《第五章 传 感 器》试卷及答案-高中物理选择性必修第二册-教科版-2024-2025学年

《第五章传感器》试卷(答案在后面)一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、下列关于传感器的说法错误的是：A.传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息。B.传感器可以将检测感受到的信息按一定规律转换成电信号或其他所需形式的信息输出。C.所有传感器都必须直接与被测对象接触才能工作。D.传感器在工业自动化设备中应用广泛。2、关于光电传感器的工作原理，下列哪个说法正确？A.光电传感器只能用于检测光的强度变化。B.光电传感器通过光电效应将光信号转换为电信号。C.光电传感器不能用于非接触式测量。D.光电传感器的工作不受环境光线的影响。3、下列关于传感器的基本原理和应用的说法中，正确的是（）A、温度传感器是通过将温度变化转化为电信号来测量温度的B、压力传感器是通过将压力变化转化为光信号来测量压力的C、速度传感器是通过将速度变化转化为磁信号来测量速度的D、湿度传感器是通过将湿度变化转化为声信号来测量湿度的4、下列关于传感器信号处理的说法中，正确的是（）A、信号放大是传感器信号处理中最重要的步骤，因为它可以提高信号的精度B、滤波是传感器信号处理中最重要的步骤，因为它可以去除噪声并提高信号的稳定性C、模数转换是传感器信号处理中最重要的步骤，因为它可以将模拟信号转换为数字信号，便于计算机处理D、以上都是5、一个传感器主要用于检测温度。下列选项中，该传感器输出信号最可能属于哪种类型？A、数字信号B、模拟信号解析：温度传感器通常输出连续变化的电压或电流值，对应的是模拟信号。因此答案是B。6、关于传感器在实际应用中的描述，下列说法正确的是哪一项？A、所有传感器都具有放大功能B、所有传感器的输出信号都是数字信号C、应变片可以用来测量各种力和压力D、光纤传感器只能用于温度检测解析：传感器的功能多样，并非所有都具有放大功能，也并非所有输出都是数字信号。应变片确实可以用来测量力和压力。而光纤传感器不仅可以用于温度检测，还广泛应用于光强、位移、加速度等多种参数的测量。因此，选项C正确。7、以下关于传传感器的说法中，正确的是：A、传传感器是一种将各种物理信号转换为电信号的装置。B、传感器的输出信号总是稳定的，波动很小。C、传感器在实际应用中的灵敏度会随着工作时间逐渐降低。D、传传感器的转换效率越高，表示其浪费的能量越小。二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、关于光电效应的描述，下列哪些说法是正确的？A.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。B.只要入射光的强度足够强，任何金属都能发生光电效应。C.光电效应中，光电子的发射几乎是瞬时的。D.存在一个最小频率的阈值，低于此频率的光不能使金属产生光电效应。2、在温度传感器的应用中，以下哪些描述是准确的？A.热电阻温度计利用了金属电阻随温度变化的特性。B.热电偶可以用于测量高温环境下的温度。C.半导体热敏电阻的阻值随着温度的升高而增加。D.数字温度计通常使用集成温度传感器来实现温度的数字化显示。3、以下关于传感器的说法正确的是（）A、传感器是将非电学量转换为电学量的装置B、传感器的灵敏度越高，其输出信号越稳定C、传感器的线性度越好，其转换精度越高D、传感器的响应速度越快，其输出信号越能及时反映被测量的变化三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题题目：传感器在日常生活中有着广泛的应用，请以某一具体传感器为例，分析它的工作原理、主要应用领域以及传感器在实际应用中的优点。第二题一、选择题1分共5分。1.下列关于传感器应用的说法中，正确的是（）A.传感器只能将非电学量转换为电学量B.所有传感器都能将输入信号放大后输出C.