2022-2023学年高二物理举一反三系列（人教版选择性必修第二册）专题5.1 认识传感器（原卷版）

专题5.1认识传感器【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【题型1干簧管】 【题型2红外线传感器】 【题型3电化学传感器】 【题型4声传感器】 【题型5各种传感器的区分】 【题型6涉及弹簧的传感器】 【题型7温度传感器】 【题型8电容式传感器】 【题型1干簧管】【例1】(1)如图甲所示为某宾馆的房卡，只有把房卡插入槽中，房间内的灯和插座才会有电．房卡的作用相当于一个________(填电路元件名称)接在干路上．(2)如图乙所示，当房客进门时，只要将带有磁铁的卡P插入盒子Q中，这时由于磁铁吸引簧片，开关B就接通，通过继电器J使整个房间的电器的总开关接通，房客便能使用室内各种用电器．当继电器工作时，c、d相吸，a、b便接通．请你将各接线端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10适当地连接起来，构成正常的电门卡电路．【变式1-1】（多选）如图所示,干簧管放在磁场中时两个舌簧能被磁化。关于干簧管,下列说法正确的是()A.干簧管接入电路中相当于电阻的作用B.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C.干簧管接入电路中相当于开关的作用D.干簧管是作为电控元件以实现自动控制的【变式1-2】图甲为一种家用门磁防盗报警器，由磁条和主机组成，门窗均可使用。乙图为其简化示意图，安装时，将磁条固定在门框上，主机安装在与其等高的门板边缘，门关上时，两者刚好靠在一起。当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声。下列有关说法正确的是（）A．触发器内是一个开关，当主机与磁条靠近时，开关是断开的B．触发器可以由铜制成C．磁条的两极对调后，该报警器不能正常工作D．本装置是利用电流的磁效应工作的【变式1-3】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，下列说法正确的是（）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会报警C．增加电源B的电动势，报警器在光照更强时才会报警D．增加电源A的电动势，报警器在光照更强时才会报警【题型2红外线传感器】【例2】为了做好新冠疫情防控工作，小区物业利用红外测温仪对出入人员进行体温检测。红外测温仪是一种利用红外线来测量体温的设备，被测人员辐射出的红外线可被测温仪捕捉，并转变成电信号。下列与红外测温仪属于同类传感器的是（）A．饮水机中自动控制加热和保温的温控器B．走廊照明灯的声控开关C．火灾红外报警器D．电子体重计的压力传感装置【变式2-1】下列有关传感器叙述，正确的是（）A．交警使用的酒精测试仪是一种物理传感器，是靠吹气的压力来工作B．红外线传感器是靠接收发热物体发出的红外线来工作C．红外线传感器就是温度传感器D．传感器是将电学量转换成非电学量的一种元件【变式2-2】（多选）随着生活质量的提高，自动干手机已进入家庭，洗手后，将湿手靠近自动干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，使热空气从机内吹出，将湿手烘干。某型号干手机的说明书中有如下一段文字：功能与特点：◆采用红外线感应原理，即感应即动作，卫生、方便；◆超高温保护，即过热、过电流双重保护；◆采用内热式的再循环原理，低噪音、高转速、烘干能力强；◆高强度塑钢外壳，牢固可靠，美观大方。据此可判断（）A．该自动干手机内装有由温度传感器组成的保护电路B．该自动干手机靠位移传感器来感知使用者手的靠近C．该自动干手机消耗的电能转化为空气的内能及动能D．该自动干手机靠红外线传感器来感知使用者手的靠近【变式2-3】以下物品是传感器在日常生活中的一些应用。下列说法正确的是（）A．测温枪是应用红外线传感器测量体温B．电子秤是应用光敏传感器称量物品质量C．指纹识别器是应用压力传感器来识别指纹D．烟雾散射火灾报警器是应用声传感器实现火灾报警【题型3电化学传感器】【例3】我国规定驾驶员的血液酒精含量达到20mg/m3(含20mg/m3)属于酒驾,达到80mg/m3(含80mg/m3)属于醉驾。半导体型呼气酒精测试仪采用氧化锡半导体作为传感器。图甲是该测试仪的原理图,图中电源电动势为4.8V,内阻可忽略不计;电压表V量程为5V,内阻很大;定值电阻R1的阻值为60Ω;实验测得酒精气体传感器R2的电阻值随酒精气体浓度变化的关系曲线如图乙所示。甲乙(1)醉驾时R2的阻值小于等于Ω。

(2)按图甲所示电路图把电压表改装成酒精浓度表,则酒精气体浓度为0的刻度线应刻在电压刻度线为V处;刚好醉驾时应刻在电压刻度线为V处。(计算结果取三位有效数字)

