2019-2020學(xué)年高中物理 第六章 傳感器 第1節(jié) 傳感器及其工作原理練習(xí)（含解析）新人教版選修3-2

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1、第六章　第1節(jié)　傳感器及其工作原理 「基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練」 1．(多選)關(guān)于傳感器的作用，下列說法中正確的有(　　) A．通常的傳感器可以直接用來進(jìn)行自動(dòng)控制 B．傳感器可以用來采集信息 C．傳感器可以將感受到的一些信號轉(zhuǎn)換為電學(xué)量 D．傳感器可以將所有感受到的信號都轉(zhuǎn)換為電學(xué)量 解析：選BC　傳感器是通過非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量來傳遞信號的，不能直接用來進(jìn)行自動(dòng)控制，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；傳感器可以用來采集信息，B選項(xiàng)正確；傳感器分不同種類，每種傳感器只感受到特定的信號、并把采集到的信號轉(zhuǎn)化為電學(xué)量，C選項(xiàng)正確，D選項(xiàng)錯(cuò)誤． 2．下列說法正確的是(　　) A．光敏電阻能夠把電信號轉(zhuǎn)換成光信號

2、B．干簧管是一種能夠感知靜電場的傳感器 C．霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量 D．電容式位移傳感器能夠把電動(dòng)勢這個(gè)電學(xué)量轉(zhuǎn)化為物體的位移這個(gè)力學(xué)量 解析：選C　光敏電阻能夠把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量，故A錯(cuò)誤；干簧管是能夠感知磁場的傳感器，故B錯(cuò)誤；霍爾元件是能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量，故C正確；電容式位移傳感是把位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電容這個(gè)電學(xué)量的，故D錯(cuò)誤． 3．下列有關(guān)傳感器的說法正確的是(　　) A．話筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將電信號轉(zhuǎn)換為聲信號 B．樓梯口的電燈開關(guān)裝的兩種傳感器是熱敏電阻和光敏電阻 C．電

3、子秤所使用的測力裝置是力傳感器 D．半導(dǎo)體熱敏電阻常用作溫度傳感器，因?yàn)闇囟仍礁?，它的電阻值越? 解析：選C　話筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號，則A錯(cuò)誤；樓梯口的電燈開關(guān)裝的兩種傳感器是聲敏電阻和光敏電阻，則B錯(cuò)誤；電子秤所使用的測力裝置是力傳感器，則C正確；半導(dǎo)體熱敏電阻常用作溫度傳感器，因?yàn)闇囟仍礁?，它的電阻值越小，則D錯(cuò)誤． 4．唱卡拉OK用的話筒，內(nèi)有傳感器，其中有一種是動(dòng)圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個(gè)輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場中，當(dāng)聲波使膜片前后振動(dòng)時(shí)，就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，下列說法正確的是　　(　　) A．該傳感器是根據(jù)電流

4、的磁效應(yīng)工作的 B．該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的 C．膜片振動(dòng)時(shí)，穿過金屬線圈的磁通量不變 D．膜片振動(dòng)時(shí)，金屬線圈中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢 解析：選B　當(dāng)聲波使膜片前后振動(dòng)時(shí)，線圈切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，將聲音信號變化為電信號，是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，故A錯(cuò)誤，B正確；膜片隨著聲波而周期性振動(dòng)，穿過金屬線圈的磁通量是周期性變化的，故C錯(cuò)誤；膜片振動(dòng)時(shí)，金屬線圈切割磁感線，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，故D錯(cuò)誤． 5．(多選)如圖所示，在電路中接一段鎢絲，閉合開關(guān)，燈泡正常發(fā)光，當(dāng)用打火機(jī)給鎢絲加熱時(shí)燈泡亮度明顯變暗，根據(jù)鎢絲的上述特性，可用鎢絲來制作一個(gè)溫度傳感器，下面的說法中正確的是(　　

