人教版高中物理專項復(fù)習(xí)：傳感器（解析版）

傳感器原卷版

目錄

一、傳感器.............................................................................................1

【傳感器知識點梳理】

一、傳感器

1.傳感器是指這樣一類器件或裝置：它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等被測量，并能把它們按照一

定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的可用信號輸出。通常轉(zhuǎn)換成可用信號是電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通

斷。把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，可以很方便地進行測量、傳輸、處理和控制

二、傳感器的種類

1.物理傳感器：力傳感器、磁傳感器、聲傳感器（利用物質(zhì)的物理特性或物理效應(yīng)）

2.化學(xué)傳感器：離子傳感器、氣體傳感器（利用電化學(xué)反應(yīng)原理，把無機或有機化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等轉(zhuǎn)換為

電信號）

3.生物傳感器：酶傳感器、微生物傳感器、細胞傳感器（利用生物活性物質(zhì)的選擇性來識別和測定生物化學(xué)性質(zhì)）

三、傳感器的組成

1.組成：基本部分一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件組成

（1）敏感元件（檢測）：是指能直接感受或響應(yīng)外界被測非電學(xué)量的部分

（2）轉(zhuǎn)換元件（轉(zhuǎn)換）：是指能將敏感元件輸出的信號直接轉(zhuǎn)換成電信號的部分

四、光敏電阻

1.光敏電阻是光電傳感器中常見的光敏元件

2.光敏電阻在被光照射時電阻發(fā)生變化，原因是：硫化鎘是一種半導(dǎo)體材料，無光照時，載流子極少，導(dǎo)電性能

差；隨著光照的增強，載流子增多，導(dǎo)電性變好。

五、金屬熱電阻和熱敏電阻

1.金屬熱電阻和熱敏電阻就是傳感器中常見的感知溫度的敏感元件

2.熱電阻：用金屬絲可以制作溫度傳感器

3.熱敏電阻：用半導(dǎo)體材料制作熱敏電阻

六、電阻應(yīng)變片

1.電阻應(yīng)變片：是一種使用非常廣泛的力敏元件

2.金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)：金屬導(dǎo)體在外力作用下發(fā)生機械形變（伸長或縮短）時，其電阻隨著它所受機械形變的

變化而發(fā)生變化的現(xiàn)象。

3.原理：工作原理基于半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)（當(dāng)單晶體導(dǎo)體材料沿某一軸向受到外力作用時，其電阻率發(fā)生變

化的現(xiàn)象稱為壓阻效應(yīng)）

【傳感器舉一反三練習(xí)】

1.如圖所示為某個恒溫箱控溫電路的一部分。其中水銀溫度計內(nèi)的水銀為導(dǎo)電材料，下面金屬絲3與水銀接觸，

上方金屬絲/則可以根據(jù)需要上下調(diào)整?？刂撇糠值暮诵膭t是一個電磁繼電器，其在通電后會吸引金屬片從而使得

加熱電路（圖中未畫出）導(dǎo)通或斷開。為了實現(xiàn)控溫效果，加熱電路應(yīng)接在一端；為提升恒溫箱的溫度，應(yīng)將金屬

絲（）

A.AB；上升B.AB；下降C.CD；上升D.CD；下降

【答案】A【詳解】通電后當(dāng)恒溫箱內(nèi)的溫度未達到導(dǎo)電溫度計金屬絲所指示的溫度時，此時電磁繼電器無磁性，

銜鐵與相連，電熱絲被連接在電路中，使恒溫箱內(nèi)溫度升高。為提高恒溫箱溫度，即加熱絲加熱使水銀溫度計

內(nèi)水銀上升高度變高后才斷開，因此應(yīng)將金屬絲上升。故選A。

2.如圖所示，厚度為訪、寬為d的金屬導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強度為3的勻強磁場中，當(dāng)電流通過金屬導(dǎo)體