传感器可以将磁场信号转换为电信号D.传感器是构成各种自动控制系统的核心部件2.一个电压型霍尔传感器，当磁感应强度增加时，其输出电压（）A.增大B.减小C.不变D.无法确定3.在测量温度时，通常选取温敏系数较大的热敏电阻作为传感器的主要元件，这样做的目的是（）A.提高传感器的测量精度B.使传感器在低温下工作C.在高温下工作时保持灵敏度高D.提高传感器的抗干扰能力4.下列属于光纤传感器优点的是（）A.抗干扰能力强B.成本低C.测量范围广D.都是5.传感器在工业生产中的应用非常广泛，以下哪种传感器不属于精密传感器（）A.压力传感器B.声光传感器C.热敏电阻传感器D.光纤传感器二、解答题25分。第二题（12分）某工厂在生产机械手时，需要检测机械手的位移量，设计了一种位移传感器。已知传感器由霍尔元件和对应的线性电路组成，线性电路输出电压与霍尔元件产生的霍尔电压成正比。当通过霍尔元件的磁场强度为0.05T时，通过线性电路输出电压为5mV。若机械手位移导致通过霍尔元件的磁场强度变化为0.1T，求：（1）通过线性电路输出电压的相对变化率是多少？（2）当机械手的位移为2mm时，通过线性电路输出的电压是多少？第三题题目描述：传感器在现代科技中应用广泛，特别是在自动化控制和信息采集系统中扮演着重要角色。请根据所学知识回答下列问题：（1）简述光电传感器的工作原理，并举例说明其在日常生活中的一个应用场景。（6分）（2）设计一个简单的温度控制系统，该系统能够自动调节室内温度保持在一个设定值。请详细描述你的设计方案，包括使用的传感器类型、控制器类型以及执行器的选择，并简要说明工作流程。（9分）（3）讨论传感器在汽车安全系统中的作用，至少提供两个例子，并简述它们如何提高行车安全性。（5分）第四题一、计算题已知一个电阻器，当通过它的电流为2A时，其两端的电压为4V。现在将这个电阻器接入一个电路中，电路的总电压为12V。求：（1）当电路中的电流为3A时，电阻器两端的电压是多少？（2）若电路中的电流为5A时，电阻器两端的电压是多少？（3）求该电阻器的电阻值。第五题题目：请阐述一种常见的传感器的工作原理及其应用，并分析传感器在实际应用中的优缺点。要求：1.阐述至少一种传感器的工作原理。2.列举该传感器在实际生活中的至少两个应用场景。3.分析该传感器的优点和缺点。《第五章传感器》试卷及答案一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、下列关于传感器的说法错误的是：A.传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息。B.传感器可以将检测感受到的信息按一定规律转换成电信号或其他所需形式的信息输出。C.所有传感器都必须直接与被测对象接触才能工作。D.传感器在工业自动化设备中应用广泛。答案：C解析：选项A、B、D描述了传感器的基本功能和应用场景，而C选项中的说法并不准确。许多传感器并不需要直接接触被测对象就能完成检测任务，比如红外温度传感器、光电传感器等。因此，C选项是错误的。2、关于光电传感器的工作原理，下列哪个说法正确？A.光电传感器只能用于检测光的强度变化。B.光电传感器通过光电效应将光信号转换为电信号。C.光电传感器不能用于非接触式测量。D.光电传感器的工作不受环境光线的影响。答案：B解析：光电传感器是基于光电效应工作的，它可以将接收到的光信号转换成电信号，从而实现对光强度、颜色等信息的检测。光电传感器不仅可以用于检测光强的变化，也可以用于非接触式测量，如物体的位置、速度等，并且其工作性能会受到环境光线的影响。因此，正确的选项是B。3、下列关于传感器的基本原理和应用的说法中，正确的是（）A、温度传感器是通过将温度变化转化为电信号来测量温度的B、压力传感器是通过将压力变化转化为光信号来测量压力的C、速度传感器是通过将速度变化转化为磁信号来测量速度的D、湿度传感器是通过将湿度变化转化为声信号来测量湿度的答案：A解析：温度传感器的基本原理是通过温度变化引起传感器内部元件的电阻、电容或电感等物理参数的变化，从而将温度变化转化为电信号。