2025—2026学年高二下学期物理暑假作业-传感器

**基本信息** 聚焦传感器原理与应用，通过典型题型构建从物理观念到科学思维的逻辑链条，强化实际问题解决能力。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |惯性传感器|2题|选择|结合弹簧、电容模型，用运动和相互作用观念分析加速度/角速度测量原理| |光电/自感传感器|3题|选择|通过光敏电阻、自感现象，体现电阻变化与电路信号转化的科学推理| |霍尔传感器|2题|选择|基于霍尔效应，构建磁场、电流与电压关系的物理模型| |温度/力传感器|3题|选择+计算|从双金属片温控到应变片力传感，展现非电学量转化为电学量的应用拓展|

传感器 2025—2026学年高二物理暑假作业-传感器 学科网（北京）股份有限公司 1.如图所示为某汽车的加速度传感器的俯视图。金属块前、后侧分别连接轻质弹簧、电介质，弹簧与电容器固定在外框上，金属块可带动电介质相对于外框前后移动（不能沿其他方向移动），电容器与电源连接，并串联计算机的信号采集器。关于该传感器的说法正确的是(      ) A.汽车保持静止时，电容器不带电 B.汽车静止时与直线运动时，电容器的电容可能相同 C.汽车由静止突然向前加速，电路中有逆时针方向的电流 D.汽车向前做匀加速运动过程中，电路中始终有顺时针方向的电流 2.角速度计可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度，其结构如图所示。当系统绕光滑的轴转动时，元件A发生位移并输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等制导系统的信息源。已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k、自然长度为l，电源的电动势为E、内阻不计。滑动变阻器总长也为l，电阻分布均匀，系统静止时滑片P位于B点，当系统以角速度ω转动时，下列说法正确的是(      ) A.电路中电流随角速度的增大而增大 惯性传感器 2023年，松下推出6合1MEMS惯性传感器，达ASIL-D最高安全等级，同步测三轴加速度与角速率，助力自动驾驶。1991年ADI发布首颗MEMS加速度计，替代机械滚珠传感器，让安全气囊反应速度从秒级缩至毫秒级。 B.电路中电流随角速度的增大而减小 C.弹簧的伸长量为 D.输出电压U与ω的函数式为 3.下列关于传感器的说法正确的是(      ) A.干簧管基于电磁感应原理，起到开关作用 B.应变式力传感器通过测量电阻的变化来确定金属梁受力的大小 C.红外测温仪向人体发射红外线，从而测量人体温度 D.电容式位移传感器是把电容器的电容转化为物体的位移进行测量 4.把光敏电阻（光照越强，阻值越小）接入如图所示电路，制成光电报警装置。闭合开关，当光照达到一定强度时，报警器的蜂鸣器发声，则(      ) A.干簧管应用了电磁感应原理 B.增大电阻箱R的阻值，报警器在光照更强时才可能报警 C.增加电源B的电动势，报警器在光照更强时才可能报警 D.增加电源A的电动势，报警器在光照更强时才可能报警 5.电流传感器在电路中相当于电流表，可以用来研究自感现象。在如图所示的实验电路中，L是自感线圈，其自感系数足够大，直流电阻值大于灯泡D的阻值，电流传感器的电阻可以忽略不计。在时刻闭合开关S，经过一段时间后，在时刻断开开关S。在下列表示电流传感器记录的电流随时间变化情况的图像中，可能正确的是(      ) 光电报警器 20世纪40年代末，瑞士物理学家耶格本想发明矿场瓦斯探测器，却意外发现烟雾干扰电离电流的现象，奠定了现代报警器基础。