5.2 常见传感器的工作原理及应用 练习
一、单选题
1．以下说法正确的是（ ）
A．图甲中的干簧管是利用电磁感应原理实现开关作用
B．图乙为电感式传感器，物体1带动铁芯2向右移动时，线圈自感系数变大
C．图丙为利用霍尔元件测量微小位移原理图，霍尔元件左右移动时，有霍尔电压输出
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小
2．如图甲表示某压敏电阻的阻值随压力变化的情况，将它平放在电梯地板上并接入图乙所示的电路中，在其受压面上放一物体，即可通过电路中数字电流表的示数来探查电梯的运动情况。电梯静止时数字电流表示数为。下列说法正确的是（ ）
A．若示数不变，说明电梯正在匀速运动
B．若示数在均匀增大，说明电梯在做匀变速运动
C．若示数，说明电梯一定在加速向上运动
D．若示数，说明电梯一定处于失重状态
3．电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力。感应线是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，压力越大电压越大。压电薄膜与电容器C、电阻R组成图甲所示的回路。红灯亮时，如果汽车的前、后轮先后经过感应线，则回路中产生两个脉冲电流（如图乙所示），即汽车闯红灯，电子眼立刻拍照。红灯亮时，下列说法正确的是（ ）
A．车轮停在感应线上后，电阻R上一直有电流
B．前轮经过感应线的过程中，电容器充电
C．车轮经过感应线的过程中，电阻R上的电流一直增大
D．汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，一定会被电子眼拍照
4．以下四幅图中的元件，能够感知磁场的是（ ）
A．干簧管 B．光敏电阻
C．发光二极管 D．三极管
5．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端温度的变化而变化
B．定值电阻两端电压减小
C．滑片上移一点可以提高报警温度
D．原线圈输入功率减小
6．关于教材中插图所涉及的物理知识，下列描述正确的是（ ）
A．图甲为电磁波调制过程中采用调频方法产生的波形图
B．图乙为可变电容器，通过改变铝片之间距离改变电容
C．图丙为真空冶炼炉，通入线圈的高频电流在线圈中产生热量，从而冶炼金属
D．图丁为应变片测力原理图，当梁受力向下弯曲，应变片a左右两端间的电阻变大
7．如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为，电压表和电流表均为理想交流电表，原线圈接如图乙所示的正弦交流电，图中为热敏电阻（温度升高时其电阻减小，温度降低时电阻增大），R为定值电阻。下列说法正确的是（ ）
A．该理想变压器的原副线圈磁通量变化率之比为
B．电压表的示数为
C．若处温度升高，电压表与电压表示数之比不变
D．若处温度降低，定值电阻R两端电压增大
二、多选题
8．某同学在做“利用传感器制作简单的自动控制装置”的实验中，所用热敏电阻的阻值随温度升高而减小。由该热敏电阻作为传感器制作的自动报警器原理图如图所示，其中左侧为控制电路，右侧为工作电路。下列说法正确的是（ ）
A．电磁继电器是利用电磁感应原理工作的
B．电磁铁工作时，上端为S极
C．为了使温度过高时报警器响铃，c应接在a处
D．若要使启动报警的温度降低些，应将滑动变阻器的滑片P向上移动
9．如图所示，电源电动势为E，内阻为r，是定值电阻，是光敏电阻且其阻值随着光强的增强而减小，电表均为理想电表。闭合开关S，光强变化时，电源输出功率。以及电压表示数U随电流表示数I变化的关系图像可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
10．某同学用平行板电容器探究材料竖直方向尺度随温度变化的特征，探究电路如图所示。电容器上极板固定，下极板可随材料竖直方向的尺度变化而上下移动。电源输出电压恒定，闭合开关S，被测材料热胀冷缩，调节滑动变阻器R，滑片处在中间一位置时带电液滴P恰好可以静止在电容器极板间，下列说法中正确的是（ ）
A．改变的阻值，带电液滴P仍能处于静止状态
B．材料温度降低，带电液滴P将向上运动
C．材料温度升高，极板所带电荷量减小
D．检测到灵敏电流计的电流方向为从a到b，说明材料温度升高
三、实验题
11．已知一热敏电阻当温度从10℃升至60℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用如图甲所示的测量电路探究热敏电阻阻值随温度变化的具体关系。