【变式3-1】交通警察用来检测驾驶员酒精含量的检测器使用的传感器是（）A．声音传感器 B．电化学传感器C．压力传感器 D．温度传感器【变式3-2】酒精测试仪用于机动车驾驶人员是否酗酒及其他严禁酒后作业人员的现场检测。它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器，酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化。在如图所示的电路中，酒精气体的不同浓度对应着传感器的不同电阻。这样，电压表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系。如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么，电压表示数U与酒精气体浓度C之间的对应关系正确的是（）A．U越大，表示C越大，C与U成正比 B．U越大，表示C越小，但是C与U不成正比C．U越大，表示C越小，C与U成反比 D．U越大，表示C越大，但是C与U不成反比【变式3-3】氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测，它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化．在如图甲所示的电路中，不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻，这样，电压表的指针位置就与一氧化碳浓度有了对应关系，观察电压表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标．有一种氧化锡传感器，其技术资料中给出的是电导（即电阻的倒数）—CO浓度曲线，如图乙所示．在下列表示一氧化碳浓度c与电压表示数U0之间关系的图象中正确的是（）A．B．C． D．【题型4声传感器】【例4】唱卡拉OK用的话筒，内有传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号，下列说法正确的是（）A．该传感器是根据电流的磁效应工作的B．该传感器是根据电磁感应原理工作的C．该传感器的敏感元件是线圈D．该传感器的转换元件是永磁体【变式4-1】一种新型保险柜安装有声纹锁，只有主人说出事先设定的暗语才能打开，别人即使说出暗语也打不开锁。这种声纹锁辨别主人声音的依据是（）A．音调 B．音色 C．响度 D．声速【变式4-2】如图所示，是电容式话筒的示意图，它是利用电容制成的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极．在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，从而使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的()A．距离变化 B．正对面积变化C．电介质变化 D．电压变化【变式4-3】如图所示的电路可将声音信号转换为电信号，该电路中右侧固定不动的金属板b与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜a构成一个电容器，a、b通过导线与恒定电源两极相接。若振动膜a周期性振动，则（）A．a振动过程中，a、b板间的电场强度不变B．a振动过程中，a、b板所带电荷量不变C．a振动过程中，灵敏电流计中始终有方向不变的电流D．a向右的位移最大时，a、b板所构成的电容器的电容最大【题型5各种传感器的区分】【例5】有些洗衣机设有多段式水位自动感应装置,该装置采用的传感器是()A.温度传感器 B.压力传感器C.生物传感器 D.红外线传感器【变式5-1】如图,有一种火灾报警器是应用烟雾对光的散射来工作的。该报警器利用的传感器是()A.力传感器B.声传感器C.位移传感器D.光传感器【变式5-2】有一种在光照或温度升高时都能启动排气扇的自动控制装置,下列说法正确的是()A.两个传感器都是光电传感器B.两个传感器分别是光电传感器和温度传感器C.两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器D.只有光照和温度都适合时排气扇才能工作【变式5-3】传感器的功能与人的视觉、听觉、触觉、嗅觉等功能相似。不只在科研领域，在人们的日常生活中，也会用到传感器以实现某种功能。关于图中应用传感器的实际情景，下列说法错误的是（）A．甲图传感器用来测量位移的微小变化，是位移传感器B．乙图光电计数器用到了光敏电阻这个传感元件，是光传感器C．丙图利用霍尔元件可以测量微小位移，是位移传感器D．传感器感受力、温度、光、声等信号，把电学信号转换成非电学信号【题型6涉及弹簧的传感器】【例6】角速度计可测得航天器自转的角速度ω,其结构如图所示。当系统绕OO'轴转动时,元件A在光滑杆上发生滑动,并输出电信号成为航天器的制导信号源。