板時，在金屬導(dǎo)體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A’之間會產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。實驗表明，電勢差U、電

流/和8的關(guān)系為。式中的比例系數(shù)上稱為霍爾系數(shù)。下列說法正確的是（）

A.達到穩(wěn)定的狀態(tài)時，金屬導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢一定高于下側(cè)面A’的電勢

B.達到穩(wěn)定的狀態(tài)時，金屬導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢一定低于下側(cè)面A’的電勢

C.增大導(dǎo)體的厚度〃時，04'之間的電勢差。將變大

D.增大磁感應(yīng)強度3時，44,之間的電勢差。將變小

【答案】B【詳解】AB.金屬導(dǎo)體板上的電流是帶負電的電子定向移動形成的，當(dāng)電流如圖所示時，根據(jù)左手定則,

電子受到的洛倫茲力方向向上，所以上極板聚集負電荷，則達到穩(wěn)定的狀態(tài)時，金屬導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢一定低

于下側(cè)面A'的電勢。A錯誤，B正確；C.根據(jù)。="型可知，44,之間的電勢差。與導(dǎo)體的厚度無關(guān)。C錯誤；D.根

d

據(jù)。=%且可知，增大磁感應(yīng)強度3時，44,之間的電勢差。增大。D錯誤。故選B。

d

3.地磅工作原理圖如圖所示，地磅空載時變阻器滑片P位于/點，滿載時滑片P位于3點，彈簧始終處于彈性限

A.電壓表兩端電壓與被測汽車的質(zhì)量成反比

B.電池長時間使用后，稱量值會偏小

C.若稱量值偏小，可在凡上串聯(lián)一個電阻進行校正

D.若將一個電阻與電壓表串聯(lián)，可增大地磅量程

【答案】B【詳解】A.設(shè)變阻器的總電阻為R,總長度為L根據(jù)閉合電路歐姆定律得：E=ICR+R0+r）設(shè)/產(chǎn)

ER

之間的距離為x,由歐姆定律得U=IR=————-x汽車平衡時，由平衡條件得mg=2kx聯(lián)立解得

XR+R0+rL

U=—?J?等從公式可以看出：電壓表兩端電壓U與被測汽車的質(zhì)量機成正比，故A錯誤；B.電池長時

間使用后，內(nèi)阻會變大，導(dǎo)致電流減小，/P上的電壓減小，所以稱量值會偏小，故B正確。C.若稱量值偏小，可

以通過在心上并聯(lián)一個電阻，回路中總電阻變小，總電流增大，可變電阻上的電壓增大，使稱量值不變，故C錯

誤；D.若將一個電阻與電壓表串聯(lián)，/尸之間的最大電壓不受此電阻的影響，沒有辦法增大地磅量程，故D錯誤。

故選Bo

4.關(guān)于下列四幅圖中的儀器所涉及的物理學(xué)原理說法中正確的是（）

A.圖甲裝置霍爾元件左右移動時，能產(chǎn)生霍爾電壓的原理是電磁感應(yīng)

B.圖乙中物體向左移，則電容器的電容變小

C.圖丙，火災(zāi)報警器利用了煙霧顆粒對光的散射

D.圖丁，紅外線體溫計利用了物體溫度越高，輻射波長越長的特點

【答案】C【詳解】A.霍爾元件左右移動時，能產(chǎn)生霍爾電壓的原理是帶電粒子在磁場中受洛倫茲力發(fā)生偏轉(zhuǎn)，

故A錯誤；B.物體向左移，插入電容器的電介質(zhì)增加，電容器的電容變大，故B錯誤；C.火災(zāi)報警器利用了煙

霧顆粒對光的散射，故C正確；D.紅外線體溫計利用了物體溫度越高，輻射的紅外線越強的原理，故D錯誤。故

選C。

5.下列傳感器能夠?qū)⒘W(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量的是（）

A.|光敏電阻

NS

B.(干簧管

0——1|——

【答案】C【詳解】A.光敏電阻是將光強轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，故A錯誤；B.干簧管是將磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，故B