(1)实验时，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值，则热敏电阻的计算值 （选填“大于”“等于”或“小于”）真实值；
(2)若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为4.5V和1.5mA，则此时热敏电阻的阻值为 kΩ（保留2位有效数字）。实验中得到的该热敏电阻阻值随温度t变化的曲线如图乙所示。将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为1.4kΩ。由图乙求得，此时室温为 ℃（保留2位有效数字）；
(3)在温度为10℃左右的环境中工作的自动恒温箱简图如图丙所示，箱内电阻，，，为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图像与图乙相同。当a、b端电压时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在 ℃（保留2位有效数字）。
12．某实验小组利用一热敏电阻和继电器设计一恒温箱，热敏电阻的图像如图1所示。继电器如图2所示，继电器的衔铁吸附在端，当线圈中的电流大于或等于时，衔铁被吸合到端，则加热电路停止工作。已知继电器线圈的电阻为，为继电器线圈供电的电池电动势，内阻不计。
(1)在设计控制电路时，还需要一个可变电阻，则应选用______________________
A． B．
(2)在虚线框中画出控制电路 。
(3)应该把恒温箱内的加热器接在 端（选填“”或""）。
(4)如果要使恒温箱内的温度保持，可变电阻的阻值应调节为 。
13．半导体薄膜压力传感器是一种常用的传感器，其阻值会随压力变化而改变。某实验小组想测量某一薄膜压力传感器在不同压力下的阻值RN，其阻值约为几十欧，现有以下器材：
压力传感器
电源：电动势6V（内阻不计）
电流表A：量程250mA，内阻约为5Ω
电压表V：量程3V，内阻约为20kΩ
滑动变阻器R：阻值范围0~10Ω
开关S，导线若干
(1)为了提高测量的准确性，应该选以下 电路图进行测量，使用该电路得到的测量值 （选填“大于”“小于”或者“等于”）真实值；
A． B．
C． D．
(2)通过多次实验测得其阻值RN随压力F变化的关系图像如图甲所示，该学习小组利用该压力传感器设计了如图乙所示的自动分拣装置，可以将质量大于0.14kg的物体和小于0.14kg的物体进行分拣，图中RN为压力传感器，R′为滑动变阻器，电源电动势为6V（内阻不计），重力加速度大小取10m/s2。分拣时质量不同的物体通过传送带运送到托盘上，OB为一个可绕O转动的杠杆，下端有弹簧，当控制电路两端电压≥2V时，杠杆OB水平，物体水平进入通道1；当控制电路两端电压<2V时，控制电路控制杠杆的端下移，物体下滑进入通道2，从而实现分拣功能。根据以上原理可知，R′接入电路的阻值为 Ω（结果保留3位有效数字），质量为0.1kg的物体将进入 （选填“通道1”或“通道2”）。
14．某实验小组在做“探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系”实验。
(1)小王同学按照图（甲）安装好实验装置，让刻度尺0刻度线与弹簧上端平齐，弹簧自然伸长时长度为，在弹簧下端挂一个质量的钩码，静止时弹簧长度为，如图所示，其示数为 cm。当地重力加速度，弹簧的劲度系数可以表示为 。（用题目中的符号表示）。
(2)小王测得的劲度系数比弹簧的标称值小，可能的原因是______。
A．值用的
B．没有考虑弹簧的重力
C．刻度尺没有竖直放置
(3)另一小组同学利用如图（乙）装置示完成实验：水平放置的压力传感器上叠放着连接轻弹簧的重物，左侧固定有0刻度线在底端的竖直刻度尺。竖直向上缓慢地拉动弹簧，分别记录刻度尺示数和对应的传感器示数。
①以为纵轴、为横轴的坐标系中，描点画出图像，由图像求得弹簧的劲度系数为 。
②若该实验中压力传感器没有校零，对弹簧劲度系数的测量结果是否有影响，说明理由 。
15．力敏电阻是一种将机械力转换为电信号的特殊原件，它的工作原理是利用半导体材料的电阻随所受压力大小改变而改变，主要用于各种张力计、转矩计、加速度计、半导体传声器及各种压力传感器中。某社团活动小组对一个力敏电阻研究的过程中设计了以下实验：