已知A质量为m,弹簧的劲度系数为k,原长为l0,电源电动势为E,内阻不计,滑动变阻器总长为l,电阻分布均匀,系统静止时滑动变阻器滑片P在中点,与固定接头Q正对。当系统以角速度ω转动时,求:(1)弹簧形变量x与ω的关系式;(2)电压表的示数U与角速度ω的函数关系。【变式6-1】下图为大型电子地磅电路图,电源电动势为E,内阻不计。不称物体时,滑片P在A端,滑动变阻器接入电路的有效电阻最大,电流较小;称物体时,在压力作用下滑片P下滑,使滑动变阻器的有效电阻变小,电流变大。这样把电流对应的重力值刻在刻度盘上,就可以读出被称物体的重力值。若滑动变阻器上A、B间距离为l,最大阻值等于定值电阻的阻值R0,已知两弹簧的总弹力与形变量成正比,比例系数为k,则所称重物的重力G与电流I的关系为()A.G=2-EIR0klC.G=EIR0+1kl【变式6-2】（多选）在一些学校教室为了保证照明条件，采用智能照明系统，在自然光不足时接通电源启动日光灯，而在自然光充足时，自动关闭日光灯，其原理图如图所示。R为一光敏电阻，L为一带铁芯的螺线管，在螺线管上方有一用细弹簧系着的轻质衔铁，一端用铰链固定在墙上可以自由转动，另一端用一绝缘棒链接两动触头。有关这套智能照明系统工作原理描述正确的是（）A．光照越强，光敏电阻阻值越大，衔铁被吸引下来B．在光线不足时，光敏电阻阻值变大，电流小，衔铁被弹簧拉上去，日光灯接通C．上面两接线柱应该和日光灯电路连接D．下面两接线柱应该和日光灯电路连接【变式6-3】某加速度计工作原理如图所示，滑块可以在光滑的框架中平移，滑块两侧用两劲度系数相同的轻弹簧与框架连接，R为滑动变阻器，其滑动片与滑块固定连接；两个电池的电动势均恒为E，内阻不计。按图连接电路后，电压表指针的零点位于表盘中央，此时两弹簧均为原长，滑动片恰好在变阻器的中间位置。已知滑动片与滑动变阻器任一端之间的电阻值都与其到这端的距离成正比，当a端的电势高于b端时电压表的指针向零点右侧偏转。若将电压表的表盘换成直接表示加速度大小及方向的刻度盘，并将此加速度计按图示方式固定在一辆运动的汽车上，汽车沿弹簧方向向前行驶，发现指针向零点左侧偏转。下列说法正确的是（）A．加速度表盘的刻度非均匀分布，指针向零点左侧偏转说明汽车在加速B．加速度表盘的刻度非均匀分布，指针向零点左侧偏转说明汽车在减速C．加速度表盘的刻度均匀分布，指针向零点左侧偏转说明汽车在加速D．加速度表盘的刻度均匀分布，指针向零点左侧偏转说明汽车在减速【题型7温度传感器】【例7】传感器在日常生活中的应用越来越广泛,温度传感器(实质是自动开关)是其中的一种。某一食品消毒柜就是利用温度传感器来自动控制电路的。常温下,该温度传感器是闭合的;当温度达到某一设定值时,传感器自动断开,从而切断整个电路。下列关于该消毒柜的几种电路图中(图中S为电源开关)连接正确的是()【变式7-1】温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化而变化的特性工作的．在图甲中，电源的电动势E＝9.0V，电源内电阻可忽略不计；G为小量程的电流表，电流表内阻RG保持不变；R为热敏电阻，其电阻值随温度的变化关系如图乙的R－t图线所示．闭合开关S.(1)当R的温度等于40℃时，电流表示数I1＝2.25mA，求电流表内阻RG；(2)当电流表的示数I2＝4.5mA时，求热敏电阻R的温度．【变式7-2】（多选）如图所示，在电路中接一段钨丝，闭合开关，灯泡正常发光，当用打火机给钨丝加热时灯泡亮度明显变暗，根据钨丝的上述特性，可用钨丝来制作一个温度传感器。下面说法中正确的是（）A．该传感器利用了钨丝的化学性质B．该传感器利用了钨丝电阻随温度变化而变化的特性C．该传感器能够把热学量（温度）转换为电学量（电阻）D．该传感器能够把电学量（电阻）转换为热学量（温度）【变式7-3】（多选）如图为某一型号电熨斗工作示意图，其中温度敏感元件是双金属片，在温度上升时上层金属的膨胀大于下层金属，可造成双金属片的形变。现需要用该电熨斗对衣物加热至温度为120℃，关于该装置工作原理，下列说法正确的是（）A．常温下，该装置触点是接触状态B．常温下，该装置触点是分离状态C．若被加热衣物温度无法达到120℃，则需要将调温旋钮向下旋转D．若被加热衣物温度无法达到120℃，则需要将调温旋钮向上旋转【题型8电容式传感器】【例8】目前许多国产手机都有指纹解锁功能,用的指纹识别传感器是电容式传感器。指纹的凸起部分叫“嵴”,凹下部分叫“峪”。传感器上有大量面积相同的小极板,当手指贴在传感器上时,这些小极板和正对的皮肤表面部分形成大量的小电容器,这样在嵴处和峪处形成的电容器的电容大小不同,此时传感器给所有的电容器充电后达到某一电压值,然后,电容器放电,电容小的电容器放电较快,根据放电快慢的不同,就可以探测到嵴和峪的位置,从而形成指纹图像数据。根据文中信息,下列说法正确的是()A.用指纹的照片蒙在传感器上,也可以实现手机解锁功能B.手指轻按和重按均可以解锁,说明形成的电容大小是相同的C.