13、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，當磁場不太強時電勢差U，電流I和B的關(guān)系為U=k?，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：外部磁場的洛倫茲力使運動的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè)，在導(dǎo)體板的另一側(cè)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靜電力，當靜電力與洛倫茲力達到平衡時，導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間就會形成穩(wěn)定的電勢差。
設(shè)電流I是由電子定向流動形成的，電子的平均定向速度為v，電量為e，回答下列問題：
（1）達到穩(wěn)定狀態(tài)時，導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢 下側(cè)面Ａ的電勢（填高于、低于或等于）。
（2）電子所受的洛倫茲力的
14、大小為 。?
（3）當導(dǎo)體板上下兩側(cè)之間的電勢差為U時，電子所受的靜電力的大小為 ．
（4）由靜電力和洛倫茲力平衡的條件，證明霍爾系數(shù)k=，其中n代表導(dǎo)體板單位體積中電子的個數(shù)。
解析：霍爾效應(yīng)對學(xué)生來說是課本里沒有出現(xiàn)過的一個新知識，但試題給出了霍爾效應(yīng)的解釋，要求學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上，調(diào)動所學(xué)知識解決問題，這實際上是對學(xué)生學(xué)習潛能的測試，具有較好的信度和效度。
（1）首先分析電流通過導(dǎo)體板時的微觀物理過程。由于導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，電流是電子的定向運動形成的，電流方向從左到右，電子運動的方向從右到左。根據(jù)左手定則可判斷電子受到
15、的洛侖茲力的方向向上，電子向A板聚集，A1板出現(xiàn)多余的正電荷，所以A板電勢低于A1板電勢，應(yīng)填“低于”。
（2）電子所受洛侖茲力的大小為
（3）橫向電場可認為是勻強電場，電場強度 ，電子所受電場力的大小為
（4）電子受到橫向靜電力與洛倫茲力的作用，由兩力平衡有
e＝evB 可得Ｕ＝h v B
通過導(dǎo)體的電流強度微觀表達式為
由題目給出的霍爾效應(yīng)公式 ，有
得
點評：①該題是帶電粒子在復(fù)合場中的運動，但原先只有磁場，電場是在通電后自行形成的，在分析其他問題時，要注意這類情況的出現(xiàn)。②聯(lián)系宏觀量I和微觀量的電流表達式 是一個很有用的公式。
☆考點精煉
5．電磁
16、流量計廣泛應(yīng)用于測量可導(dǎo)電流體（如污水）在管中的流量（在單位時間內(nèi)通過管內(nèi)橫截面的流體的體積）。為了簡化，假設(shè)流量計是如圖7所示的橫截面為長方形的一段管道，其中空部分的長、寬、高分別為圖中的a、b、c，流量計的兩端與輸送液體的管道相連接（圖中虛線）。圖中流量計的上下兩面是金屬材料，前后兩面是絕緣材料，現(xiàn)于流量計所在處加磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場，磁場方向垂直于前后兩面。當導(dǎo)電液體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計時，在管外將流量計上、下兩表面分別與一串接了電阻R的電流表的兩端連接，I表示測得的電流值。已知流體的電阻率為ρ，不計電流表的內(nèi)阻，則可求得流量為
A． B．
C． D．
考點精煉
17、參考答案
1．分析：R 2與燈L并聯(lián)后與R1串聯(lián)，與電源構(gòu)成閉合電路，當熱敏電阻溫度降低時，電阻R 2增大，外電路電阻增大，電流表讀數(shù)減小，燈 L電壓增大，燈泡亮度變強，R1兩端電壓減小，故 C正確，其余各項均錯．
答案：C
2．簡析：光敏電阻受光照越強，電阻越小，電流越大，所以將Rt包裹起來電阻增大，電流減小，指針向左偏，反之向右偏．
答案：左 右
3．簡析：在用力將鐵片與磁鐵拉開一段微小距離的過程中，拉力F可認為不變，因此，F(xiàn)所做的功．
以w表示間隙中磁場的能量密度，則間隙中磁場的能量．
由題給條件得． 故
