2 常见传感器的工作原理及应用知识点题库

某研究性学习小组用图1所示装置来测定当地重力加速度，主要操作如下：

①安装实验器材，调节试管夹（小铁球）、光电门和纸杯在同一竖直线上；

②打开试管夹，由静止释放小铁球，用光电计时器记录小铁球在两个光电门间的运动时间t，并用刻度尺（图上未画出）测量出两个光电门之间的高度h，计算出小铁球通过两光电门间的平均速度v；

③保持光电门1的位置不变，改变光电门2的位置，重复②的操作，测出多组（h，t），计算出对应的平均速度”；

④画出v﹣t图像．

请根据实验，回答如下问题：

（1）设小铁球到达光电门l时的速度为v₀ ，当地的重力加速度为g．则小铁球通过两光电门间平均速度v的表达式为．（用v₀、g和t表示）
（2）实验测得的数据如表：
实验次数
1
2
3
4
5
6
h（cm）
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
t（s）
0.069
0.119
0.159
0.195
0.226
0.255
v（m/s）
1.45
1.68
1.89
2.05
2.21
2.35
请在图2坐标纸上画出v﹣t图像．
（3）根据v﹣t图像，可以求得当地重力加速度g=m/s² ，小球通过光电门1时的速度为 m/s．（以上结果均保留两位有效数字）

如图所示为热水系统的恒温其电路，当温度低时，热敏电阻的电阻很大，温度高时，热敏电阻的电阻就很小，只有当热水器中有水或水的温度低时，发热器才会开启并加热，反之，便会关掉发热器．

（1）图中虚线框中应接入一个（“与”、“或”、或“非”）门的逻辑电路
（2）为将水温调高一些，应（“增大”或“减小”）可变电阻R₁的阻值．

如图所示，会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图:罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板。平时光电三极管接收不到LED发出的光,呈现高阻状态。发生火灾时，下列说法正确的是( )

A . 进入罩内的烟雾遮挡住了光线，使光线三极管电阻更大,检测电路检测出变化发出警报 B . 进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报 C . 光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报 D . 以上说法均不正确

如图所示，一块长度为a、宽度为b、厚度为d的金属导体，当加有与侧面垂直的匀强磁场B，且通以图示方向的电流I时，用电压表测得导体上、下表面M、N间电压为U，已知自由电子的电荷量为e。下列说法中正确的是( )

A . 导体的M面比N面电势高 B . 导体单位体积内自由电子数越多，电压表的示数越大 C . 导体中自由电子定向移动的速度为v= $\text{[math]}$ D . 导体单位体积内的自由电子数为 $\text{[math]}$

如图所示，将一金属导体放在垂直于表面P的匀强磁场中，M、N是它的上下两个表面．当有稳恒电流沿平行平面P的方向通过时，在MN板间可以测得有电势差U，这一现象就是“霍尔效应”；这个电势差也被称为“霍尔电势差”．那么，对于下列说法正确的是（）

A . 金属块上表面M的电势高于下表面N的电势 B . 电流增大时，M、N两表面间的电压U增大 C . 磁场减弱时，M、N两表面的电压U增大 D . 若将磁场方向改为垂直M面，则MN板仍存在电势差

在一个很小的矩形半导体薄片上，制作四个电极E、F、M、N，做成了一个霍尔元件，在E、F间通入恒定电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，M、N间的电压为U_H ．已知半导体薄片中的载流子为正电荷，电流与磁场的方向如图所示，下列说法正确的有（）

A . N板电势高于M板电势 B . 磁感应强度越大，MN间电势差越大 C . 将磁场方向变为与薄片的上、下表面平行，U_H不变 D . 将磁场和电流分别反向，N板电势低于M板电势