5、) A．該傳感器利用了鎢絲的物理性質(zhì) B．該傳感器利用了鎢絲電阻隨溫度變化而變化的特性 C．該傳感器能夠把熱學(xué)量(溫度)轉(zhuǎn)換為電學(xué)量(電阻) D．該傳感器能夠把電學(xué)量(電阻)轉(zhuǎn)換為熱學(xué)量(溫度) 解析：選ABC　該傳感器利用了鎢絲電阻隨溫度變化而變化的物理性質(zhì)，即鎢絲的電阻隨溫度的升高而增大，隨溫度的降低而減小，A、B選項(xiàng)正確；該傳感器能夠把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量，C選項(xiàng)正確，D選項(xiàng)錯(cuò)誤． 6．(2019·閩侯縣月考)如圖為一種利用電磁原理制作的充氣泵的結(jié)構(gòu)示意圖，其工作原理類似打點(diǎn)計(jì)時(shí)器．當(dāng)電流從電磁鐵的接線柱a流入，吸引小磁鐵向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，以下選項(xiàng)中正確的是(　　

6、) A．電磁鐵的上端為N極，小磁鐵的下端為N極 B．電磁鐵的上端為S極，小磁鐵的下端為S極 C．電磁鐵的上端為S極，小磁鐵的下端為N極 D．電磁鐵的上端為N極，小磁鐵的下端為S極 解析：選C　當(dāng)電流從電磁鐵的接線柱a流入時(shí)，根據(jù)安培定則可知，電磁鐵的上端為S極，根據(jù)同極相斥、異極相吸的原理可知，小磁鐵的下端為N極，C選項(xiàng)正確． 7．(多選)在溫控電路中，通過熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實(shí)現(xiàn)對電路相關(guān)物理量的控制．如圖所示電路，R1為定值電阻，R2為半導(dǎo)體熱敏電阻(溫度越高電阻越小)，C為電容器．當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)(　　) A．電容器C的帶電量增大 B．電壓表的讀數(shù)增大 C

7、．電容器C兩板間的電場強(qiáng)度減小 D．R1消耗的功率增大 解析：選AB　當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，R2變大，電路的總電阻變大，由I＝知I變小，又U＝E－Ir，電壓表的讀數(shù)U增大，B正確；又由U1＝IR1及P1＝I2R1可知U1變小，R1消耗的功率P1變小，D錯(cuò)誤；電容器兩板間的電壓U2＝U－U1，U2變大，由場強(qiáng)E′＝，Q＝CU2可知Q、E′都增大，A正確，C錯(cuò)誤． 8．如圖所示，厚度為h、寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場中，當(dāng)電流通過導(dǎo)體板時(shí)，在導(dǎo)體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A′之間會(huì)產(chǎn)生電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)．實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)磁場不太強(qiáng)時(shí)，電勢差U、電流I和B的關(guān)系為U＝k，

8、式中的比例系數(shù)k稱為霍爾系數(shù)．霍爾效應(yīng)可解釋如下：外部磁場產(chǎn)生的洛倫茲力使運(yùn)動(dòng)的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè)，在導(dǎo)體板的另一側(cè)會(huì)出現(xiàn)多余的正電荷，從而形成橫向電場．橫向電場對電子施加與洛倫茲力方向相反的電場力．當(dāng)電場力與洛倫茲力達(dá)到平衡時(shí)，導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間就會(huì)形成穩(wěn)定的電勢差． 設(shè)電流I是由電子的定向移動(dòng)形成的，電子的平均定向速度為v，電荷量為e，回答下列問題： (1)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢________(填“高于”“低于”或“等于”)下側(cè)面A′的電勢． (2)電子所受的洛倫茲力的大小為________． (3)當(dāng)導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間的電勢差為U時(shí)，電子所受的電場力的大小

9、為________． (4)由電場力和洛倫茲力平衡的條件，證明霍爾系數(shù)為k＝，其中n代表導(dǎo)體板單位體積中電子的個(gè)數(shù)． 解析：(1)導(dǎo)體中電子運(yùn)動(dòng)形成電流，電子運(yùn)動(dòng)方向與電流方向相反，利用左手定則可判定電子向A板偏，A′板上出現(xiàn)等量正電荷，所以A板電勢低于A′板電勢． (2)洛倫茲力大小F＝Bev. (3)F電＝Ee＝e. (4)由F＝F電得Bev＝e，即U＝hvB，導(dǎo)體中通過的電流I＝nev·d·h，由U＝k，得hvB＝k，即hvB＝k，得k＝. 答案：(1)低于　(2)evB　(3)e　(4)見解析 「能力提升練」 1．(多選)如圖所示，Rt為正溫度系數(shù)熱敏電阻，R1為光敏電