核心原理：散射型中烟雾颗粒折射光线触发报警，遮光型则因光线减弱报警；它比电离式更环保，广泛用于家庭、商场，是守护安全的“隐形哨兵”。 A. B.   C. D. 6.“码表”是利用霍尔传感器获知自行车的运动速率的仪表，其结构如图1所示，自行车前轮上安装一块磁铁，轮子每转一圈，这块磁铁就靠近传感器一次，传感器就会输出一个脉冲电压，图2为霍尔元件的工作原理图。当自行车加速行驶时，霍尔元件输出的霍尔电压随时间变化的关系图像可能为下列图像中的(      ) A. B. 霍尔传感器 1879年，24岁的埃德温・霍尔在验证电子理论时，意外发现通电导体在磁场中产生横向电压，这一“霍尔效应”沉寂数十年后成为现代传感核心。核心原理：载流子受洛伦兹力偏转形成霍尔电压，分线性型（测磁场强度）和开关型（测位置/转速），广泛用于汽车ABS、电机控制、手机翻盖检测，是“磁场侦察兵”。 C. D. 7.（多选）电熨斗构造示意图如图所示，其中温度敏感元件是双金属片，在温度升高时上层金属的膨胀大于下层金属的膨胀，可造成双金属片的形变。观察电熨斗的构造，以下说法正确的是(      ) A.双金属片的作用是控制电路的通断 B.常温下，电熨斗的上下触点是接触的 C.当温度过高时，双金属片向上弯曲 D.熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，调温旋钮应该向下旋 8.（多选）小宁同学发现家里冰箱门未关闭时，会发出提示音。他研究得知，门框内部电路中有一霍尔元件，通有由左向右的恒定电流I。冰箱门上对应位置有一磁铁，门关闭时磁铁产生的磁场方向垂直霍尔元件向里。已知霍尔元件中的载流子带负电，某时刻冰箱门处于关闭状态，下列说法正确的是(      ) A.霍尔元件下表面电势低于上表面 B.霍尔元件下表面电势高于上表面 C.若打开冰箱门，该过程中霍尔电压将减小 D.若仅减小霍尔元件中的电流I，则霍尔电压增大 趣味故事 1882年，美国人亨利・西利因上班迟到烫糊衣服，受启发发明首台电阻加热电熨斗，获美国专利，终结“炭熨斗”时代。 9.体重秤的核心部件力传感器的简要原理如图（a）所示，金属板的上下两侧各贴有电阻应变片，；金属板左端固定，在金属板右端施加向下的力时，金属板向下弯曲，使两电阻应变片被拉伸或压缩形变，电阻发生改变。已知在日常体重测量范围内，金属板上下所贴电阻应变片的阻值变化量的绝对值。与金属板受力的大小F的关系均为，其中λ为常量。某同学利用该力传感器和电压传感器将力信号转化为电信号，制作了简易的体重秤。如图（b）所示，电源电动势为E，内阻不计；、为两电阻应变片，在金属板不受力时阻值均为R，为定值电阻，为滑动变阻器；电压传感器内阻很大。回答下列问题： （1）当金属板右端受到向下的力时，的阻值________________，的阻值________________；（均选填“增大”“减小”或“不变”） （2）当金属板受力为零时，闭合开关，将滑动变阻器的滑片滑到适当位置，使电压传感器的示数为零； （3）当金属板右端受到向下的力时，电压传感器的示数_________0（选填或） （4）将不同质量的物体放在体重秤上，记录对应的电压传感器示数，列出表格并在坐标纸上画出了图像，如图（c）所示。若图线的斜率为k，当地重力加速度为g，则______________（用E、R、k、g表示）； （5）体重秤使用一段时间后，电源的内阻增大，以致不可忽略，则体重秤的测量结果将__________________（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。 10.大多数传感器都是以物理原理为基础，将不易测量的非电学量转换成便于测量的电学量。