半导体内导电的粒子一“载流子”有两种：自由电子和空穴（空穴可视为能自由移动带正电的粒子），以空穴导电为主的半导体叫P型半导体，以自由电子导电为主的半导体叫N型半导体，如图为检验半导体材料的类型和对材料性能进行测试的原理图，图中一块长为a、宽为b、厚为c的半导体样品板放在沿y轴正方向的匀强磁场中，磁感应强度大小为B．当有大小为I、沿x轴正方向的恒定电流通过样品板时，会产生霍尔电势差 $\text{[math]}$ ，若每个载流子所带电量的绝对值为e，下列说法中正确的是（）

图片_x0020_438300508

A . 如果上表面电势低，则该半导体为N型半导体 B . 如果上表面电势低，则该半导体为P型半导体 C . 其它条件不变，增大c时， $\text{[math]}$ 增大 D . 样品板在单位体积内参与导电的载流子数目为 $\text{[math]}$

汽车进气管道中使用的“热线式空气流量传感器”，其核心部分是一种用特殊材料制作的电热丝R，如图所示，当进气管道中的冷空气流速越大时，定值电阻R两端电压U₀就越高。由此将管道内空气流量的信息转变成了可以测量的电压信息。则该传感器中电热丝的电阻R与摄氏温度t的关系可能是（）

图片_x0020_100007

A .

B .

C .

D .

自行车速度计利用霍尔元件获知自行车的运动速率，如图甲所示，自行车前轮上安装一块磁铁，轮子每转一圈，这块磁铁就靠近霍尔元件一次，霍尔元件会输出一个脉冲电压。图乙为霍尔元件的工作原理图，当磁场靠近霍尔元件时，霍尔元件内做定向运动的自由电子将在磁场力作用下发生偏转，最终使霍尔元件的前后表面上出现电势差，即为霍尔电势差。下列说法正确的是（）

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A . 根据单位时间内的脉冲数和自行车车轮的半径即可获知车速大小 B . 图乙中，a、b两端分别与霍尔元件前后两表面相连，a的电势小于b的电势 C . 若磁感应强度B减小，则霍尔电势差一定减小 D . 如果长时间不更换霍尔元件的供电电源，霍尔电势差将减小

按照十八大“五位一体”的总体布局，全国各省市启动“263”专项行动，打响碧水蓝天保卫战。暗访组在某化工厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，测量管由绝缘材料制成，水平放置，其长为L、直径为D，左右两端开口，匀强磁场方向竖直向上，在前后两个内侧面a、c固定有金属板作为电极，污水充满管道从左向右流经测量管时，a、c两端电压为U，显示仪器显示污水流量为Q（单位时间内排出的污水体积）。则下列说法正确的是（）

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A . a侧电势比c侧电势高 B . 若污水中正离子较多，则a侧电势比c侧电势高；若污水中负离子较多，则a侧电势比c侧电势低 C . 污水流量Q与U成正比，与D有关 D . 污水流量Q与U成反比，与L无关

如图所示，部分用光敏电阻R和继电器组成的一个简单照明自动控制电路，能够实现“日出路灯熄，日落路灯亮”。继电器的电阻为 $\text{[math]}$ ，当线圈的电流大于或等于 $\text{[math]}$ 时，继电器的衔铁被吸合，照明电路自动断开。继电器线圈供电的电池电动势 $\text{[math]}$ ，内阻不计。光敏电阻阻值随光照度变化关系如下表：

光照度/ $\text{[math]}$	0.01	0.02	1	5	50	500
光敏电阻/ $\text{[math]}$	800	400	50	25	10	2

已知光线越好，光照度数值越大。自动控制电路设计使当光照度数值小于 $\text{[math]}$ 时路灯亮起。

（1）电路中除电磁继电器、电源、光敏电阻R外，还需滑动变阻器 $\text{[math]}$ ，下列两个滑动变阻器应选择___________（填标号）。

A . 滑动变阻器（阻值范围 $\text{[math]}$ 、额定电流 $\text{[math]}$ ） B . 滑动变阻器（阻值范围 $\text{[math]}$ 、额定电流 $\text{[math]}$ ）
（2）请根据要求，完善电路中控制电路部分。
（3）为节约能源，可以使光照度数值小于 $\text{[math]}$ 时路灯亮起，可直接调整滑动变阻器，使阻值（选填“调大”或“调小”）。