因為F所做的功等于間隙中磁場的能量，即W=E，故有
解得
18、4．答案：（1）冷態(tài)時PTC電阻很小，電功率很大，所以升溫很快（2）6 7
5．答案：A
三、考點落實訓(xùn)練
1．利用半導(dǎo)體材料可以制成（ ）
A．標準電阻 B．熱敏電阻 C．光敏電阻 D．晶體管
2．下列方法有可能使半導(dǎo)體材料的電阻率減小的是（ ）
A．升高半導(dǎo)體的溫度 B．用光照射半導(dǎo)體
C．在半導(dǎo)體中加入微量其它雜質(zhì) D．以上情況都不可能
3．有一電學(xué)元件，溫度升高時電阻卻大幅度減小，則這種元件可能是（ ）
A．金屬導(dǎo)體 B．絕緣體 C．半
19、導(dǎo)體 D．超導(dǎo)體
4．關(guān)于各種材料的電阻率，下列說法正確的是（ ）
A．純金屬的電阻率較合金的電阻率小
B．把一根長導(dǎo)線截成兩段，每段的電阻率是原來的
C．任何材料的電阻率在任何條件下都不可能為零
D．任何材料的電阻率都隨溫度的升高而增大
5．如圖所示是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒的振動膜前面鍍有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬板，振動膜上的金屬層和這個金屬板構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U ，人對著話筒說話時，振動膜前后振動，使電容發(fā)生變化，導(dǎo)致話筒所在的電路中的其它量發(fā)生變化，使聲音信號被話筒轉(zhuǎn)化為電信號，其中導(dǎo)致電容變
20、化的原因可能是電容器兩板間的（ ）
A．距離變化 B．正對面積變化
C．介質(zhì)變化 D．電壓變化
6．如圖所示是一種延時開關(guān)，當S1閉合時，電磁鐵F將銜鐵D吸下，C線路接通。當S1斷開時，由于電磁感應(yīng)作用，D將延遲一段時間才被釋放。則
A．由于A線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作用
B．由于B線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作用
C．如果斷開B線圈的電鍵S2，無延時作用
D．如果斷開B線圈的電鍵S2，延時將變長
7．如圖所示為一測定液面高低的傳感器示意圖，A為固定的導(dǎo)體芯，B為導(dǎo)體芯外面的一層絕緣物質(zhì)，C為導(dǎo)電液體，把傳
21、感器接到圖示電路中，已知靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向相同。如果發(fā)現(xiàn)指針正向右偏轉(zhuǎn)，則導(dǎo)電液體的深度h變化為（ ）
A．h正在增大 B．h正在減小
C．h不變 D．無法確定
8．隨著生活質(zhì)量的提高，自動干手機已進人家庭。洗手后，將濕手靠近自動干手機，機內(nèi)的傳感器便驅(qū)動電熱器加熱，有熱空氣從機內(nèi)噴出，將濕手烘干。手靠近干手機能使傳感器工作，是因為（ ）
A．改變了濕度 B．改變了溫度
C．改變了磁場 D．改變了電容
9．如圖所示為小型電磁繼電器的構(gòu)造示意圖，其中L為含鐵芯的線圈．P為可經(jīng)O點轉(zhuǎn)動的鐵片，K為彈
22、簧，S為一對觸頭，A、B、C、D為四個接線柱．電磁繼電器與傳感器配合，可完成自動控制的要求．其工作方式是（ ）
A．A與B接信號電壓，C與D可跟被控電路串聯(lián)
B．A與B接信號電壓，C與D可跟被控電路并聯(lián)
C．C與 D接信號電壓，A與B可跟被控電路串聯(lián)
D．C與 D接信號電壓，A與B可跟被控電路并聯(lián)
10．演示位移傳感器的工作原理如圖所示，物體M在導(dǎo)軌上平移時，帶動滑動變阻器的金屬滑桿P，通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)，來反映物體位移的大小x，假設(shè)電壓表是理想的，則下列說法正確的是（ ）
A．物體M運動時，電源內(nèi)的電流會發(fā)生變化
B．物體M運動時，電壓表的示數(shù)會發(fā)生變化
C
23、．物體M不動時，電路中沒有電流
D．物體M不動時，電壓表沒有示數(shù)
11．下述儀器或裝置用到傳感器的有__________（填字母代號）
A．自動報警器 B．電子臺秤 C．電視遙控器 D．紅外線探測儀