錯誤；C.電阻應(yīng)變片是在外力的作用下產(chǎn)生機械形變，其電阻發(fā)生相應(yīng)變化，從而將力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，故C

正確；D.霍爾元件是將磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，故D錯誤。故選C。

6.關(guān)于下列四種傳感器的說法中正確的是（）

A.酒精乞體傳感器主要由感應(yīng)器、壓力傳感器、電阻、電容等組成的

B.監(jiān)測水中懸浮顆粒污染程度的監(jiān)測器是利用熱敏電阻和壓力傳感器制造而成的

C.自動門上的傳感器，能探測到較遠距離的人體發(fā)出的微弱紅光

D.測量血壓的壓力傳感器是把壓力信號轉(zhuǎn)化為光信號的一種裝置

【答案】A【詳解】A.酒精氣體傳感器主要由感應(yīng)器、壓力傳感器、電阻、電容等組成的，故A正確；B.監(jiān)測水

中懸浮顆粒污染程度的監(jiān)測器是利用光敏電阻制造而成的，故B錯誤；C.自動門上的傳感器是一種紅外線傳感器,

能探測到較遠距離的人體發(fā)出的微弱紅外線，故C錯誤；D.測量血壓的壓力傳感器是把壓力信號轉(zhuǎn)化為電信號的

一種裝置，故D錯誤。故選A。

7.如圖，是一種電感式微小位移傳感器的原理圖。1是待測位移的物體，3是空心線圈，軟鐵芯2部分插在線圈3

中，并且可以隨著物體1在線圈中左右平移。要能夠準(zhǔn)確反映出物體1的左右位置變化，那么應(yīng)該在6間連接

的是（）

A.在0、6間串接干電池和靈敏電流計

B.在a、6間接靈敏電流計

C.在q、6間串接交流電源和靈敏電流計

D.在0、6間電壓表

【答案】C【詳解】根據(jù)題意可知，軟鐵芯2隨著物體1向左平移，可以使線圈3的自感系數(shù)增大，同理軟鐵芯2

隨著物體I向右平移，可以使線圈3的自感系數(shù)減小，這一變化通過轉(zhuǎn)換電路和檢測電路輸出電流，就得到了被測

物體位移的變化，則應(yīng)將線圈3與靈敏電流計串聯(lián)后與交流電源相連，線圈自感系數(shù)的變化將使它對交變電流的感

抗發(fā)生變化，從而引起電路中電流的變化，再由靈敏電流計顯現(xiàn)出來。故選C。

8.（多選）如圖所示，載流子為電子的霍爾元件樣品置于磁場中，表面與磁場方向垂直，圖中的1、2、3、4是霍

爾元件上的四個接線端。當(dāng)開關(guān)岳、邑閉合后，三個電表都有明顯示數(shù)，下列說法正確的是（）

A.通過霍爾元件的磁場方向向下

B.接線端2的電勢低于接線端4的電勢

C.同時將電源耳，鳥反向，電壓表的示數(shù)將相反

D.若適當(dāng)減小《、增大此，則電壓表示數(shù)一定增大

【答案】AB【詳解】A.由安培定則可判斷出左側(cè)線圈產(chǎn)生的磁場方向向上，經(jīng)鐵芯后在霍爾元件處的磁場方向向

下，故A正確；B.通過霍爾元件的磁場方向向下，由左手定則可知，霍爾元件中導(dǎo)電物質(zhì)受到的磁場力向右，

導(dǎo)電物質(zhì)偏向接線端2,導(dǎo)電物質(zhì)為電子，則接線端2的電勢低于接線端4的電勢，故B正確；C.僅將電源?、