传感器的种类很多，应用也很广泛。 （1）金属的电阻率随温度的升高而增大，利用这种性质可以制作温度传感器。某金属丝的阻值R随温度t变化的规律为，其中k与均为定值。将其连入图甲所示的电路中，已知电源电动势为E，内阻为r，电流表为理想电表。求电流表的示数I与温度t的关系式。 （2）有些半导体材料具有压阻效应，即当沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化，利用这种性质可以制作压力传感器。图乙所示为某半导体薄膜压力传感器的电阻R随其所受压力F变化的曲线。若将电阻变化量的绝对值与压力变化量的绝对值的比值称为灵敏度S。请你估算压力为1N时该传感器的灵敏度（结果保留两位有效数字）。 （3）为了研究随电梯一起运动的物体对电梯压力的变化规律，某同学将（2）中的压力传感器静置于电梯地板上，并将质量为400g的物体放在传感器上。在上升的电梯中，他利用手机中的加速度传感器测量了电梯的加速度。某段时间内电梯在竖直方向的加速度a随时间t变化的图线如图丙所示，其中以竖直向上为a正方向。g取。不考虑温度对传感器的影响，且压力变化时传感器可以迅速做出反应。估算在电梯上升过程中，物体对电梯压力大小的变化范围，并从灵敏度的角度评估所选器材能否帮助他比较精确地完成此项研究。 参考答案 1.答案：B 解析：A.汽车保持静止时，由 可知电容器带电，故A错误； B.汽车静止时与匀速直线运动时，弹簧都处于原长，电容器的电容相同，故B正确； C.汽车由静止突然向前加速，弹簧会伸长，电介质相对于电容器极板向后运动，增大，由 可知电容变大，电容器的电荷量要变大，电容器充电，电路中有顺时针方向的电流，故C错误； D.汽车向前做匀加速运动过程中，加速度不变，弹簧的伸长量不变，电容器充电完成后，电路中不再有电流，故D错误。 故选B。 2.答案：D 解析：滑片的移动不影响滑动变阻器接入电路中的电阻，电路中的电流不随角速度的变化而变化，AB错误；由牛顿第二定律得，所以，故C错误；输出电压，将代入可得，故D正确。 3.答案：B 解析：A.当磁体靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，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，可知，干簧管并没有利用电磁感应原理，故A错误； B.在梁的自由端施加向下的力F，上应变片长度变长，电阻变大，下应变片长度变短，电阻变小，通过测量电阻的变化来确定金属梁受力的大小，故B正确； C.红外测温仪是接收从人体发射的红外线，根据接收到的红外线的强弱来测量人体温度，故C错误； D.电容式位移传感器是把物体的位移转化为电容器的电容进行测量，故D错误。 故选B。 4.答案：B 解析：A.干簧管上的线圈通电形成的磁场使簧片磁化时，簧片的触点部分就会被磁力吸引，当吸力大于簧片的弹力时，常开接点就会吸合，当磁力减小到一定程度时，接点被簧片的弹力打开。则干簧管是利用磁极间的相互作用来控制电路的通断，A错误； B.报警时线圈中电流不变，总电阻不变，若增大电阻箱R的阻值，则光敏电阻应变小，光照更强，所以报警器在光照更强时才会报警，B正确； C.报警时线圈中电流不变，若增加电源B的电动势，则电路中总电阻应变大，光敏电阻变大，所以报警器在光照更弱时就会报警，C错误； D.增加电源A的电动势，不影响线圈中电流，报警器在原光照强度时会报警，D错误。 故选B。 5.答案：D 解析：闭合S瞬间，线圈中产生自感电动势阻碍电流增加，则线圈相当于断路，此时通过电流传感器的电流最大；随着线圈阻碍作用的减小，通过线圈的电流逐渐变大，通过电流传感器的电流逐渐减小，电路稳定后，外电路电阻不变，外电压不变，通过电流传感器的电流不变；因为线圈的直流电阻值大于灯泡D的阻值，稳定后，通过线圈的电流小于通过电流传感器的电流。