常见传感器的工作原理及应用

2常见传感器的工作原理及应用基础过关练题组一光敏电阻1.(多选)关于光敏电阻,下列说法正确的是 ()A.光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量B.硫化镉是一种半导体材料,无光照射时,载流子极少,导电性能差C.硫化镉是一种半导体材料,无光照射时,载流子较少,导电性能良好D.硫化镉是一种半导体材料,随着光照增强,载流子增多,导电性能变好2.将多用电表的选择开关置于欧姆挡,然后进行欧姆调零。如图所示,将一光敏电阻连在多用电表两表笔之间,用光照射光敏电阻时表针的偏角为θ,现用手掌挡住部分光线,表针的偏角为θ',则可判断 ()A.θ'=θB.θ'<θC.θ'>θD.不能确定θ和θ'的关系3.为了研究光敏电阻在室内正常光照射和室外强光照射时电阻的大小,某同学用如图甲所示的电路进行实验,得出两种光照下电压表和电流表示数的变化关系,画成了U-I图线,如图乙所示。(1)根据U-I图线可知,正常光照射时光敏电阻的阻值为Ω,强光照射时电阻为Ω。

(2)若实验中所用电压表的内阻约为5kΩ,毫安表的内阻约为100Ω,考虑到电表内阻对实验结果的影响,此实验中(填“正常光照射时”或“强光照射时”)测得的电阻误差较大。若测量这种光照下的电阻,则需将实物图中毫安表的连接方式采用(填“内接”或“外接”)法进行实验,实验结果较为准确。