民反向接入電路，磁場反向，電流反向，霍爾元件中導(dǎo)電物質(zhì)受到的磁場力不變，電壓表的示數(shù)不變，故C錯誤；

D.若適當(dāng)減小小，電流產(chǎn)生的磁場增強，通過霍爾元件的磁場增強；增大凡,流過霍爾元件的電流減弱；霍爾元

件產(chǎn)生電壓。=左岸可能減小，電壓表示數(shù)可能減小，故D錯誤。故選AB。

d

9.（多選）如圖所示是霍爾元件的工作原理示意圖，磁場垂直于霍爾元件的工作面向上，通入圖示方向的電流/,C、

D兩側(cè)面間會產(chǎn)生電勢差，下列說法中正確的是（）

A.電勢差的大小僅與磁感應(yīng)強度有關(guān)

B.若霍爾元件的載流子是自由電子，則電勢＜pc＞（PD

C.僅增大電流/時，電勢差變大

D.在測定地球赤道上方的地磁場強弱時，元件的工作面應(yīng)保持水平

【答案】BC【詳解】AC.根據(jù)CD間存在電勢差，之間就存在電場，電子在電場力和洛倫茲力作用下處于平衡，

TT

設(shè)霍爾元件的長寬高分別為。、b、c,有q丁=qvB又/=nqvS=nqvbc可得UCD=〃由材料決定，故U不僅與材料

有關(guān)還與厚度c成反比，同時還與磁場3與電流/有關(guān)，A錯誤、C正確。B.根據(jù)左手定則，電子向。側(cè)面偏轉(zhuǎn),

D表面帶負電，C表面帶正電，所以C表面的電勢高，則um＞o即有正確。D.在測定地球赤道上方的地

磁場強弱時，應(yīng)將元件的工作面保持豎直，讓磁場垂直通過，D錯誤。故選BC。

10.（多選）應(yīng)用物理原理制成的儀器設(shè)備可用于我們生活中的很多方面。圖甲是夜晚用紅外觸發(fā)相機拍攝到的野

外東北豹的照片，圖乙是雷達天線，圖丙為生產(chǎn)線上使用的自動計數(shù)器，圖丁為霍爾元件，下列說法中正確的是

（）

甲

A.紅外觸發(fā)相機是利用紅外線的熱效應(yīng)進行成像

B.雷達可用于測定物體位置，是利用長波波長較長、衍射現(xiàn)象明顯的特點

C.自動計數(shù)器中的光敏電阻可以將光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量

D.霍爾元件可以把電學(xué)量轉(zhuǎn)化為磁學(xué)量

【答案】AC【詳解】A.紅外線能使被照射的物體發(fā)熱，具有熱效應(yīng)，紅外觸發(fā)相機就是利用紅外線的熱效應(yīng)，故

A正確；B.雷達是利用測微波來測定物體位置的無線電設(shè)備，是利用微波波長較短、衍射現(xiàn)象不明顯的特點，故

B錯誤；C.光敏電阻隨著光照強弱不同，電阻不同，可以通過遮光情況對流水線上的產(chǎn)品計數(shù)，將光照強弱這個

光學(xué)量轉(zhuǎn)化為電阻這個電學(xué)量，故C正確；D.霍爾元件可以把磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，故D錯誤。故選AC。

11.（多選）電容式加速度傳感器在安全氣囊、手機移動設(shè)備等方面應(yīng)用廣泛，其工作原理簡化為如圖所示的示意

圖。質(zhì)量塊左側(cè)連接輕質(zhì)彈簧，右側(cè)連接電介質(zhì)。彈簧與電容器固定在外框上，質(zhì)量塊可帶動電介質(zhì)移動以改變電