时刻断开开关S，由于自感现象，原来通过线圈L的电流从左向右流过电流传感器，与原来方向相反，且逐渐减小。则D图符合题中情况。 故选D。 6.答案：B 解析：由题意可知当磁铁靠近霍尔元件时，引起霍尔效应，设霍尔元件所处空间的磁感应强度为B，通过霍尔元件的电流为I，霍尔元件的厚度为h，宽为l，n是单位体积内的载流子数，q是单个载流子所带的电量，有， 则霍尔元件输出的霍尔电压为，故 所以当自行车加速行驶时，霍尔元件输出的霍尔电压的“峰值”大小不变，而“周期”逐渐减小。 故选B。 7.答案：ABD 解析：双金属片上层的膨胀系数大于下层的膨胀系数，当温度升高时，双金属片向膨胀系数小的一侧弯曲，即金属片向下弯曲，故C错误；当温度过高时，双金属片向下弯曲使触点断开，电熨斗停止加热，常温下，电熨斗的上下触点是接触的，电熨斗处于加热状态，故双金属片的作用是控制电路的通断，故AB正确；熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，即温度较高时金属片才能离开触点，故要将调温旋钮旋转下降，保证在温度未达到一定值时，两触点不断开，故D正确。 8.答案：BC 解析：AB.根据左手定则可知，霍尔元件中的载流子（带负电）受到向上的洛伦兹力，将向上偏转，霍尔元件上表面带负电，下表面带正电。 霍尔元件下表面电势高于上表面，A错误，B正确； C.载流子受洛伦兹力向上偏转，同时受到反向的电场力作用，根据平衡关系 电流的微观表达式 可得，打开冰箱门的过程中，元件所在处的磁场减弱，霍尔电压将减小，C正确； D.霍尔电压，电流减小则霍尔电压减小，D错误。 故选BC。 9.答案：增大；不变；；偏小 解析：（1）当金属板右端受到向下的力时，上表面被拉伸，应变片的电阻变大，下表面被压缩，应变片的电阻变小。电阻大小随F的变化关系均为 可知的阻值不变。 （3）当金属板受力为零时，闭合开关，将滑动变阻器的滑片滑到适当位置，使电压传感器的示数为零，可知a、b两点电势相等；当金属板右端受到向下的力时，的电阻变大，的电阻变小，故两端电压增大，a点电势升高，电压传感器的示数 （4）因为且阻值不变，则、所在支路电流大小不变，设电源负极为电势零点，则a点电势 b点电势 电压传感器示数 可知图线斜率 解得 （5）使用一段时间后，电源的内阻增大，导致电流变小，两端电势差相比电源没有内阻时减小，减小，电压传感器示数偏小，则体重秤的测量结果偏小。 10.答案：（1）；（2）；（3），能非常精确地完成此项研究。 解析：（1）根据闭合电路的欧姆定律可得 （2）由题可知，灵敏度等于图乙中曲线的斜率的绝对值，所以当时，灵敏度为 （3）由图丙可知，电梯加速上升过程中的加速度，减速上升过程中的加速度。设加速上升过程中电梯对物体的支持力为，根据牛顿第二定律有整理得设减速上升过程中电梯对物体的支持力为，根据牛顿第二定律有整理得 所以物体对电梯压力大小的变化范围为 由图乙可知，在此压力范围内传感器的灵敏度为 在的压力范围内时，压力传感器的电阻变化量是 如此巨大的阻值变化，是很容易测量出来的，所以这些器材能够非常精确地完成此项研究。 $传感器 2025—2026学年高二物理暑假作业-传感器 1.如图所示为某汽车的加速度传感器的俯视图。金属块前、后侧分别连接轻质弹簧、电介质，弹簧与电容器固定在外框上，金属块可带动电介质相对于外框前后移动（不能沿其他方向移动），电容器与电源连接，并串联计算机的信号采集器。关于该传感器的说法正确的是(      ) A.汽车保持静止时，电容器不带电 B.