其他选项中的传感器类型和应用描述不准确。压力传感器通常是转化为电信号，速度传感器通常是通过感应磁场变化来测量，湿度传感器则通常是通过感应电容变化来测量。4、下列关于传感器信号处理的说法中，正确的是（）A、信号放大是传感器信号处理中最重要的步骤，因为它可以提高信号的精度B、滤波是传感器信号处理中最重要的步骤，因为它可以去除噪声并提高信号的稳定性C、模数转换是传感器信号处理中最重要的步骤，因为它可以将模拟信号转换为数字信号，便于计算机处理D、以上都是答案：D解析：在传感器信号处理过程中，信号放大、滤波和模数转换都是非常重要的步骤。信号放大可以提高信号的幅度，使后续处理更加有效；滤波可以去除噪声，提高信号的稳定性；模数转换则将模拟信号转换为数字信号，便于计算机进行处理和分析。因此，选项D“以上都是”是正确的。5、一个传感器主要用于检测温度。下列选项中，该传感器输出信号最可能属于哪种类型？A、数字信号B、模拟信号解析：温度传感器通常输出连续变化的电压或电流值，对应的是模拟信号。因此答案是B。答案：B6、关于传感器在实际应用中的描述，下列说法正确的是哪一项？A、所有传感器都具有放大功能B、所有传感器的输出信号都是数字信号C、应变片可以用来测量各种力和压力D、光纤传感器只能用于温度检测解析：传感器的功能多样，并非所有都具有放大功能，也并非所有输出都是数字信号。应变片确实可以用来测量力和压力。而光纤传感器不仅可以用于温度检测，还广泛应用于光强、位移、加速度等多种参数的测量。因此，选项C正确。答案：C7、以下关于传传感器的说法中，正确的是：A、传传感器是一种将各种物理信号转换为电信号的装置。B、传感器的输出信号总是稳定的，波动很小。C、传感器在实际应用中的灵敏度会随着工作时间逐渐降低。D、传传感器的转换效率越高，表示其浪费的能量越小。答案：A解析：传输传感器的确是一种将各种物理信号转换为电信号的装置，这是它的基本功能。选项B错误，因为传感器的输出信号往往会受到环境或其他因素的影响，出现波动。选项C是错误的，虽然传感器的灵敏度可能会因为长期工作或环境因素而降低，但这并不是其固有的特性。选项D是关于效率的表述，与是否正确无关，因此也错误。二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、关于光电效应的描述，下列哪些说法是正确的？A.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比。B.只要入射光的强度足够强，任何金属都能发生光电效应。C.光电效应中，光电子的发射几乎是瞬时的。D.存在一个最小频率的阈值，低于此频率的光不能使金属产生光电效应。答案：A、C、D解析：选项A正确，根据爱因斯坦的光电效应理论，光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν之间的关系为Ek=选项B错误，光电效应的发生不仅取决于光的强度，还取决于光的频率是否超过特定金属的阈值频率。即使光的强度很大，如果频率低于阈值频率，也不会发生光电效应。选项C正确，实验观察表明，一旦有足够能量的光子照射到金属上，光电子几乎立即被释放出来，这个过程非常迅速。选项D正确，每个金属都有一个特定的最低频率，称为阈值频率，只有当入射光的频率高于这个值时，才能发生光电效应。2、在温度传感器的应用中，以下哪些描述是准确的？A.热电阻温度计利用了金属电阻随温度变化的特性。B.热电偶可以用于测量高温环境下的温度。C.半导体热敏电阻的阻值随着温度的升高而增加。D.数字温度计通常使用集成温度传感器来实现温度的数字化显示。答案：A、B、D解析：选项A正确，热电阻温度计（如铂电阻）确实基于金属电阻随温度变化这一原理工作，这种变化可以通过测量电阻的变化来确定温度的变化。选项B正确，热电偶是一种常见的温度测量设备，它通过两种不同材料的接触点产生的电压差来测量温度，适用于较宽的温度范围，包括高温环境。