海底通信电缆通电后会产生磁场，科学家为了检测某一海域中磁感应强度的大小，利用图中一块长为a、宽为b、厚为c，单位体积内自由电子数为n的金属霍尔元件，放在海底磁场中，当有如图所示的恒定电流I（电流方向和磁场方向垂直）通过元件时，会产生霍尔电势差 $\text{[math]}$ ，通过元件参数可以求得此时海底的磁感应强度B的大小（地磁场较弱，可以忽略）。下列说法正确的是（提示：电流I与自由电子定向移动速率v之间关系为 $\text{[math]}$ ，其中e为单个电子的电荷量）（）

A . 元件上表面的电势高于下表面的电势 B . 仅增大霍尔元件的宽度b，上、下表面的电势差不变 C . 仅增大霍尔元件的厚度c，上、下表面的电势差不变下表面 D . 其他条件一定时，霍尔电压越小，则该处的磁感应强度越大

二极管具有单向导电性，其正向电阻很小，反向电阻很大，现有一个二极管其正极记为A、负极记为B．某同学研究二极管正、反向电阻的相关实验操作过程如下：

（1）先用多用电表的欧姆挡测量其电阻，其正向电阻约为10 Ω，反向电阻约为50 kΩ，则在测量二极管的正向电阻时，电表的红表笔应接（填“A”或“B”）端．
（2）该同学设计了如图所示的电路用伏安法进一步测量该二极管正、反向电压均为2 V时的电阻值，二极管接在1、2之间，电压表的内阻约为40 kΩ，选用多用电表的直流电流挡作为电流表接在3、4之间．该多用电表的直流电流有三个量程，量程和对应的内阻分别为：①50 μA，内阻约为100 Ω；②50 mA，内阻约为50 Ω；③250 mA，内阻约为10 Ω．则在实验过程中，多用电表的红表笔应与接线柱（选填“3”或“4”）相连；测二极管的反向电阻时电流表的量程应选用（选填“①”“②”或“③”），单刀双掷开关S₂应拨向接点（选填“5”或“6”）．

如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定。则可以验证U_H随B的变化情况。以下说法中正确的是（　　）

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A . 磁感应强度B增大时，U_H将变大 B . 改变磁感线与薄片的夹角，U_H将减小 C . 在测定地球两极的磁场强弱时，薄片应保持水平 D . 在测定地球赤道上的磁场强弱时，薄片应保持水平

利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器，一般体积很小，可以用来测量很小区域内温度的变化，测温反应快，而且精确度高。

（1）如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路，其他因素不变，只要热敏电阻所处区域的温度降低，电路中电流将变(选填“大”或“小”)。
（2）上述电路中，我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度，就能直接显示出热敏电阻附近的温度。如果刻度盘正中的温度为20 ℃(如图甲所示)，则25℃的刻度应在20℃的刻度的(选填“左”或“右”)侧。
（3）为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内监测大棚内温度的变化，请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路。

2020年，新冠肺炎蔓延全球，使用测温枪测量体温成为小区，商场常态。测温枪中常用的测温元器件是热敏电阻。

（1）物理兴趣小组连接了如图甲所示电路探究热敏电阻的特性，请你在虚线框内画出原理电路图。
（2）若由实验测得该热敏电阻两端的电压U与通过它的电流1的关系如图乙所示，可知该热敏电阻的阻值随温度的升高(选填“逐渐增大”“逐渐减小”或“恒定不变”)。
（3）该小组设计了如图丙所示的电路验证测温枪测量温度的准确性，已知电源电动势E=1.5 V，内阻忽略不计，R₀= 15 $\text{[math]}$ ，热敏电阻的阻值与温度的关系如图丁所示。由此可知温度越高，电压表示数(选填“越大”或“越小”)；闭合开关后，发现电压表示数为U=0.45 V ，则热敏电阻的温度为℃(保留一位小数)。