10、阻，R2和R3均為定值電阻，電源電動(dòng)勢為E，內(nèi)阻為r，為理想電壓表，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大，可能的原因是(　　) A．熱敏電阻溫度升高，其他條件不變 B．熱敏電阻溫度降低，其他條件不變 C．光照增強(qiáng)，其他條件不變 D．光照減弱，其他條件不變 解析：選BD　電壓表示數(shù)變大，而R3為定值電阻，說明流經(jīng)R3的電流增大，由電路結(jié)構(gòu)可知，這可能是由于Rt減小或R1增大，由熱敏電阻和光敏電阻特性知，可能是由于溫度降低或光照減弱，故B、D正確，A、C錯(cuò)誤． 2．如圖(a)所示的電路中，光敏電阻R2加上圖(b)所示的光照時(shí)，R2兩端的電壓變化規(guī)律是(　　) 解析：選B　光敏電阻隨光照的

11、增強(qiáng)電阻減小，電路中電流增大，電阻R1兩端電壓增大，R2兩端電壓減小，但不能減小到零，故選項(xiàng)B正確． 3．隨著電子技術(shù)的發(fā)展，霍爾傳感器被廣泛應(yīng)用在汽車的各個(gè)系統(tǒng)中．其中霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在測量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，情景簡化如圖甲所示，被測量轉(zhuǎn)子的輪齒(具有磁性)每次經(jīng)過霍爾元件時(shí)，都會(huì)使霍爾電壓發(fā)生變化，傳感器的內(nèi)置電路會(huì)將霍爾電壓調(diào)整放大，輸出一個(gè)脈沖信號，霍爾元件的原理如圖乙所示．下列說法正確的是(　　) A．霍爾電壓是由于元件中定向移動(dòng)的載流子受到電場力作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的 B．若霍爾元件的前端電勢比后端低，則元件中的載流子為負(fù)電荷 C．在其他條件不變的情況下，霍爾元件的厚度c越大，產(chǎn)

12、生的霍爾電壓越高 D．若轉(zhuǎn)速表顯示1 800 r/min，轉(zhuǎn)子上齒數(shù)為150個(gè)，則霍爾傳感器每分鐘輸出12個(gè)脈沖信號 解析：選B　載流子受磁場力而偏轉(zhuǎn)，故A錯(cuò)誤；由左手定則可判斷出載流子受力向前端偏轉(zhuǎn)，若前端電勢變低，意味著載流子帶負(fù)電，故B正確；霍爾電壓UH＝，c越大，UH越小，故C錯(cuò)誤；每個(gè)輪齒經(jīng)過，都會(huì)引發(fā)一次脈沖，則每分鐘脈沖數(shù)量為270 000個(gè)，故D錯(cuò)誤． 4．電動(dòng)自行車是一種應(yīng)用廣泛的交通工具，其速度控制是通過轉(zhuǎn)動(dòng)右把手實(shí)現(xiàn)的，這種轉(zhuǎn)動(dòng)把手稱“霍爾轉(zhuǎn)把”，屬于傳感器非接觸控制．轉(zhuǎn)把內(nèi)部有永久磁鐵和霍爾器件等，截面如圖甲．開啟電源時(shí)，在霍爾器件的上下面之間加一定的電壓，形成電

13、流，如圖乙．隨著轉(zhuǎn)把的轉(zhuǎn)動(dòng)，其內(nèi)部的永久磁鐵也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾器件能輸出控制車速的電壓，已知電壓與車速關(guān)系如圖丙．以下關(guān)于“霍爾轉(zhuǎn)把”敘述正確的是(　　) A．為提高控制的靈敏度，永久磁鐵的上、下端分別為N、S極 B．按圖甲順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)車的右把手，車速將變快 C．圖乙中從霍爾器件的左右側(cè)面輸出控制車速的霍爾電壓 D．若霍爾器件的上下面之間所加電壓正負(fù)極性對調(diào)，將影響車速控制 解析：選B　根據(jù)霍爾元件的工作原理可知，在霍爾器件的上、下面之間加一定的電壓，形成電流，當(dāng)永久磁鐵的上下端分別為N、S極時(shí)，磁場與電子的移動(dòng)方向平行，則電子不受洛倫茲力作用，霍爾器件不能輸出控制車速的電勢