容器的電容，則下列說法正確的是（）

A.電介質(zhì)插入極板間越深，電容器的電容越大

B.若傳感器以恒定加速度向左運動，則電路中有由。向6的電流

C.若傳感器以恒定加速度向右運動，則電路中有由。向6的電流

D.若傳感器運動時向右的加速度逐漸增大，則電路中有由a向b的電流

【答案】AD【詳解】A.電介質(zhì)插入極板間越深，根據(jù)電容的決定式C=B可知此時介電常數(shù)￡越大，故電容

器的電容越大，故A正確；BC.若傳感器以恒定加速度向左運動或者向右運動，可知此時彈簧長度保持不變，電

容器中電介質(zhì)的長度不變，電容器電容不變，帶電量不變，故電路中無電流，故BC錯誤；D.若傳感器運動時向

右的加速度逐漸增大，此時彈簧長度逐漸變短，電容器中電介質(zhì)的長度變短，故電容器的電容越來越小，電容器兩

端的電壓不變等于電源電動勢，根據(jù)?？芍娙萜鞯膸щ娏吭跍p小，電容器在放電，電路中有由。向6的電

流，故D正確。故選AD。

12.小明利用熱敏電阻設(shè)計了一個“過熱自動報警電路”，如圖甲所示。將熱敏電阻R安裝在需要探測溫度的地方，

當(dāng)環(huán)境溫度正常時，繼電器與上觸點接觸，下觸點分離，指示燈亮；當(dāng)環(huán)境溫度超過某一值時，繼電器與下觸點接

觸，上觸點分離，警鈴響。圖甲中繼電器的供電電壓-=3V,繼電器線圈用漆包線繞成，其電阻凡為30。。當(dāng)線

圈中的電流大于等于50mA時，繼電器的銜鐵將被吸合，警鈴響。圖乙是熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖像。

（1）由圖乙可知，當(dāng)環(huán)境溫度升高時，熱敏電阻阻值將,繼電器的磁性將（均選填“增大”、

“減小”或“不變”）。

（2）圖甲中警鈴的接線柱C應(yīng)與接線柱相連。（均選填“A”或“8”）。

（3）請計算說明，環(huán)境溫度在大于℃時，警鈴報警。

【答案】減小增大B80℃【詳解】（1）分析圖乙圖像發(fā)現(xiàn)：溫度升高時，熱敏電阻阻值

減小。根據(jù)歐姆定律，熱敏電阻阻值減小，電路中電流就會增大，電磁鐵的磁性就會增大。（2）［3］因當(dāng)環(huán)境溫度超

過某一值時，繼電器的下觸點接觸，上觸點分離，警鈴響，所以警鈴的接線柱C應(yīng)與接線柱B連，指示燈的接線柱

D應(yīng)與接線柱A相連。（3）［4］當(dāng)線圈中的電流/=50mA=0.05A時，繼電器的銜鐵將被吸合，警鈴報警控制電路的總

U3

電阻尺總=7=痂。=60。熱敏電阻R=R總-凡=60Q-30。=30。由圖乙可知，此時仁80℃所以當(dāng)溫度t>80℃

時，警鈴報警。

13.“飲酒不開車”是司機必須遵守的交通法規(guī)。圖甲是呼氣式酒精檢測儀的簡化電路原理圖。圖中電源電動勢。

E=12V,內(nèi)阻不計，電壓表量程為0?15V且內(nèi)阻很大，電阻箱4的阻值范圍為0?999Q,4為酒精氣體傳感器，

其阻值隨氣體中酒精濃度的變化規(guī)律如圖乙所示。規(guī)定氣體中酒精濃度在：20mg/100mL~80mg/100mL,之間為

酒駕，等于或超過80mg/100mL,為醉駕。測試儀使用前應(yīng)先調(diào)零，即當(dāng)氣體中酒精濃度為0時，調(diào)節(jié)電阻箱4，

使電壓表的示數(shù)3=8V,調(diào)零后4的值保持不變。

R/Q

乙

（1）調(diào)零后4接入電路中的阻值為Qo（保留三位有效數(shù)字）

（2）當(dāng)電壓表示數(shù)U2=10V時，R2消耗的電功率為Wo（保留兩位有效數(shù)字）

（3）在某次檢測中，電壓表示數(shù)U3=9.5V,經(jīng)分析該司機屬于。（填“正?！薄熬岂{”或“醉駕”）

（4）若電池使用時間較長，有明顯的內(nèi)阻，則測出酒精的濃度將（填“偏大”“偏小”或“不變”）

【答案】2000.10酒駕偏小【詳解】（1）［1］根據(jù)圖乙知調(diào)零后凡為10。。，根據(jù)閉合電路歐

E—U12-8TJ?