题组二金属热电阻和热敏电阻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.(2020山西平遥中学高二检测)(多选)在温控电路中,通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制。如图所示电路,R1为定值电阻,R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小),C为电容器,当环境温度降低时 (深度解析)A.电容器C的电荷量增大B.电压表的读数增大C.电容器C两极板间的电场强度减小D.R1消耗的功率增大6.如图所示是一火警报警器的部分电路示意图,其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器(温度越高,其阻值越小),电流表为值班室内的显示器,a、b之间接报警器。当传感器R2所在处出现火情时,流过显示器的电流I2、报警器两端的电压U的变化情况是 ()A.I2变大,U变大B.I2变小,U变小C.I2变小,U变大D.I2变大,U变小题组三电阻应变片7.(多选)下列关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是 ()A.应变片都是由半导体材料制成的B.当应变片的表面拉伸时,其电阻变大;反之变小C.传感器输出的是应变片上的电压D.外力越大,输出的电压值也越大8.如图是某电子秤的原理图,人只要站在踏板上,仪表G就能显示人的体重。踏板下面的传感器R实质是一个阻值可随压力大小而变化的电阻,显示体重的仪表G实质是理想电流表,如果不计踏板的质量,电阻R随人的体重G变化的函数关系式为R=a-kG(a、k是常量,G和R的单位分别是N和Ω)。下列说法正确的是 (深度解析)A.传感器R不是力电传感器B.如果要增大电子秤的量程,滑动变阻器R'接入电路中的电阻应调大C.如果要增大电子秤的灵敏度,滑动变阻器R'接入电路中的电阻应调大D.该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度)应标在电流表G刻度盘的零刻度线处题组四电容式传感器9.(2021江西师范大学附属中学高二下月考)(多选)电容式传感器是用来将各种非电学物理量转变为电学物理量的装置。如图是四种电容式传感器的示意图,关于这四个传感器的作用,下列说法正确的是 ()甲乙丙丁A.甲图的传感器可以用来测量角度B.乙图的传感器可以用来测量液面的高度C.丙图的传感器可以用来测量压力D.丁图的传感器可以用来测量速度10.(2020山东师大附中检测)(多选)如图所示,电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层,再在导体层外加上一块保护玻璃,在触摸屏四边均镀上狭长的电极。把触摸屏连入电路后,在导体层内会形成一个低电压交流电场,在手指触摸屏幕时,由于人体是导体,手指与内部导体层间会形成一个特殊电容器(耦合电容器),电流由四边电极流向触点,而电流强弱与手指到电极的距离成正比,位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱,准确算出触摸点的位置。由以上信息可知 ()A.电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指B.当用手触摸屏幕时,手指与屏的接触面积越大,电容越大C.当用手触摸屏幕时,手指与屏的接触面积越大,电容越小D.如果用戴了较厚手套的手触摸屏幕,照样能引起触摸屏动作题组五霍尔元件11.霍尔元件能 ()A.把温度这个热学量转换成电阻这个电学量B.把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量C.把力这个力学量转换成电压这个电学量D.把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量12.(多选)某霍尔元件的工作原理示意图如图所示,该元件中电流I由正电荷的定向运动形成。下列说法正确的是 (深度解析)A.M点电势比N点电势高B.用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度C.用霍尔元件能够把磁学量转换为电学量D.若保持电流I恒定,则霍尔电压UH与B成正比能力提升练题组一敏感元件的特性1.(2021湖北武汉高二期末,)下列关于传感器的说法中不正确的是 ()A.电子秤所使用的测力装置是力传感器,它将压力大小转化为电阻大小,进而转换为电压信号B.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C.电熨斗能自动控制温度的原因是它装有双金属片,这种双金属片的作用是控制电路的通断D.光敏电阻能够把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量2.(2020上海浦东新区高二月考,)在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今天,担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用,其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的元件。某学习小组的同学在用多用电表研究热敏电阻特性实验中,安装好如图所示装置。向杯内加入冷水,温度计的示数为20℃,多用电表选择适当的挡位,测出热敏电阻的阻值R1。然后向杯内加入热水,温度计的示数为60℃,发现多用电表的指针偏转角度较大,则下列说法正确的是 ()A.应选用电流挡,温度升高换用大量程测量B.应选用电流挡,温度升高换用小量程测量C.应选用欧姆挡,温度升高时换用倍率大的挡D.应选用欧姆挡,温度升高时换用倍率小的挡3.(2021山东泰安高二期中,)(多选)下列有关传感器及其敏感元件的说法中正确的是 ()A.霍尔元件是能够把磁感应强度转换为电压的一种磁传感器B.光电鼠标利用了光传感器C.电子秤称量物体质量利用了力传感器年初新冠肺炎疫情防控阻击战中,枪式测温仪成了体温检测的“哨兵”,它利用了温度传感器4.(2021河南开封高三检测,)(多选)如图所示电路中,电源电动势为E,内阻为r,RT为负温度系数热敏电阻,R为光敏电阻。闭合开关后,小灯泡L正常发光,由于环境条件改变(光照或温度),发现小灯泡亮度变暗,则引起小灯泡变暗的原因可能是 (易错)A.温度不变,光照增强B.温度升高,光照不变C.温度降低,光照增强D.温度升高,光照减弱5.(2021江西师范大学附属中学高二下月考,)(1)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。如图所示为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知,这种热敏电阻在温度上升时导电能力(填“增强”或“减弱”)。

(2)利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等。图甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U-I关系图线。①实验室提供的器材有:电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围0~10Ω)、滑动变阻器B(阻值范围0~100Ω)、电动势为6V的电源(不计内阻)、小灯泡、开关、导线若干。该同学做实验时,滑动变阻器选用的是(填“A”或“B”);请在图乙的方框中画出该实验的电路图。