14、差，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)按圖甲順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)把手，導(dǎo)致霍爾器件周圍的磁場增加，那么霍爾器件輸出控制車速的電勢差增大，因此車速變快，B選項(xiàng)正確；永久磁鐵的N、S極可能在左、右側(cè)面，或在前、后表面，因此從霍爾器件輸出控制車速的電勢差，不一定在霍爾器件的左、右側(cè)面，也可能在前、后表面，C選項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)霍爾器件的上、下面之間所加電壓正負(fù)極性對調(diào)，從霍爾器件輸出控制車速的電勢差正負(fù)號相反，但由圖丙可知，不會(huì)影響車速控制，D選項(xiàng)錯(cuò)誤． 5．如圖所示是自動(dòng)控制電路的原理圖，a、b間電壓恒定，R1為光敏電阻，R2為定值電阻．當(dāng)電路中的光敏電阻不受光的照射時(shí)用電器可以正常工作．當(dāng)光敏電阻受光的照射時(shí)，其阻值和電流表的示數(shù)

15、如何變化？用電器工作狀態(tài)怎樣？ 解析：分析問題時(shí)，首先要根據(jù)光敏電阻的光敏特性，明確電路中電阻如何變化，然后再運(yùn)用電路的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行判斷．受光照射時(shí)，光敏電阻的阻值會(huì)減小為原來的～，所以當(dāng)光照射光敏電阻時(shí)，電路總阻值變小，干路電流增大很多，R2兩端電壓增大很多，并聯(lián)部分的電壓變得很小，用電器停止工作，電流表示數(shù)變得很?。? 答案：光敏電阻阻值減小，電流表的示數(shù)減小　用電器停止工作 6．如圖所示為檢測某傳感器的電路圖．傳感器上標(biāo)有“3 V　0.9 W”的字樣(傳感器可看做一個(gè)純電阻)，滑動(dòng)變阻器R0上標(biāo)有“10 Ω　1 A”的字樣，電流表的量程為0.6 A，電壓表的量程為3 V．則

16、 (1)傳感器的電阻為________Ω，額定電流為________A. (2)為了確保電路各部分的安全，在a、b之間所加的電源電壓最大值是________V. (3)如果傳感器的電阻變化超過標(biāo)準(zhǔn)值1 Ω，則該傳感器就失去作用．實(shí)際檢測時(shí)，將一個(gè)恒壓電源加在圖中a、b之間．閉合開關(guān)S，通過調(diào)節(jié)R0來改變電路中的電流和R0兩端的電壓．檢測記錄如下： 電壓表示數(shù)U/V 電流表示數(shù)I/A 第一次 1.48 0.16 第二次 0.91 0.22 若不計(jì)檢測電路對傳感器電阻的影響，你認(rèn)為這個(gè)傳感器是否仍可使用？________(選填“可以”或“不可以”)，此時(shí)a、b所加的電壓是

17、________V. 解析：(1)根據(jù)功率公式可知，傳感器的電阻R傳＝＝10 Ω；I傳＝＝0.3 A. (2)為了確保電路各部分安全，要求電路的最大電流Im＝I傳＝0.3 A，此時(shí)電源電壓最大值：Um＝U傳＋U0，其中U0＝I傳Rm＝3 V，電源電壓最大值Um＝U傳＋U0＝6 V. (3)第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)，a、b兩端電壓U＝I1R傳′＋U1＝0.16 A×R傳′＋1.48 V； 第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)，a、b兩端電壓U＝I2R傳′＋U2＝0.22 A×R傳′＋0.91 V，聯(lián)立解得， R傳′＝9.5 Ω，U＝3 V．傳感器的電阻變化為ΔR＝R傳－R傳′＝0.5 Ω<1 Ω.此傳感器仍可 使用． 答案：(1)10　0.3　(2)6　(3)可以　3 - 7 -