潮湿的手指头不能形成指纹识别,是因为嵴和峪没有电容差别了D.在峪处形成的电容器放电较慢【变式8-1】（多选）如图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，电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导体层内形成一个低电压交流电场，在触摸屏幕时，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(耦合电容)，四边电极发出的电流会流向触点，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，下列说法中正确的是()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．当用手触摸屏幕时，手指和屏的接触面积的大小影响电容的大小【变式8-2】利用电容传感器可检测矿井渗水，及时发出安全警报，从而避免事故的发生。如图所示是一种通过测量电容器电容的变化来检测矿井中液面高低的仪器原理图，A为位置固定的导体芯，B为导体芯外面的一层绝缘物质，C为导电液体（矿井中含有杂质的水），A、B、C构成电容器。若矿井渗水（导电液体深度增大），则电流（）A．从b向a，A、B、C构成的电容器放电 B．从a向b，A、B、C构成的电容器放电C．从b向a，A、B、C构成的电容器充电 D．从a向b，A、B、C构成的电容器充电【变式8-3】随着生活水平的提高，电子秤已经成为日常生活中不可或缺的一部分，电子秤的种类也有很多，如图所示是用平行板电容器制成的厨房用电子秤及其电路简图。称重时，把物体放到电子秤面板上，压力作用会导致平行板上层膜片电极下移。则（）A．电容器储存的电能减少B．电容器的电容减小，带电荷量减小C．膜片下移过程中，电流表有a到b的电流D．电子秤是一个压力传感器，稳定后电容器两板间电压等于电源电动势

参考答案【题型1干簧管】【例1】(1)如图甲所示为某宾馆的房卡，只有把房卡插入槽中，房间内的灯和插座才会有电．房卡的作用相当于一个________(填电路元件名称)接在干路上．(2)如图乙所示，当房客进门时，只要将带有磁铁的卡P插入盒子Q中，这时由于磁铁吸引簧片，开关B就接通，通过继电器J使整个房间的电器的总开关接通，房客便能使用室内各种用电器．当继电器工作时，c、d相吸，a、b便接通．请你将各接线端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10适当地连接起来，构成正常的电门卡电路．答案(1)开关(2)见解析图解析(1)房卡可以控制房间内的灯和插座，不插入槽中，房间内所有的灯和插座都不工作，所以房卡相当于干路上的开关．(2)将开关B与电源E、线圈连成一个回路；将三个灯泡所在电路与交流电源接成回路，即按8—7,4—5,6—9,1—3,2—10连接起来，构成正常的电门卡电路如图所示．【变式1-1】（多选）如图所示,干簧管放在磁场中时两个舌簧能被磁化。关于干簧管,下列说法正确的是()A.干簧管接入电路中相当于电阻的作用B.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C.干簧管接入电路中相当于开关的作用D.干簧管是作为电控元件以实现自动控制的答案:CD解析:干簧管能感知磁场,因为两个舌簧由软磁性材料制成,当周围存在磁场时,两个舌簧被磁化,就会相互吸引,所以是作开关来使用,作为控制元件以实现自动控制的,选项C、D正确。【变式1-2】图甲为一种家用门磁防盗报警器，由磁条和主机组成，门窗均可使用。乙图为其简化示意图，安装时，将磁条固定在门框上，主机安装在与其等高的门板边缘，门关上时，两者刚好靠在一起。当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声。下列有关说法正确的是（）A．触发器内是一个开关，当主机与磁条靠近时，开关是断开的B．触发器可以由铜制成C．磁条的两极对调后，该报警器不能正常工作D．本装置是利用电流的磁效应工作的【答案】A【解析】关上时，磁条与主机刚好靠在一起，此时报警器不工作，说明电路是断开的；当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声，说明此时触发器内开关是闭合的，选项A正确；触发器与磁条之间存在磁力的作用，所以触发器不可能是铜制成的，因为铜没有磁性，选项B错误；无论磁条哪个磁极靠近触发器，都存在磁力作用，所以两极对调后，该报警器仍能正常工作，选项C错误；本装置是利用磁体能够吸引磁性物体的特点工作的，选项D错误。【变式1-3】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，下列说法正确的是（）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会报警C．