②将该小灯泡接入如图丙所示的电路中,已知电流传感器的示数为0.3A,电源电动势为3V,则此时小灯泡的电功率为W,电源的内阻为Ω。

题组二敏感元件在生活中的应用6.(2021山东东营胜利第二中学高二期末,)(多选)如图所示电路中,电源电动势为E、内阻为r,电阻R的阻值在一定温度范围内随温度升高均匀减小,用该电阻做测温探头,需把电流表的刻度值改为相应的温度值。关于刻度值的更改,下列说法正确的是 ()A.低温对应电流较大的刻度值B.高温对应电流较大的刻度值C.温度刻度均匀D.温度刻度不均匀7.(2020江苏连云港高二期中,)(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。如果手机屏幕亮度太高,长时间看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,R1为光敏电阻,光照增强,阻值变小,R2为滑动变阻器,闭合开关后,下列说法正确的是 ()A.仅使光照变强,则小灯泡变亮B.仅使光照变弱,则小灯泡变亮C.仅将滑片向a端滑动,则小灯泡变亮D.仅将滑片向b端滑动,则小灯泡变亮8.(2020浙江宁波高二期中,)(多选)如图所示,载流子为电子的霍尔元件样品置于磁场中,表面与磁场方向垂直,图中的1、2、3、4是霍尔元件上的四个接线端。当开关S1、S2闭合后,三个电表都有明显示数,下列说法正确的是 ()A.通过霍尔元件的磁场方向向下B.接线端2的电势低于接线端4的电势C.同时将电源E1、E2反向,电压表的示数将不变D.若减小R1、增大R2,则电压表示数一定增大9.(2021四川雅安高三开学考试,)如图甲是某生产流水线上的产品输送及计数装置示意图。其中S为激光源,R1为光敏电阻(有光照射时,阻值较小;无光照射时,阻值较大),R2为定值保护电阻,a、b间接“示波器”(示波器的接入对电路无影响),水平传送带匀速前进,每当传送带上的产品通过S与R1之间时,射向光敏电阻的光线会被产品挡住。若传送带上的产品为均匀正方体,示波器显示的电压随时间变化的关系如图乙所示。已知计数器电路中电源两极间的电压恒为6V,保护电阻R2的阻值为400Ω。则 ()A.有光照射时光敏电阻R1的阻值为800ΩB.有光照射和无光照射时保护电阻R2两端的电压之比为1∶2C.有光照射和无光照射时光敏电阻的阻值之比为1∶2D.每1h通过S与R1之间的产品个数为6000个10.(2021山东德州高三期末,)某科技小组设计了一种“车辆闯红灯违规记录仪”,在路面停止线前侧埋上压敏电阻,其阻值随压力的变化如图甲所示,和压敏电阻组合的仪器如图乙所示,仪器主要由控制电路和工作电路组成,控制电路中的光控开关接收到红光时会自动闭合,接收到绿光或黄光时会自动断开;控制电路中电源的电动势为9V,内阻为2Ω,继电器线圈电阻为8Ω,滑动变阻器连入电路的电阻为50Ω;当控制电路中的电流大于0.06A时,衔铁会被吸引,从而启动工作电路,电控照相机拍照记录违规车辆。甲乙(1)当红灯亮时,若车辆越过停止线,电流表A的示数会变(选填“大”或“小”)。

(2)车辆对压敏电阻的压力超过N后,车辆闯红灯时才会被拍照记录。

(3)若要增大“车辆闯红灯违规记录仪”的灵敏度,即违规车辆对压敏电阻的压力比第(2)问结果小,也会被拍照记录,则滑动变阻器的滑片应向(选填“a”或“b”)端滑动。