汽车静止时与直线运动时，电容器的电容可能相同 C.汽车由静止突然向前加速，电路中有逆时针方向的电流 D.汽车向前做匀加速运动过程中，电路中始终有顺时针方向的电流 2.角速度计可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度，其结构如图所示。当系统绕光滑的轴转动时，元件A发生位移并输出相应的电压信号，成为飞机、卫星等制导系统的信息源。已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k、自然长度为l，电源的电动势为E、内阻不计。滑动变阻器总长也为l，电阻分布均匀，系统静止时滑片P位于B点，当系统以角速度ω转动时，下列说法正确的是(      ) A.电路中电流随角速度的增大而增大 惯性传感器 2023年，松下推出6合1MEMS惯性传感器，达ASIL-D最高安全等级，同步测三轴加速度与角速率，助力自动驾驶。1991年ADI发布首颗MEMS加速度计，替代机械滚珠传感器，让安全气囊反应速度从秒级缩至毫秒级。 B.电路中电流随角速度的增大而减小 C.弹簧的伸长量为 D.输出电压U与ω的函数式为 3.下列关于传感器的说法正确的是(      ) A.干簧管基于电磁感应原理，起到开关作用 B.应变式力传感器通过测量电阻的变化来确定金属梁受力的大小 C.红外测温仪向人体发射红外线，从而测量人体温度 D.电容式位移传感器是把电容器的电容转化为物体的位移进行测量 4.把光敏电阻（光照越强，阻值越小）接入如图所示电路，制成光电报警装置。闭合开关，当光照达到一定强度时，报警器的蜂鸣器发声，则(      ) A.干簧管应用了电磁感应原理 B.增大电阻箱R的阻值，报警器在光照更强时才可能报警 C.增加电源B的电动势，报警器在光照更强时才可能报警 D.增加电源A的电动势，报警器在光照更强时才可能报警 5.电流传感器在电路中相当于电流表，可以用来研究自感现象。在如图所示的实验电路中，L是自感线圈，其自感系数足够大，直流电阻值大于灯泡D的阻值，电流传感器的电阻可以忽略不计。在时刻闭合开关S，经过一段时间后，在时刻断开开关S。在下列表示电流传感器记录的电流随时间变化情况的图像中，可能正确的是(      ) 光电报警器 20世纪40年代末，瑞士物理学家耶格本想发明矿场瓦斯探测器，却意外发现烟雾干扰电离电流的现象，奠定了现代报警器基础。核心原理：散射型中烟雾颗粒折射光线触发报警，遮光型则因光线减弱报警；它比电离式更环保，广泛用于家庭、商场，是守护安全的“隐形哨兵”。 A. B.   C. D. 6.“码表”是利用霍尔传感器获知自行车的运动速率的仪表，其结构如图1所示，自行车前轮上安装一块磁铁，轮子每转一圈，这块磁铁就靠近传感器一次，传感器就会输出一个脉冲电压，图2为霍尔元件的工作原理图。当自行车加速行驶时，霍尔元件输出的霍尔电压随时间变化的关系图像可能为下列图像中的(      ) A. B. 霍尔传感器 1879年，24岁的埃德温・霍尔在验证电子理论时，意外发现通电导体在磁场中产生横向电压，这一“霍尔效应”沉寂数十年后成为现代传感核心。核心原理：载流子受洛伦兹力偏转形成霍尔电压，分线性型（测磁场强度）和开关型（测位置/转速），广泛用于汽车ABS、电机控制、手机翻盖检测，是“磁场侦察兵”。 C. D. 7.（多选）电熨斗构造示意图如图所示，其中温度敏感元件是双金属片，在温度升高时上层金属的膨胀大于下层金属的膨胀，可造成双金属片的形变。观察电熨斗的构造，以下说法正确的是(      ) A.双金属片的作用是控制电路的通断 B.常温下，电熨斗的上下触点是接触的 C.当温度过高时，双金属片向上弯曲 D.熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，调温旋钮应该向下旋 8.（多选）小宁同学发现家里冰箱门未关闭时，会发出提示音。他研究得知，门框内部电路中有一霍尔元件，通有由左向右的恒定电流I。冰箱门上对应位置有一磁铁，门关闭时磁铁产生的磁场方向垂直霍尔元件向里。已知霍尔元件中的载流子带负电，某时刻冰箱门处于关闭状态，下列说法正确的是(      ) A.霍尔元件下表面电势低于上表面 B.霍尔元件下表面电势高于上表面 C.若打开冰箱门，该过程中霍尔电压将减小 D.若仅减小霍尔元件中的电流I，则霍尔电压增大 趣味故事 1882年，美国人亨利・西利因上班迟到烫糊衣服，受启发发明首台电阻加热电熨斗，获美国专利，终结“炭熨斗”时代。 9.体重秤的核心部件力传感器的简要原理如图（a）所示，金属板的上下两侧各贴有电阻应变片，；金属板左端固定，在金属板右端施加向下的力时，金属板向下弯曲，使两电阻应变片被拉伸或压缩形变，电阻发生改变。已知在日常体重测量范围内，金属板上下所贴电阻应变片的阻值变化量的绝对值。与金属板受力的大小F的关系均为，其中λ为常量。某同学利用该力传感器和电压传感器将力信号转化为电信号，制作了简易的体重秤。如图（b）所示，电源电动势为E，内阻不计；、为两电阻应变片，在金属板不受力时阻值均为R，为定值电阻，为滑动变阻器；电压传感器内阻很大。回答下列问题： （1）当金属板右端受到向下的力时，的阻值________________，的阻值________________；（均选填“增大”“减小”或“不变”） （2）当金属板受力为零时，闭合开关，将滑动变阻器的滑片滑到适当位置，使电压传感器的示数为零； （3）当金属板右端受到向下的力时，电压传感器的示数_________0（选填或） （4）将不同质量的物体放在体重秤上，记录对应的电压传感器示数，列出表格并在坐标纸上画出了图像，如图（c）所示。若图线的斜率为k，当地重力加速度为g，则______________（用E、R、k、g表示）； （5）体重秤使用一段时间后，电源的内阻增大，以致不可忽略，则体重秤的测量结果将__________________（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。 10.大多数传感器都是以物理原理为基础，将不易测量的非电学量转换成便于测量的电学量。传感器的种类很多，应用也很广泛。 （1）金属的电阻率随温度的升高而增大，利用这种性质可以制作温度传感器。某金属丝的阻值R随温度t变化的规律为，其中k与均为定值。将其连入图甲所示的电路中，已知电源电动势为E，内阻为r，电流表为理想电表。求电流表的示数I与温度t的关系式。 （2）有些半导体材料具有压阻效应，即当沿某一轴向受到外力作用时，其电阻率发生变化，利用这种性质可以制作压力传感器。图乙所示为某半导体薄膜压力传感器的电阻R随其所受压力F变化的曲线。若将电阻变化量的绝对值与压力变化量的绝对值的比值称为灵敏度S。请你估算压力为1N时该传感器的灵敏度（结果保留两位有效数字）。 （3）为了研究随电梯一起运动的物体对电梯压力的变化规律，某同学将（2）中的压力传感器静置于电梯地板上，并将质量为400g的物体放在传感器上。在上升的电梯中，他利用手机中的加速度传感器测量了电梯的加速度。某段时间内电梯在竖直方向的加速度a随时间t变化的图线如图丙所示，其中以竖直向上为a正方向。g取。不考虑温度对传感器的影响，且压力变化时传感器可以迅速做出反应。估算在电梯上升过程中，物体对电梯压力大小的变化范围，并从灵敏度的角度评估所选器材能否帮助他比较精确地完成此项研究。 学科网（北京）股份有限公司 $