(1)利用伏安法测出力敏电阻Rx在承受压力FN = 500 N时其电阻的大小。如图甲为测量电路，其中电压表V内阻约为2 kΩ，电流表A1内阻RA1 = 10 Ω，为减小测量误差，测量电路中电压表的右端应接在 端（选填“a”或“b”）；
(2)闭合开关后电压表读数为3.0 V，电流表读数为0.05 A，则此时Rx = Ω；
(3)经查询厂家资料可知，该力敏电阻的阻值与所受压力大小可视为反比例关系。小组成员利用该力敏电阻设计了一个测量压力的电路，如图乙所示。已知电源电动势为18 V，内阻很小可忽略：电流表A2量程为0 ~ 0.6 A、内阻RA2 = 5 Ω；定值电阻R0 = 20 Ω。闭合开关，在力敏电阻Rx上施加不同大小的压力F，电流表会显示不同的读数I，则与 成线性关系（选填“I”“”或“”）；
(4)在图乙的电路中为了减小误差，要求电流表读数时指针在刻度盘的之间，则该力敏电阻允许承受的最大压力应小于 N。
参考答案
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 C D D A C D C BD BD AD
1．C
【详解】A．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，A错误；
B．铁芯2向右移动时，线圈中插入铁芯的长度变小，线圈的自感系数变小，B错误；
C．霍尔元件左右移动时，其所处位置的磁场发生改变，导致通过霍尔元件的粒子受到的洛伦兹力发生改变，从而产生霍尔电压输出，C正确；
D．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，其电阻变大，D错误。
故选C。
2．D
【详解】A．由图可知压敏电阻的阻值与受到的压力有关，若示数不变，说明压敏电阻的阻值保持不变，压敏电阻受到的压力不变，则物体m受到的支持力不变，物体m受到的合外力恒定不变，故电梯可能做匀变速直线运动，也可能做匀速运动，故A错误；
B．若示数在均匀增大，说明压敏电阻的阻值在减小，则压敏电阻受到的压力在逐渐增大，可知物体m受到的支持力逐渐增大，物体m受到的合外力发生变化，所以电梯不是在做匀变速运动，故B错误；
C．电梯静止时示数为，此时压敏电阻受到的压力等于物体m的重力；若示数，说明压敏电阻阻值比静止时小，压敏电阻受到的压力大于物体m的重力，则物体m受到的支持力大于物体m的重力，物体m的合外力向上，加速度方向向上，电梯可能向上加速运动，或者向下减速运动，故C错误；
D．若示数，说明压敏电阻阻值比静止时大，压敏电阻受到的压力小于物体m的重力，则物体m受到的支持力小于物体m的重力，物体m的合外力向下，加速度方向向下，此时电梯一定处于失重状态，故D正确。
故选D。
3．D
【详解】A．汽车停在感应线上后，汽车对压电薄膜的压力不变，电压恒定，电路中没有电流，故A错误；
B．前轮经过感应线的过程中，对压电薄膜的压力先变大后变小，则电压先变大后变小，电容器先充电后放电，故B错误；
C．车轮经过感应线的过程中，如图乙所示，电阻R上的电流先变大后变小，再反向变大最后变小，故C错误；
D．汽车前轮刚越过感应线，又倒回线内，有两个脉冲电流，会被电子眼拍照，故D正确。
故选D。
4．A
【详解】A．干簧管是一种能够感知磁场的元件，它内部有两片磁性材料制成的簧片，当周围存在磁场时，簧片会被磁化而相互吸引或排斥，从而实现电路的导通或断开，起到感知磁场的作用，故A正确；
B．光敏电阻是一种对光敏感的元件，其阻值会随着光照强度的变化而变化，主要用于感知光信号，而不是磁场，故B错误；
C．发光二极管是一种可以将电能转化为光能的半导体器件，在正向导通时能够发光，主要用于发光显示等，与感知磁场无关，故C错误；
D．三极管是一种具有电流放大作用的半导体器件，主要用于放大电信号、开关电路等，不能感知磁场，故D错误。
故选A。
5．C
【详解】A．副线圈两端电压由变压器原线圈电压和匝数比决定，与副线圈电阻变化无关，即与副线圈电路端温度的变化无关，故A错误；
C．R0滑片上移一点，其阻值变大，则要想报警，需减小热敏电阻RT，即提高温度，所以R0滑片上移一点可以提高报警温度，故C正确。
BD．当出现火情时，热敏电阻阻值变小，导致副线圈电流变大，根据
可知定值电阻两端电压增大，由
可知原线圈输入功率变大，故BD错误。
故选C。
6．D
【详解】A．图甲为电磁波调制过程中采用调幅方法产生的波形图，故A错误；
B．图乙为可变电容器，通过改变铝片之间正对面积改变电容，故B错误；
C．真空冶炼炉，当炉外线圈通入高频交流电时，在铁块中会产生涡流，铁块中就会产生大量热量，从而冶炼金属，故C错误；