增加电源B的电动势，报警器在光照更强时才会报警D．增加电源A的电动势，报警器在光照更强时才会报警【答案】B【解析】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，当吸引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，故A错误；线圈中电流不变，总电阻不变，增大电阻箱R的阻值，光敏电阻变小，报警器在光照更强时才会报警，故B正确；线圈中电流不变，增加电源B的电动势，电路中总电阻变大，光敏电阻变大，报警器在光照更弱时才会报警，故C错误；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，故D错误。【题型2红外线传感器】【例2】为了做好新冠疫情防控工作，小区物业利用红外测温仪对出入人员进行体温检测。红外测温仪是一种利用红外线来测量体温的设备，被测人员辐射出的红外线可被测温仪捕捉，并转变成电信号。下列与红外测温仪属于同类传感器的是（）A．饮水机中自动控制加热和保温的温控器B．走廊照明灯的声控开关C．火灾红外报警器D．电子体重计的压力传感装置解析：选C,温度测温仪使用的是红外线传感器，实际上就是传感器把光信号转变为电信号的过程，饮水机中自动控制加热和保温的温控器使用的是温度传感器，走廊照明灯的声控开关使用的是声音传感器，电子计重计的压力传感器装置使用的是压力传感器，火灾红外报警器使用的是红外线传感器。故选C。【变式2-1】下列有关传感器叙述，正确的是（）A．交警使用的酒精测试仪是一种物理传感器，是靠吹气的压力来工作B．红外线传感器是靠接收发热物体发出的红外线来工作C．红外线传感器就是温度传感器D．传感器是将电学量转换成非电学量的一种元件【答案】B【解析】交警使用的酒精测试仪主要目的是测量酒精度，它是酒精气体传感器，它的阻值随酒精浓度的变化而变化，不是利用压力工作的，故A错误；红外线传感器是靠接收发热物体发出的红外线来工作，故B正确；红外线传感器是靠接收发热物体发出的红外线来工作，不是温度传感器，故C错误；传感器是将非电学量转换成电学量的一种元件，故D错误。故选B。【变式2-2】（多选）随着生活质量的提高，自动干手机已进入家庭，洗手后，将湿手靠近自动干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，使热空气从机内吹出，将湿手烘干。某型号干手机的说明书中有如下一段文字：功能与特点：◆采用红外线感应原理，即感应即动作，卫生、方便；◆超高温保护，即过热、过电流双重保护；◆采用内热式的再循环原理，低噪音、高转速、烘干能力强；◆高强度塑钢外壳，牢固可靠，美观大方。据此可判断（）A．该自动干手机内装有由温度传感器组成的保护电路B．该自动干手机靠位移传感器来感知使用者手的靠近C．该自动干手机消耗的电能转化为空气的内能及动能D．该自动干手机靠红外线传感器来感知使用者手的靠近【答案】ACD【解析】由说明书中“功能与特点”的第二项可知，该自动干手机具有过热保护功能，其中必然用温度传感器来感知温度，温度过高时自动控制电路断开，选项A正确；由说明书中“功能与特点”的第一项可知，B错误，选项D正确；由能量守恒定律知，选项C正确。故选ACD。【变式2-3】以下物品是传感器在日常生活中的一些应用。下列说法正确的是（）A．测温枪是应用红外线传感器测量体温B．电子秤是应用光敏传感器称量物品质量C．指纹识别器是应用压力传感器来识别指纹D．烟雾散射火灾报警器是应用声传感器实现火灾报警【答案】A【解析】因为一切物体均能发出红外线，因此使用红外线进行检测体温，故A正确；电子秤是应用压敏传感器称量物品质量，故B错误；指纹识别器是应用电容或光学传感器来识别指纹，故C错误；烟雾散射火灾报警器是应用光传感器实现火灾报警，故D错误。【题型3电化学传感器】【例3】我国规定驾驶员的血液酒精含量达到20mg/m3(含20mg/m3)属于酒驾,达到80mg/m3(含80mg/m3)属于醉驾。半导体型呼气酒精测试仪采用氧化锡半导体作为传感器。图甲是该测试仪的原理图,图中电源电动势为4.8V,内阻可忽略不计;电压表V量程为5V,内阻很大;定值电阻R1的阻值为60Ω;实验测得酒精气体传感器R2的电阻值随酒精气体浓度变化的关系曲线如图乙所示。甲乙(1)醉驾时R2的阻值小于等于Ω。

(2)按图甲所示电路图把电压表改装成酒精浓度表,则酒精气体浓度为0的刻度线应刻在电压刻度线为V处;刚好醉驾时应刻在电压刻度线为V处。(计算结果取三位有效数字)