12．為解決樓道的照明問題，在樓道內(nèi)安裝一個傳感器與控制電燈的電路相接。當樓道內(nèi)有走動而發(fā)出聲響時，電燈即被電源接通而發(fā)光，這種傳感器為________傳感器，它輸入的是_________信號，經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后，輸出的是_________信號。
13．光電傳感器利用_________將___________信號轉(zhuǎn)換成了__________信號；熱電傳感 器利用_____
24、_______將_________信號轉(zhuǎn)換成了___________信號，從而實現(xiàn)自動控制的目的。
14．如圖所示，由電源、小燈泡、電阻絲、開關(guān)組成的電路中，當閉合開關(guān)S后，小燈泡正常發(fā)光，若用酒精燈加熱電阻絲時，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變化是___________，發(fā)生這一現(xiàn)象的主要原因是________（填字母代號）
A．小燈泡的電阻發(fā)生了變化
B．小燈泡燈絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化
C．電阻絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化
D．電源的電壓隨溫度發(fā)生了變化
圖 12
15．如圖所示為一種加速度儀的示意圖。質(zhì)量為m的振子兩端連有勁度系數(shù)均為k的輕彈簧，電源的電動勢為E，不計內(nèi)阻，滑動變阻器的總
25、阻值為R，有效長度為L，系統(tǒng)靜止時滑動觸頭位于滑動變阻器正中，這時電壓表指針恰好在刻度盤正中。求：
⑴系統(tǒng)的加速度a（以向右為正）和電壓表讀數(shù)U的函數(shù)關(guān)系式。
⑵將電壓表刻度改為加速度刻度后，其刻度是均勻的還是不均勻的？為什么？
⑶若電壓表指針指在滿刻度的3/4位置，此時系統(tǒng)的加速度大小和方向如何？
16．某學(xué)生為了測量一個物體的質(zhì)量，找到一個力電轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器的輸出電壓正比于受壓面的壓力（比例系數(shù)為k），如圖所示，測量時先調(diào)節(jié)輸入端的電壓，使轉(zhuǎn)換器空載時的輸出電壓為0；而后在其受壓面上放一物體，即可測得與物體的質(zhì)量成正比的輸出電壓U。
現(xiàn)有下列器材：力電轉(zhuǎn)換器、質(zhì)量為m0的砝碼、
26、電壓表、滑動變阻器、干電池各一個，開關(guān)及導(dǎo)線若干、待測物體（可置于力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上）．
請完成對該物體質(zhì)量的測量：
（1）設(shè)計一個電路，要求力電轉(zhuǎn)換器的輸入電壓可調(diào)。并且使調(diào)節(jié)范圍盡可能大，畫出這一完整的電路（包括力電轉(zhuǎn)換器在內(nèi)）
（2）簡要說明測量步驟，求出比例系數(shù)k，并測出待測物體的質(zhì)量m．
（3）設(shè)想實驗中可能會出現(xiàn)的問題．
17．現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動變阻器、開關(guān)和導(dǎo)線若干．如圖所示，試設(shè)計一個溫控電路．要求溫度低于某一溫度時，電爐絲自動通電供熱，超過某一溫度時，又可以自動斷電，畫出電路圖說明工作過程．
考點落實訓(xùn)練參考答案
1．BCD
27、點撥：標準電阻是幾乎不受溫度影響的電阻，一般是用錳銅合金或鎳銅合金制作的。
2．ABC
3．C點撥：金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度升高而增大，超導(dǎo)體的電阻幾乎為零，半導(dǎo)體（如熱敏電阻）的阻值隨溫度升高而減小。
4．A 點撥：合金的電阻率比純金屬的大，故A正確；金屬電阻率是金屬導(dǎo)體的特性，故B錯；超導(dǎo)材料達到一定低溫時，其電阻率可達到零，故C錯；半導(dǎo)體（熱敏電阻）的電阻率隨溫度升高而減小，故D錯。
5．A 解析：電容式話筒中振動膜上的金屬層和這個金屬板構(gòu)成電容器相當于一個平行板電容器。當人對著話筒說話時，振動膜前后振動，使兩極板間的距離發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電容器的電容發(fā)生變化．所以選A．