D．图丁为应变片测力原理图，当梁受力向下弯曲，长度变长，应变片左右两端间的电阻变大，故D正确。
故选D。
7．C
【详解】A．理想变压器的原副线圈磁通量变化率之比为，A错误；
B．原线圈的电压有效值为
电压表的示数为
B错误；
C．电压表与电压表示数之比只与匝数有关，与电流或负载变化无关，C正确；
D．若处温度降低，则其电阻增大两端的电压也增大，定值电阻R两端电压减小，D错误。
故选C。
8．BD
【详解】A．电磁继电器是利用电流的磁效应工作的，A错误；
B．由题图可知电磁铁工作时线圈中电流的方向，根据安培定则可知，电磁铁工作时，上端为S极，B正确；
C．温度升高时热敏电阻阻值减小，控制电路中的电流增大，则电磁铁的磁性增强，将衔铁吸引下来与下方b处接通，故c应接在b处，C错误；
D．若要使启动报警的温度降低些，相当于增大临界状态的热敏电阻阻值，为了仍等于电磁铁将衔铁吸引下来的电流临界值，则需要减小滑动变阻器的阻值，即滑片P向上移动，D正确。
故选BD。
9．BD
【详解】AB．若光照减弱，光敏电阻的阻值增大，由闭合电路欧姆定律可知电路中的电流减小，电源输出功率
可知图像是开口向下的抛物线，故A错误，B正确；
CD．由可知，
可知图像是倾斜向下的直线，故C错误，D正确。
故选BD。
10．AD
【详解】A．由图可知，与电容器串联，故其作用相当于导线，所以改变的阻值，并不会改变回路中的总电阻，故不会改变电路稳定时总电流，故两端的电压也不会改变，电容器两电压等于两端的电压，故电路稳定时电容两端电压不变，粒子所受电场力不变，故带电液滴P仍能处于静止状态，故A正确；
B．材料温度降低，材料体积变小，电容器两板间距增大，根据
可知电场强度减小，电场力减小，故带电液滴P将向下运动，故B错误；
C．材料温度升高，材料体积变大，电容器两板间距减小，根据
可知电容增大；根据
又电压不变，故极板所带电荷量增大，故C错误；
D．检测到灵敏电流计的电流方向为从a到b，说明电容器正充电，则电容增大，根据
可知电容器两板间距减小，说明材料温度升高，故D正确。
故选AD。
11．(1)小于
(2) 3.0 36
(3)28
【详解】（1）实验采用电流表外接法，由于电压表的分流作用，使得测量的电流值偏大，则根据可知，测得热敏电阻值比真实值小。
（2）[1]热敏电阻的阻值
[2]根据图像，时，t约为36℃。
（3）设电路路端电压为U，当时，则有
代入数据解得
由乙图可知，当时，。
12．(1)B
(2)
(3)M
(4)230
【详解】（1）当线圈中的电流大于或等于时，衔铁被吸合到端，根据欧姆定律有
故选B。
（2）电路如图
（3）题中衔铁被吸合到端，则加热电路停止工作，则恒温箱内的加热器接在M端；
（4）恒温箱内的温度保持，热敏电阻值为50
根据欧姆定律可知
13．(1) B 小于
(2) 15.0 通道2
【详解】（1）[1]由于
所以电流表应采用外接法，且待测电阻阻值与滑动变阻器的总电阻相比较大，并且为了提高测量的准确性，所以滑动变阻器采用分压式接法。
故选B。
[2]根据电路的连接方式可知，由于电压表分流，导致电流的测量值偏大，故电阻的测量值小于真实值。
（2）[1]质量为0.14kg的物体对RN的压力为1.4N，由图甲可知，此时
由闭合电路欧姆定律可得
且
联立可得
[2]由图甲可知，压力变小，阻值变大，故电路中电流变小，控制电路两端电压变小，小于2V，故物体进入通道2。
14．(1) 24.75
(2)C
(3) 300 无影响，的变化率与起始值无关
【详解】（1）[1]因刻度尺的最小分度值为1mm，读数时应估读到最小分度的，所以刻度尺的读数为24.75mm。
[2]根据胡克定律可得
解得
（2）测得的劲度系数比弹簧的标称值小，可能的原因刻度尺没有竖直放置，测得的弹簧形变量偏大，因此值偏小。若值用的，造成弹力数值偏大，因此值偏大。没有考虑弹簧的重力不会影响值测量。
（3）[1]根据胡克定律可得
[2]该实验中压力传感器没有校零，对弹簧劲度系数的测量结果无影响，因为的变化率与起始值无关。
15．(1)b
(2)50
(3)
(4)1250
【详解】（1）电流表A1内阻已知，可以准确的测量电流值和电压值，为减小测量误差，应把电流表内接，测量电路中电压表的右端应接在b端。
（2）根据欧姆定律
解得
（3）根据闭合电路欧姆定律
由
解得
可知与成线性关系。
（4）由
已知压力FN = 500 N时，Rx = 50 Ω，解得
可知当施加最大压力时，Rx′最小，电流最大，电流为
由
解得
由
解得