答案:(1)30(2)2.403.20解析:(1)醉驾时血液酒精含量达到80mg/m3,由题图乙可知,R2的阻值小于等于30Ω。(2)按题图甲所示电路图把电压表改装成酒精浓度表,则酒精气体浓度为0时,电阻R2阻值最大,为60Ω,此时UR1=ER1R则刻度线应刻在电压刻度线为2.40V处。刚好醉驾时R2'=30Ω,此时UR1'=ER1R则应刻在电压刻度线为3.20V处。【变式3-1】交通警察用来检测驾驶员酒精含量的检测器使用的传感器是（）A．声音传感器 B．电化学传感器C．压力传感器 D．温度传感器【答案】B【解析】检测驾驶员酒精含量，与声音、压力、温度无关，因此选用的是化学传感器，故B正确。故选B。【变式3-2】酒精测试仪用于机动车驾驶人员是否酗酒及其他严禁酒后作业人员的现场检测。它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器，酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化。在如图所示的电路中，酒精气体的不同浓度对应着传感器的不同电阻。这样，电压表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系。如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么，电压表示数U与酒精气体浓度C之间的对应关系正确的是（）A．U越大，表示C越大，C与U成正比 B．U越大，表示C越小，但是C与U不成正比C．U越大，表示C越小，C与U成反比 D．U越大，表示C越大，但是C与U不成反比解析：选D,设酒精气体传感器电阻为r′，酒精气体传感器和定值电阻串联在电路中，电压表测R0两端的电压。根据酒精气体传感器的电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，得根据欧姆定律得整理得由数学知识知，U越大，C越大，但两者不成正比，也不成反比。故D正确。故选D。【变式3-3】氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测，它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化．在如图甲所示的电路中，不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻，这样，电压表的指针位置就与一氧化碳浓度有了对应关系，观察电压表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标．有一种氧化锡传感器，其技术资料中给出的是电导（即电阻的倒数）—CO浓度曲线，如图乙所示．在下列表示一氧化碳浓度c与电压表示数U0之间关系的图象中正确的是（）A．B．C． D．【答案】D【解析】由资料中给出的是电导（即电阻的倒数）—CO浓度曲线可知电导与CO浓度成正比，CO浓度越大，传感器电阻越小，电路中电流越大，电压表示数越大，但是电压表示数与CO浓度不是成正比关系。【题型4声传感器】【例4】唱卡拉OK用的话筒，内有传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号，下列说法正确的是（）A．该传感器是根据电流的磁效应工作的B．该传感器是根据电磁感应原理工作的C．该传感器的敏感元件是线圈D．该传感器的转换元件是永磁体答案：B【变式4-1】一种新型保险柜安装有声纹锁，只有主人说出事先设定的暗语才能打开，别人即使说出暗语也打不开锁。这种声纹锁辨别主人声音的依据是（）A．音调 B．音色 C．响度 D．声速【答案】B【解析】因为每个人的发声音色不同，而声纹锁是依据音色来进行判断的，只能按照设定的音色打开，所以主人说出事先设定的暗语就能打开，故B正确，ACD错误。故选B。【变式4-2】如图所示，是电容式话筒的示意图，它是利用电容制成的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极．在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，从而使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的()A．距离变化 B．正对面积变化C．电介质变化 D．电压变化解析：选A振动膜前后振动，使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化，从而将声音信号转化为电信号，故A正确．【变式4-3】如图所示的电路可将声音信号转换为电信号，该电路中右侧固定不动的金属板b与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜a构成一个电容器，a、b通过导线与恒定电源两极相接。若振动膜a周期性振动，则（）A．a振动过程中，a、b板间的电场强度不变B．a振动过程中，a、b板所带电荷量不变C．a振动过程中，灵敏电流计中始终有方向不变的电流D．