选项C错误，对于大多数半导体材料而言，其电阻率会随着温度的升高而降低，这意味着它们的阻值实际上会减少，而不是增加。选项D正确，现代数字温度计经常采用集成温度传感器，这些传感器能够将温度信号转换为电信号，并进一步处理成数字形式，以便于显示和数据处理。3、以下关于传感器的说法正确的是（）A、传感器是将非电学量转换为电学量的装置B、传感器的灵敏度越高，其输出信号越稳定C、传感器的线性度越好，其转换精度越高D、传感器的响应速度越快，其输出信号越能及时反映被测量的变化答案：A、C、D解析：A、正确。传感器的基本功能就是将各种非电学量（如温度、压力、光强等）转换为电学量，以便于检测、控制和处理。B、错误。传感器的灵敏度越高，表示它能检测到较小的输入变化，但不代表其输出信号稳定，稳定性与传感器的其他特性（如漂移、噪声等）有关。C、正确。传感器的线性度越好，意味着其输出信号与输入信号之间呈线性关系，这样可以提高转换的精度。D、正确。传感器的响应速度越快，表示它能迅速响应被测量的变化，这对于需要快速反应的控制系统非常重要。三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题题目：传感器在日常生活中有着广泛的应用，请以某一具体传感器为例，分析它的工作原理、主要应用领域以及传感器在实际应用中的优点。答案：本题要求选取一个传感器，具体解释其工作原理、应用领域，以及列出其优点。下面以温度传感器为例进行解答。1.工作原理：热电偶传感器：属于热电效应类传感器，由两种不同金属组成闭合回路，当两种金属一端受热时，电路会产生电动势，这种电压与温度差成正比关系。通过测量这种电动势，可以经过一定的转换计算出温度。热敏电阻传感器：内置半导体材料，温度的变化会引起其电阻值发生可测量的变化，这种变化通过外接电路转换成相应的电压或电流信号，从而实现温度的检测。2.主要应用领域：工业生产：用于生产线设备的温度监控，如注塑机、烤箱等。医疗设备：如体温计、加热垫、体温条等。家庭电器：如空调、冰箱、电饭煲等。汽车电子：汽车的冷却液温度、机油温度等。3.优点：测量精度高：现代温度传感器的精度可以达到0.1°C甚至更高。响应速度较快：一些专用温度传感器能够在几秒钟内完成温度的测量和反馈。稳定性好：在一定温度范围内，光电相关性能和使用寿命都有良好的表现。便于远程监控：通过简单的外部电路可以将温度信号传输至远程监控系统，实现灵活的温度监测和控制。成本低廉：简化了设计，降低了整体成本，适合大批量生产使用。解析：本题主要考察学生对于特定类型的传感器（以温度传感器为例）的工作原理、应用领域和优缺点的理解和归纳能力。解答时需详细描述传感器的基本工作原理，明确指出其主要应用场景，通常会涉及到日常生活中的各种领域。同时，学生还需要列举出传感器的优点，这不仅能够展现出对传感器基本特性的了解，而且还能体现出技术应用的价值和意义。第二题一、选择题1分共5分。1.下列关于传感器应用的说法中，正确的是（）A.传感器只能将非电学量转换为电学量B.所有传感器都能将输入信号放大后输出C.传感器可以将磁场信号转换为电信号D.传感器是构成各种自动控制系统的核心部件2.一个电压型霍尔传感器，当磁感应强度增加时，其输出电压（）A.增大B.减小C.不变D.无法确定3.在测量温度时，通常选取温敏系数较大的热敏电阻作为传感器的主要元件，这样做的目的是（）A.提高传感器的测量精度B.使传感器在低温下工作C.在高温下工作时保持灵敏度高D.提高传感器的抗干扰能力4.下列属于光纤传感器优点的是（）A.抗干扰能力强B.成本低C.测量范围广D.都是5.传感器在工业生产中的应用非常广泛，以下哪种传感器不属于精密传感器（）A.压力传感器B.声光传感器C.热敏电阻传感器D.光纤传感器二、解答题25分。第二题（12分）某工厂在生产机械手时，需要检测机械手的位移量，设计了一种位移传感器。已知传感器由霍尔元件和对应的线性电路组成，线性电路输出电压与霍尔元件产生的霍尔电压成正比。当通过霍尔元件的磁场强度为0.05T时，通过线性电路输出电压为5mV。