姆定律，推得/=F」=：kA=0Q4A4接入電路中的阻值為與=?=。=200。（2）［2］當(dāng)電壓表示數(shù)

A21UUI0.04

U2=10V時，此兩端電壓為2V,回路中的電流為4=今=黑A=0.05A故凡消耗的電功率為

人］ZUU

^=0.05Ax2V=0.10W（3）［3］在某次檢測中，電壓表示數(shù)S=9.5V,此兩端電壓為2.5V,回路中的電流為

A=^=-A=0.0475AR2此時在電路中的阻值為R2=溫\=52.6。對照圖乙查詢知氣體中酒精濃度在

20mg/100mL~80mg/100mL之間，故司機屬于酒駕。⑷［4］若電池使用時間較長，有明顯的內(nèi)阻，則測出的此偏

大，則測出的酒精的濃度將偏小。

14.利用二氧化錫半導(dǎo)體型酒精傳感器組裝一個酒精測試儀，已知該傳感器電阻隨酒精濃度變化規(guī)律如圖甲所示。

國際公認酒駕標(biāo)準(zhǔn)為“0.2mg/mL4酒精濃度<0.8mg/mL"，醉駕標(biāo)準(zhǔn)為“酒精濃度20.8mg/mL"。現(xiàn)有器材:

A.二氧化錫半導(dǎo)體型傳感器&

B.直流電源（電動勢為4V,內(nèi)阻不計）

C.電壓表V（量程為3V,內(nèi)阻非常大，作為濃度表使用）

D.電阻箱R（最大阻值為999.9。）

E.定值電阻用（阻值為50。）

F.定值電阻尺2（阻值為10C）

（1）圖乙是酒精測試儀電路圖，電路中K應(yīng)選用定值電阻（選填4或凡）；

（2）按照下列步驟調(diào)節(jié)此測試儀：

①電路接通前，先將電阻箱調(diào)為40.0。，然后開關(guān)向（選填%”或“廣）端閉合，將電壓表此時指針對應(yīng)的電

壓刻度標(biāo)記為mg/mL；

②逐步減小電阻箱的阻值，電壓表的示數(shù)不斷變大，按照甲圖數(shù)據(jù)將電壓表上電壓刻度線都標(biāo)記為對應(yīng)的“酒精濃

度”；

③將開關(guān)向另一端閉合，酒精測試儀即可正常使用。

（3）將可正常使用的酒精測試儀靠近酒精瓶口，電壓表如圖丙，則定值電阻兩端電壓。=V,此時流過傳感

器尺的電流4=A（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）。

【答案】&c0,11.200.120【詳解】（1）[1]對乙圖根據(jù)閉合電路歐姆定律可得電壓表讀

E

數(shù)為U=3—n'R電壓表量程為3V，有u43V根據(jù)甲圖可知10Cw段v70Q代入數(shù)值解得Ro<30Q所以選擇"。

Kx+K

（2）[2][3]本實驗中利用變阻箱阻值和傳感器電阻值進行等效替換，所以將電阻箱調(diào)為40.0。后，需將電阻箱接入

電路，即開關(guān)向c端閉合；根據(jù)甲圖可知當(dāng)4=40。時對應(yīng)的酒精濃度為0.1mg/mL。（3）[4][5]最小分度值為

0.1V,所以定值電阻兩端電壓。=1.20V流過傳感器4的電流4=*=O.12OA

15.溫控箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它是由熱敏電阻尺、滑動變阻器R、電磁繼電器、電源E