a向右的位移最大时，a、b板所构成的电容器的电容最大答案：D解析：由于平行板电容器两极板与电池两极相连接，两极板间的电压U保持不变，根据场强E=可知电场强度随着d变化而变化；a向右的位移最大时，两板间的距离d最小，由C=可知电容最大，故A错误，D正确；由Q=CU可知，a、b板所带电荷量随着C的变化而变化，B错误；由于Q变化，使电容器出现充电、放电现象，电流计中电流方向不断变化，C错误；故选D。【题型5各种传感器的区分】【例5】有些洗衣机设有多段式水位自动感应装置,该装置采用的传感器是()A.温度传感器 B.压力传感器C.生物传感器 D.红外线传感器答案:B解析:水位不同,洗衣机桶壁所受压力不同,所以应该采用压力传感器,选项B正确。【变式5-1】如图,有一种火灾报警器是应用烟雾对光的散射来工作的。该报警器利用的传感器是()A.力传感器B.声传感器C.位移传感器D.光传感器答案:D解析:当有火灾时,会有烟产生,烟进入火灾报警器时,由于光的散射,从而触发开关报警,选项D正确。【变式5-2】有一种在光照或温度升高时都能启动排气扇的自动控制装置,下列说法正确的是()A.两个传感器都是光电传感器B.两个传感器分别是光电传感器和温度传感器C.两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器D.只有光照和温度都适合时排气扇才能工作答案:B解析:题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动启动,由此可见两个传感器一个是光电传感器,一个是温度传感器,而且排气扇自动启动只需光照和温度其中一个满足条件即可,A、C、D错误,B正确。【变式5-3】传感器的功能与人的视觉、听觉、触觉、嗅觉等功能相似。不只在科研领域，在人们的日常生活中，也会用到传感器以实现某种功能。关于图中应用传感器的实际情景，下列说法错误的是（）A．甲图传感器用来测量位移的微小变化，是位移传感器B．乙图光电计数器用到了光敏电阻这个传感元件，是光传感器C．丙图利用霍尔元件可以测量微小位移，是位移传感器D．传感器感受力、温度、光、声等信号，把电学信号转换成非电学信号【答案】D【解析】甲图中，当被测物体在左、右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动。如果测出了电容的变化，就能知道物体位置的变化，所以甲图传感器是位移传感器，故A正确；乙图中，A是发光仪器，B时接收光信号的仪器，B中的主要元件是由光敏电阻组成的光电传感器。当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值较小，供给信号处理系统的电压变低；当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时，光敏电阻的阻值变大，供给信号处理系统的电压变高。这种高低交替变化的信号经过处理，就会转化为相应的数字，实现自动计数的功能，故B正确；丙图中，在两块磁感应强度相同、同极相对的放置的磁体缝隙中放入霍尔元件，当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度B为0，霍尔电压为0，可将该点作为位移的零点。当霍尔元件沿着z轴正、负方向移动时，则有霍尔电压输出，且电压大小与位移大小成正比，从而能够实现微小位移的测量，故C正确；传感器感受力、温度、光、声等信号，把非电学信号转换成电学信号，故D错误。本题选错误的，故选D。【题型6涉及弹簧的传感器】【例6】角速度计可测得航天器自转的角速度ω,其结构如图所示。当系统绕OO'轴转动时,元件A在光滑杆上发生滑动,并输出电信号成为航天器的制导信号源。已知A质量为m,弹簧的劲度系数为k,原长为l0,电源电动势为E,内阻不计,滑动变阻器总长为l,电阻分布均匀,系统静止时滑动变阻器滑片P在中点,与固定接头Q正对。当系统以角速度ω转动时,求:(1)弹簧形变量x与ω的关系式;(2)电压表的示数U与角速度ω的函数关系。答案:(1)x=mω2l0解析:当系统绕OO'轴转动时,A在光滑杆上发生滑动,使弹簧发生形变,滑片P也随之移动。(1)由牛顿第二定律有kx=mω2R,R=l0+x即kx=mω2(l0+x),x=mω(2)电压表的示数U=xlE=m【变式6-1】下图为大型电子地磅电路图,电源电动势为E,内阻不计。不称物体时,滑片P在A端,滑动变阻器接入电路的有效电阻最大,电流较小;称物体时,在压力作用下滑片P下滑,使滑动变阻器的有效电阻变小,电流变大。这样把电流对应的重力值刻在刻度盘上,就可以读出被称物体的重力值。若滑动变阻器上A、B间距离为l,最大阻值等于定值电阻的阻值R0,已知两弹簧的总弹力与形变量成正比,比例系数为k,则所称重物的重力G与电流I的关系为()A.G=2-EIR0klC.G=EIR0+1kl答案:A解析:物体在地磅上,所以G=kΔx;在回路中,因为l-ΔxRx=lR0,所以Rx=R0l·l-Gk;【变式6-2】（多选）在一些学校教室为了保证照明条件，采用智能照明系统，在自然光不足时接通电源启动日光灯，而在自然光充足时，自动关闭日光灯，其原理图如图所示。