答案全解全析2常见传感器的工作原理及应用基础过关练1.ABD硫化镉是一种半导体材料,无光照射时,载流子极少,导电性能差,随着光照增强,载流子增多,导电性能变好;由这种材料做成的光敏电阻随着光照增强电阻变小,即能够把光照强弱这个光学量转化为电阻这个电学量,A、B、D正确,C错误。2.B因为多用电表选择开关置于欧姆挡,所以测量的是光敏电阻的阻值,光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小,开始时有光照射,光敏电阻的阻值较小,当用手掌挡住部分光线时,光敏电阻的阻值增大,多用电表欧姆挡的零刻度线在表盘的右侧,当两表笔间不接电阻时,多用电表的指针在最左侧,当使用多用电表测电阻时,所测电阻阻值越大,多用电表指针越靠左,指针偏角越小,所以选项B正确。3.答案(1)3000200(2)强光照射时外接解析(1)光敏电阻的阻值随光照的增强而减小,结合题图乙知,正常光照射时光敏电阻的阻值R1=U1I1=2.4V0.8×10-3A=3000(2)实验电路采用的是毫安表内接法,测得的结果比真实值偏大,当待测电阻远大于毫安表内阻时实验误差较小,所以强光照射时误差较大;强光照射时,采用毫安表外接法进行实验,实验结果较为准确。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但灵敏度差,图线2对应的材料化学稳定性差但灵敏度高,所以C错误,D正确。5.AB当环境温度降低时,R2的电阻变大,电路的总电阻变大,由I=ER总知I变小,又知U=E-Ir,电压表的读数U增大,B正确;又由U1=IR1及P1=I2R1可知U1变小,R1消耗的功率P1变小,D错误;电容器两极板间的电压U2=U-U1,则U2变大,由E'=U2d、Q=CU2可知Q、E'都增大,故方法技巧含有热敏电阻的电路的动态分析顺序6.D当传感器R2所在处出现火情时,R2的阻值减小,则外电路总电阻减小,由闭合电路欧姆定律可知,电路中总电流将增大,由U=E-Ir可知,路端电压减小,即报警器两端的电压U将减小;因总电流I增大,则R1两端的电压增大,并联部分的电压减小,则可知流过R3的电流I3减小,流过R2的电流I2=I-I3变大,选项A、B、C错误,D正确。7.BD常见的电阻应变片有金属电阻应变片和半导体电阻应变片,故选项A错误;当应变片拉伸时,其电阻变大,反之变小,选项B正确;传感器输出的是上、下两应变片上的电压差值,并且随着外力的增大,输出的电压差值越大,故选项C错误,选项D正确。8.BR是将压力信号转换成电信号的传感器,即力电传感器,选项A错误;由IG=Ea-kGm+r+R'可知kGm=a+r+R'-EIG,因此滑动变阻器接入电路中的电阻调大,可以测量的人的最大体重增大,选项B正确;如果要增大电子秤的灵敏度,需要使仪表G的测量范围变大,根据IG=Ea-kGm+r+R'可知方法技巧处理含压力传感器电路问题的思路首先审清题意,明确题干中力、电的转换方式;二是理清电路结构,灵活利用闭合电路的欧姆定律列式;三是充分利用数学知识分析物理问题。9.ABC甲图中,当动片与定片之间的夹角θ发生变化时,极板的正对面积S变化,使电容C发生变化,反过来,知道C的变化情况就可以知道θ的变化情况,甲图的传感器可以用来测量角度,选项A正确;乙图中金属芯线和导电液体构成电容器的两个电极,液面高度h变化时,金属芯线和导电液体的正对面积发生变化,使电容C发生变化,反之,知道C的变化情况就可以知道h的变化情况,乙图的传感器可以用来测量液面的高度,选项B正确;丙图中力F作用在可动电极上,可动电极发生形变,与固定电极间的距离发生变化,引起电容C变化,反之,知道C的变化情况就可知F的变化情况,丙图的传感器可以用来测量压力,选项C正确;丁图中,随着电介质进入极板间长度的变化,电容C发生变化,反之,知道C的变化,就可以知道电介质进入极板间长度的变化,丁图的传感器可以用来测量位移,而不能用来测量速度,选项D错误。10.AB电容式触摸屏在原理上把手指当作电容器的一个极板,把导体层当作另一个极板,故A正确;手指与屏的接触面积越大,两个极板的正对面积越大,故电容越大,B正确,C错误;如果戴了手套或手持不导电的物体触摸屏幕,触摸屏没有反应,这是因为手与导体层距离较大,不能引起导体层电场的变化,D错误。