6．B
28、C
7．B 點撥：由電源極性及電流方向可知，A、B構(gòu)成的電容器上的電荷量減小，據(jù)，電容C在減小，可推知正對面積S減小，即h在減小。
8．D 人是導(dǎo)體，可以與其它導(dǎo)體構(gòu)成電容器。手靠近干手機時，改變了設(shè)置在干手機內(nèi)的電容式傳感器的電容，干手機開始工作。能否用濕度和溫度來驅(qū)使電熱器工作，理論上是可行的，但作為干手機，這種傳感器的設(shè)置有很大缺陷。干手機周圍的環(huán)境（如濕度和溫度）一年四季都在變化，與手的靠近無關(guān)，假如濕度、溫度發(fā)生變化，干手機就馬上工作，豈不成了“室內(nèi)烘干機”？故選項D正確。
9．A 分析：由圖可知A、B是電磁繼電器線圈，所以A、B應(yīng)接信號電壓，線圈隨信號電壓變化使電磁繼電器
29、相吸或排斥，從而使C、D接通或斷開，進而起到控制作用．所以選項A正確．
10．B 分析：電壓表為理想電表，則電壓表不分流，故觸頭移動時不會改變電路的電阻，也就不會改變電路中的電流，故A錯誤；電壓表測得是觸頭P左側(cè)電阻分得的電壓，故示數(shù)隨物體M的移動，亦即觸頭的運動而變，故B正確，C、D錯誤．
11．A、B、C、D
12．聲電；聲；電
13．光敏電阻；光；電；熱敏電阻；溫度；電
14．變暗； C
點撥：電阻絲的電阻率隨溫度的升高而增大，電阻也增大，根據(jù)知，小燈泡的實 際功率減小，所以變暗。
15．解：（1）當振子向左偏離中間位置x距離時，由牛頓第二定律得
30、① （2分）
電壓表的示數(shù)為
② （2分）
由以上兩式解得 ③ （2分）
（2）均勻，因為加速度a與電壓表示數(shù)U是一次函數(shù)（線性關(guān)系）。
（3）當滑動觸頭滑到最右端時，電壓表最大示數(shù)，電壓表指針指在滿刻度的3/4位置時， （2分）
代入③式解得 方向向左。 （2分）
16．分析：（1）力電轉(zhuǎn)換器雖然是一個全新的儀器，但它與其他所有測量儀器一樣，有它們的共性，即需要有一個“調(diào)零”步驟，這個“調(diào)零”工作的要求就是當受壓面上不放物體時通過對輸入電路的輸入電壓的調(diào)節(jié)從而使輸出電壓為零，這就是力電轉(zhuǎn)換器的“調(diào)零”．
（2）為了使輸入電路
31、上的電壓可調(diào)節(jié)且調(diào)節(jié)范圍盡可能大一些，可以用滑動變阻器組成分壓電路．
（3）根據(jù)題給信息“被測物體質(zhì)量與輸出電壓成正比”，先在受壓面上放質(zhì)量為m0的砝碼，測出其輸出電壓U0，然后將待測物體放在受壓面上，測出其輸出電壓U，根據(jù)兩者的比例關(guān)系，便可得出m．
解：（14分）（1）設(shè)計的電路圖如圖所示。（4分）
（2）測量步驟與結(jié)果如下：
①閉合開關(guān) S，調(diào)節(jié)變阻器的滑片 P，使力電轉(zhuǎn)換 器的輸出電壓為零．（1分）
②將質(zhì)量為m0的砝碼放在力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上，記下此時的輸出電壓U0．（1分）
③取下砝碼，將待測物體放在力電轉(zhuǎn)換器的受壓面上，記下此時的輸出電壓U。（1分）
由以上測量可
32、求出比例系數(shù)k及待測物體的質(zhì)量m
因為U0=km0g，所以有： （2分）
又由于U = kmg，所以待測物體的質(zhì)量為： （2分）
（3）實驗中可能會出現(xiàn)的問題有： （3分）
①因電源電壓太小而輸出電壓調(diào)不到零．
②待測物體的質(zhì)量超過此力電轉(zhuǎn)換器的量程．
（提出其它問題，只要合理可酌情給分，答出上面任一條給2分，答全給3分）
17．分析：熱敏電阻R1與滑動變阻器及電磁繼電器構(gòu)成低壓控制電路．
答案：（1）電路圖如圖所示
（2）工作過程：閉合S當溫度低于設(shè)計值時熱敏電阻阻值大，通過電磁繼電器電流不能使它工作，K接通電爐絲加熱．當溫度達到設(shè)計值時，熱敏電阻減小到某值，通過電磁繼電器的電流達到工作電流，K斷開，電爐絲斷電，停止供熱．當溫度低于設(shè)計值，又重復(fù)前述過程．
點評：該電路可以用于恒溫箱、自動孵化器等，電路設(shè)計是高中電學(xué)應(yīng)了解的內(nèi)容，對于培養(yǎng)能力、理論聯(lián)系實際將起到推動作用，也是高考的趨向．
2022年高中物理 《傳感器及其應(yīng)用》教案 教科版選修1-1
