而减小。闭合开关，当烟雾浓度达到一定值时，干簧管中的两个簧片被磁化而接通，触发蜂鸣器报警。为了能在更低的烟雾浓度下触发报警，下列调节正确的是（　　） A．增大电阻箱的阻值 B．减小电阻箱的阻值 C．增大电源的电动势 D．减小干簧管上线圈的匝数 14．图甲为某感温式火灾报警器，其简化电路如图乙所示。理想变压器原线圈接入电压有效值不变的正弦交流电源，副线圈连接报警系统，为热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小，为定值电阻，滑动变阻器用于设定报警温度。当流过的电流大于设定临界值时就会触发报警。那么出现火情时（　　） A．副线圈两端电压会随着副线圈电路环境温度的变化而变化 B．热敏电阻两端电压升高 C．原线圈输入功率变小 D．滑片下移一点可以降低报警温度 15．【2024年高考北京卷物理真题】如图所示为一个加速度计的原理图。滑块可沿光滑杆移动，滑块两侧与两根相同的轻弹簧连接；固定在滑块上的滑动片M下端与滑动变阻器R接触良好，且不计摩擦；两个电源的电动势E相同，内阻不计。两弹簧处于原长时，M位于R的中点，理想电压表的指针位于表盘中央。当P端电势高于Q端时，指针位于表盘右侧。将加速度计固定在水平运动的被测物体上，则下列说法正确的是（　　） A．若M位于R的中点右侧，P端电势低于Q端 B．电压表的示数随物体加速度的增大而增大，但不成正比 C．若电压表指针位于表盘左侧，则物体速度方向向右 D．若电压表指针位于表盘左侧，则物体加速度方向向右 16．（多选）【2023年高考浙江卷物理真题（1月）】下列说法正确的是（　　） A．利用电容传感器可制成麦克风 B．物体受合外力越大，则动量变化越快 C．利用红外传感器可制成商场的自动门 D．若物理问题牛顿运动定律不适用，则动量守恒定律也不适用 17．【2023年高考湖南卷物理真题】某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置，其电路如图（a）所示，为电阻箱，为半导体薄膜压力传感器，间连接电压传感器（内阻无穷大）． (1)先用欧姆表“”挡粗测的阻值，示数如图（b）所示，对应的读数是____; (2)适当调节，使电压传感器示数为0，此时，的阻值为_____（用表示）； (3)依次将的标准砝码加载到压力传感器上（压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小），读出电压传感器示数，所测数据如下表所示： 次数 1 2 3 4 5 6 砝码质量 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 电压 0 57 115 168 220 280 根据表中数据在图（c）上描点，绘制关系图线_____； (4)完成前面三步的实验工作后，该测量微小压力的装置即可投入使用．在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力，电压传感器示数为，则大小是_____（重力加速度取，保留2位有效数字）； (5)若在步骤（4）中换用非理想毫伏表测量间电压，在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力，此时非理想毫伏表读数为，则_____（填“>”“=”或“<”）． 18．【2022年新高考北京物理高考真题】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，压力传感器的电阻值越小。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，开启高水位预警时的水位越低 D．若定值电阻的阻值越大，开启低水位预警时的水位越高 19．【2016年浙江省高考物理试题】如图所示为一种常见的身高体重测量仪，测量仪顶部向下发射波速为v的超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发射和接收的时间间隔，质量为的测重台置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比，当测重台没有站人时，测量仪记录的时间间隔为，输出电压为，某同学站上测重台，测量仪记录的时间间隔为t，输出电压为U，该同学的身高和质量分别为（　　） A．， B．， C．， D．， 20．（多选）【2011年普通高等学校招生全国统一考试物理卷（江苏卷）】美国科学家Willard S ． Boyle与George E ． Snith因电荷耦合器件（CCD）的重要发明获得2009年度诺贝尔物理学奖。CCD是将光学量转变成电学量的传感器。下列器件可作为传感器的有（） A．发光二极管 B．热敏电阻 C．霍尔元件 D．干电池 21．（多选）【2007年普通高等学校招生全国统一考试（广东卷）物理试题】压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图（a）所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球，小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图（b）所示，下列判断正确的是（ ） A．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动 B．从t1到t2时间内，小车做变加速直线运动 C．从t2到t3时间内，小车做变加速直线运动 D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动 / 学科网（北京）股份有限公司 $