热敏电阻是温度传感器的核心元件，某热敏电阻说明书给出的阻值R随温度t变化的曲线如图甲所示，现在有一课外活动小组利用所学知识来测量该金属热敏电阻随温度变化（低于100℃）的阻值，现提供实验器材，如下：

A．直流电源，电动势E=3V，内阻不计。

B．电压表，量程3V，内阻约5KΩ

C．电流表，量程0.3A，内阻约10Ω

D．滑动变阻器R₁ ，最大阻值5Ω

E．滑动变阻器R₂ ，最大阻值2KΩ

F．被测热敏电阻Rt；

G．开关、导线若干

（1）本实验采用如图乙的电路连接方式，滑动变阻器应Rp选用（填“ R₁”或“R₂”）；
（2）结合所供实验器材，为较精确地测量金属热敏电阻，单刀双掷开关应置于（填“1”或“2”）位置。
（3）接通开关，改变滑动变阻器滑片P的位置，此时电压表示数为0. 8V，对应的电流表示数（如图丙所示）为A，由此得此时热敏电阻的测量值为Ω（结果保留两位有效数字），其对应的温度为℃。

某实验小组欲探究一热敏电阻的阻值随温度变化的规律。同学们设计了如图所示的测量电路，可供选择的器材有：

待测热敏电阻R_T（在实验温度范围内，阻值约几百欧到几千欧）；

电源E（电动势1.5V，内阻r约0.5Ω）；

电阻箱R（阻值范围0 99999Ω）；

滑动变阻器R₁（最大阻值20Ω）；

滑动变阻器R₂（最大阻值2000Ω）；

微安表（量程100μA，内阻等于2000Ω）；

开关两个，温控装置一套，导线若干。

（1）为了更准确地测量热敏电阻的阻值，滑动变阻器应选用(选填“R₁”或“R₂”)。
（2）请用笔画线代替导线，将实物图（不含温控装置）连接补充成完整电路。
（3）下列实验操作步骤，正确顺序是。
①调节电阻箱，使微安表指针半偏
②调节滑动变阻器滑片P的位置，使微安表指针满偏
③记录温度和电阻箱的阻值，处理数据
④保持滑动变阻器滑片P的位置不变，断开S₂
⑤连接电路，闭合S₁、S₂
（4）某温度下微安表半偏时，电阻箱的读数为6000.00Ω，该温度下热敏电阻的测量值为Ω（结果保留到个位）。
（5）该方法的测量值（选填“大于”、“等于”或“小于”）真实值，理由是：。

如图，方形金属棒放在匀强磁场中，磁场方向垂直前后表面向里，金属棒通有从左到右的恒定电流I后将会产生霍尔效应，则（）

A . 金属棒上表面的电势高于下表面 B . 金属棒前表面的电势高于后表面 C . 仅增大磁感应强度，霍尔电压将变大 D . 仅增大金属棒长度ab，霍尔电压将变大

如图所示为几种仪器的原理示意图，图甲为磁流体发电机，图乙为质谱仪，图丙为多级直线加速器，图丁是霍尔元件，下列说法正确的是（）

A.图甲中，将一束等离子体喷入磁场，

A . B 板间产生电势差，A 板电势高 B . 图乙中， 1H、²H 两种粒子经加速电场射入磁场，荷质比大的粒子1H在磁场中的偏转半径小 C . 图丙中，直线加速器使用直流，且电压越大，粒子获得的能量越高 D . 图丁中，磁感应强度增大时，a、b 两表面间的电压 U 减小

实验次数	1	2	3	4	5	6
h（cm）	10.00	20.00	30.00	40.00	50.00	60.00
t（s）	0.069	0.119	0.159	0.195	0.226	0.255
v（m/s）	1.45	1.68	1.89	2.05	2.21	2.35

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