若机械手位移导致通过霍尔元件的磁场强度变化为0.1T，求：（1）通过线性电路输出电压的相对变化率是多少？（2）当机械手的位移为2mm时，通过线性电路输出的电压是多少？答案与解析：（1）通过线性电路输出电压的相对变化率为：Δ（2）机械手位移导致磁场强度变化为0.1T，对应的输出电压变化量为：Δ其中，k为磁场强度单位T和电压单位V的转换系数。因为原始输出电压为5mV，变化量为50mV，所以总输出电压为：V当机械手位移为2mm时，通过传感器线性电路输出的电压为55mV。第三题题目描述：传感器在现代科技中应用广泛，特别是在自动化控制和信息采集系统中扮演着重要角色。请根据所学知识回答下列问题：（1）简述光电传感器的工作原理，并举例说明其在日常生活中的一个应用场景。（6分）（2）设计一个简单的温度控制系统，该系统能够自动调节室内温度保持在一个设定值。请详细描述你的设计方案，包括使用的传感器类型、控制器类型以及执行器的选择，并简要说明工作流程。（9分）（3）讨论传感器在汽车安全系统中的作用，至少提供两个例子，并简述它们如何提高行车安全性。（5分）答案与解析：（1）答案：光电传感器的工作原理基于光的发射与接收。当光从光源发出后，如果遇到物体阻挡，则光线会发生变化，这些变化（如强度减弱或完全消失）会被光敏元件捕捉到，进而转换成电信号输出。这种信号的变化可以用来检测物体的存在与否、位置、颜色等特性。解析：光电传感器广泛应用于各种场合，比如自动门感应器就是利用了光电传感器来检测人的到来从而开启门。当有人接近自动门前时，人体会挡住传感器发射的红外线或其他形式的光线，导致光线强度发生变化，传感器据此产生信号，驱动电机转动开门。（2）答案：设计一个简单的温度控制系统，可以采用以下方案：传感器类型：使用热电偶或热电阻作为温度传感器，因为这两种类型的传感器对温度变化非常敏感，适合用于精确测量环境温度。控制器类型：可以选择PID控制器，因为它能够通过比例、积分、微分三个环节有效地调整系统输出，实现快速而稳定的温度控制。执行器选择：对于加热功能，可以选用电加热器；对于降温功能，则可以使用空调或风扇等设备。工作流程：首先，温度传感器持续监测室内的实际温度，并将数据发送给控制器。如果室内温度低于设定值，控制器会启动加热器增加热量；反之，如果温度过高，控制器则会启动空调或风扇降低温度。整个过程通过PID算法自动调节，确保室内温度始终保持在理想的范围内。解析：本题考查学生对于温度控制系统的理解能力，包括对传感器、控制器及执行器的选择和工作流程的设计。学生需要综合运用所学知识，提出合理的解决方案。（3）答案：传感器在汽车安全系统中发挥着重要作用，具体表现在以下几个方面：倒车雷达/倒车影像系统：利用超声波传感器或摄像头检测车辆后方障碍物的距离，及时提醒驾驶员注意安全距离，避免碰撞。防抱死制动系统(ABS)：通过轮速传感器实时监控各车轮转速，在紧急刹车时防止车轮锁死，保持车辆方向稳定性，减少事故发生的可能性。解析：此部分旨在考察学生对传感器在汽车安全领域应用的理解。倒车雷达和ABS都是典型的例子，它们通过不同的传感器技术提高了驾驶的安全性和可靠性。学生应当能够准确指出这些系统的具体功能及其对行车安全的影响。第四题一、计算题已知一个电阻器，当通过它的电流为2A时，其两端的电压为4V。现在将这个电阻器接入一个电路中，电路的总电压为12V。求：（1）当电路中的电流为3A时，电阻器两端的电压是多少？（2）若电路中的电流为5A时，电阻器两端的电压是多少？（3）求该电阻器的电阻值。答案：（1）当电路中的电流为3A时，电阻器两端的电压为6V。解析：根据欧姆定律，电阻器两端的电压与电流成正比。设电阻器两端的电压为U，电流为I，电阻值为R，则有U=IR。根据题意，当I=2A时，U=4V，可得R=U/I=4V/2A=2Ω。当I=3A时，根据比例关系，U=IR=3A×2Ω=6V。（2）若电路中的电流为5A时，电阻器两端的电压为10V。解析：同（1）中的解析，当I=5A时，根据比例关系，U=IR=5A×2Ω=10V。（