R为一光敏电阻，L为一带铁芯的螺线管，在螺线管上方有一用细弹簧系着的轻质衔铁，一端用铰链固定在墙上可以自由转动，另一端用一绝缘棒链接两动触头。有关这套智能照明系统工作原理描述正确的是（）A．光照越强，光敏电阻阻值越大，衔铁被吸引下来B．在光线不足时，光敏电阻阻值变大，电流小，衔铁被弹簧拉上去，日光灯接通C．上面两接线柱应该和日光灯电路连接D．下面两接线柱应该和日光灯电路连接答案：BC【变式6-3】某加速度计工作原理如图所示，滑块可以在光滑的框架中平移，滑块两侧用两劲度系数相同的轻弹簧与框架连接，R为滑动变阻器，其滑动片与滑块固定连接；两个电池的电动势均恒为E，内阻不计。按图连接电路后，电压表指针的零点位于表盘中央，此时两弹簧均为原长，滑动片恰好在变阻器的中间位置。已知滑动片与滑动变阻器任一端之间的电阻值都与其到这端的距离成正比，当a端的电势高于b端时电压表的指针向零点右侧偏转。若将电压表的表盘换成直接表示加速度大小及方向的刻度盘，并将此加速度计按图示方式固定在一辆运动的汽车上，汽车沿弹簧方向向前行驶，发现指针向零点左侧偏转。下列说法正确的是（）A．加速度表盘的刻度非均匀分布，指针向零点左侧偏转说明汽车在加速B．加速度表盘的刻度非均匀分布，指针向零点左侧偏转说明汽车在减速C．加速度表盘的刻度均匀分布，指针向零点左侧偏转说明汽车在加速D．加速度表盘的刻度均匀分布，指针向零点左侧偏转说明汽车在减速【答案】C【解析】当a端的电势高于b端时，说明滑动片由中间位置向右移动了，此时电压表的指针向零点右侧偏转。若发现指针向零点左侧偏转，则说明滑动片由中间位置向左移动了距离L，此时滑块向左移动了L，左侧弹簧压缩L，右侧弹簧拉伸L，滑块受到的合力向右，由牛顿第二定律有解得加速度方向向右，说明汽车在加速。又由题知电压表的示数是滑动片从中间向两侧移动的距离的电阻的电压，由欧姆定律知，滑动片向左移动L长度的电阻的电压为故有所以加速度表盘的刻度均匀分布，故ABD错误，C正确。【题型7温度传感器】【例7】传感器在日常生活中的应用越来越广泛,温度传感器(实质是自动开关)是其中的一种。某一食品消毒柜就是利用温度传感器来自动控制电路的。常温下,该温度传感器是闭合的;当温度达到某一设定值时,传感器自动断开,从而切断整个电路。下列关于该消毒柜的几种电路图中(图中S为电源开关)连接正确的是()答案:A解析:题图A中温度传感器和消毒柜串联,电源开关闭合后,传感器闭合时,消毒柜工作,传感器断开时,消毒柜停止工作,符合题意,故选项A正确。题图B、C、D中温度传感器和消毒柜并联,消毒柜的工作情况与传感器闭合、断开无关,不符合题意,故选项B、C、D错误。【变式7-1】温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化而变化的特性工作的．在图甲中，电源的电动势E＝9.0V，电源内电阻可忽略不计；G为小量程的电流表，电流表内阻RG保持不变；R为热敏电阻，其电阻值随温度的变化关系如图乙的R－t图线所示．闭合开关S.(1)当R的温度等于40℃时，电流表示数I1＝2.25mA，求电流表内阻RG；(2)当电流表的示数I2＝4.5mA时，求热敏电阻R的温度．答案(1)500Ω(2)140℃解析(1)由R－t图像得，当t＝40℃时，R1＝3500Ω，再由I1＝eq\f(E,R1＋RG)，得RG＝500Ω(2)I2＝eq\f(E,R2＋RG)，代入数据得：R2＝1500Ω由R－t图像可知，此时的温度是140℃.【变式7-2】（多选）如图所示，在电路中接一段钨丝，闭合开关，灯泡正常发光，当用打火机给钨丝加热时灯泡亮度明显变暗，根据钨丝的上述特性，可用钨丝来制作一个温度传感器。下面说法中正确的是（）A．该传感器利用了钨丝的化学性质B．该传感器利用了钨丝电阻随温度变化而变化的特性C．该传感器能够把热学量（温度）转换为电学量（电阻）D．该传感器能够把电学量（电阻）转换为热学量（温度）【答案】BC【解析】由题目中的现象可知钨丝的电阻随温度的升高而增大，随温度的降低而减小，利用该特性可以制成温度传感器，该传感器能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量【变式7-3】（多选）如图为某一型号电熨斗工作示意图，其中温度敏感元件是双金属片，在温度上升时上层金属的膨胀大于下层金属，可造成双金属片的形变。现需要用该电熨斗对衣物加热至温度为120℃，关于该装置工作原理，下列说法正确的是（）A．常温下，该装置触点是接触状态B．常温下，该装置触点是分离状态C．若被加热衣物温度无法达到120℃，则需要将调温旋钮向下旋转D．若被加热衣物温度无法达到120℃，则需要将调温旋钮向上旋转【答案】AC【解析】常温下，电熨斗的上下触点接触，电热丝工作，故A正确，B错误；温度过高时，上层金属的膨胀大于下层金属，可造成双金属片的形变，双金属片左侧向下弯曲，触点分离、电路断开，所以为了达到到120℃，则需要将调温旋钮向下旋