11.B根据霍尔元件的工作原理,载流子在洛伦兹力作用下偏转,使元件两侧面间产生霍尔电压UH=kIBd,所以它将磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量,故B正确,A、C、D12.BCD当正电荷定向运动形成电流时,根据左手定则知正电荷在洛伦兹力作用下向N点所在的导体表面聚集,M点所在的导体表面感应出等量的负电荷,所以M点电势比N点电势低,选项A错误;根据霍尔元件的特点可知,选项B、C正确;因霍尔电压UH=kIBd,保持电流I恒定时,霍尔电压UH与B成正比,选项D方法技巧霍尔元件电势高低的判断方法利用左手定则,即磁感线垂直穿入手心,四指指向电流方向,拇指所指的方向为载流子的受力方向。若载流子是正电荷,则拇指所指的面为高电势面;若载流子是负电荷,则拇指所指的面为低电势面。能力提升练1.B电子秤所使用的测力装置是力传感器,它是把力信号转换为电压信号,故A正确;话筒是一种常用的声波传感器,其作用是把声信号转换为电信号,故B错误;电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器,这种传感器的作用是控制电路的通断,故C正确;光敏电阻的工作原理实际上是传感器把光信号转换成电信号,故D正确。2.D多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源,故不能用电流挡,A、B错误;当温度升高时多用电表指针偏转角度较大,说明热敏电阻的阻值变小了,应该换用倍率小的挡,C错误,D正确。3.ABC霍尔元件是能够把磁感应强度的变化转换为电压的一种磁传感器,故A正确;光电鼠标利用了光传感器,故B正确;电子秤称量物体质量利用了力传感器,故C正确;枪式测温仪是根据人体辐射的红外线来测温的,没有利用温度传感器,故D错误。4.AC由题图可知,当光敏电阻阻值减小或热敏电阻阻值增大时,小灯泡L都会变暗。温度不变、光照增强时,RT不变,R减小,小灯泡变暗,A正确;温度升高、光照不变时,RT减小,R不变,小灯泡变亮,B错误;若光敏电阻阻值减小的同时,热敏电阻的阻值增大,则小灯泡变暗,C正确;若热敏电阻阻值减小的同时,光敏电阻阻值增大,则小灯泡变亮,D错误。易混易错传感器问题中的电路动态分析的四点注意(1)如果涉及光敏电阻,必须明确光照情况怎样变化,从而判断出其阻值的变化。(2)如果涉及热敏电阻,必须明确是正温度系数还是负温度系数的热敏电阻及温度变化情况,从而判断其阻值的变化。(3)如果是其他元件引起的电路变化,可具体问题具体分析。(4)结合电路结构特点及局部电阻阻值的变化,根据闭合电路的欧姆定律等规律分析有关物理量的变化。5.答案(1)增强(2)①A见解析图②0.751.67解析(1)由题图可知,这种热敏电阻在温度上升时电阻减小,则导电能力增强。(2)①该同学做实验时,滑动变阻器要选择分压式接法,则选用的是阻值较小的A;在图乙的方框中画出该实验的电路图如图。②将该小灯泡接入如图丙所示的电路中,根据图甲可知,当I=0.3A时,灯泡两端电压为U=2.5V,则小灯泡消耗的功率P=IU=0.75W,电源内阻r=E-UI=3V-2.6.BD在一定温度范围内,温度越高,R的阻值越小,根据闭合电路欧姆定律得I=ER+r+rA,则R阻值越小,电流越大,所以高温对应电流较大的刻度值,A错误,B正确;因为电阻R的阻值在一定温度范围内随温度升高均匀减小,则电阻随温度t的变化关系为R=R0-kt,解得t=1k(rA+r+R0)-EkI,t和7.AD光照变强,光敏电阻阻值变小,所以电路中的电流变大,即通过灯泡的电流变大,灯泡变亮;反之,若光照变弱,则灯泡变暗,故A正确,B错误;仅将滑片向a端移动,变阻器接入电路的电阻变大,电路中总电阻变大,总电流变小,即通过灯泡的电流变小,灯泡变暗,故C错误;仅将滑片向b端移动,变阻器接入电路的电阻变小,总电阻变小,总电流变大,所以通过灯泡的电流变大,灯泡变亮,故D正确。8.ABC由安培定则可判断出左侧线圈产生的磁场方向向上,经铁芯后在霍尔元件处的磁场方向向下,故A正确;通过霍尔元件的磁场方向向下,由左手定则可知,霍尔元件中载流子受到的磁场力向右,载流子偏向接线端2,载流