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

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1　傳感器及其工作原理 課后篇鞏固提升 基礎(chǔ)鞏固 1.關(guān)于傳感器,下列說法正確的是(　　) A.所有傳感器都是由半導(dǎo)體材料制成的 B.金屬材料也可以制成傳感器 C.傳感器主要是通過感知電壓的變化來傳遞信號的 D.水銀溫度計是一種傳感器 解析大多數(shù)傳感器是由半導(dǎo)體材料制成的,某些金屬也可以制成傳感器,如金屬熱電阻,故A錯,B對;傳感器將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量,因此傳感器感知的應(yīng)該是“非電信號”,故C錯;水銀溫度計能感受熱學(xué)量,但不能把熱學(xué)量轉(zhuǎn)化為電學(xué)量,因此不是傳感器,故D錯。 答案B 2.(多選)傳感器擔(dān)負著信息采集的任務(wù),它可以(　　) A.將力學(xué)量(如形變量)轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 B.將熱學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 C.將光學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量 D.將電學(xué)量轉(zhuǎn)變成力學(xué)量 解析傳感器是將所感受到的不便于測量的物理量(如力、熱、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的物理量(一般是電學(xué)量)的一類元件,故選項A、B、C對,D錯。 答案ABC 3.(多選)關(guān)于干簧管,下列說法正確的是(　　) A.干簧管接入電路中相當(dāng)于電阻的作用 B.干簧管是根據(jù)熱脹冷縮的原理制成的 C.干簧管接入電路中相當(dāng)于開關(guān)的作用 D.干簧管是作為電控元件以實現(xiàn)自動控制的 解析干簧管能感知磁場,是因為當(dāng)兩個簧片所處位置的磁場方向相同時,兩個簧片被磁化而接通,所以是做開關(guān)來使用的,當(dāng)磁場靠近或遠離的時候,就會實現(xiàn)閉合或斷開。 答案CD 4.如圖所示是一個測定液面高度的傳感器,在導(dǎo)線芯的外面涂上一層絕緣物質(zhì),放在導(dǎo)電液體中,導(dǎo)線芯和導(dǎo)電液構(gòu)成電容器的兩極,把這兩極接入外電路,當(dāng)外電路的電流變化說明電容值減小時,則導(dǎo)電液體的深度h變化為(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.減小 B.增大 C.不變 D.無法確定 解析根據(jù)電容的決定式C=εrS4πkd知,其他量不變時,電容減小,兩極板正對面積減小,則知深度h減小,故A正確,B、C、D錯誤。 答案A 5. 如圖所示,電源兩端的電壓恒定,L為小燈泡,R為光敏電阻,LED為發(fā)光二極管(電流越大,發(fā)出的光越強),且R與LED間距不變,閉合開關(guān)S后,下列說法中正確的是(　　) A.當(dāng)滑片P向左移動時,L消耗的功率增大 B.當(dāng)滑片P向左移動時,L消耗的功率減小 C.當(dāng)滑片P向右移動時,L消耗的功率可能不變 D.無論怎樣移動滑片P,L消耗的功率都不變 解析當(dāng)滑片P向左移動時,使其電阻減小,則流過二極管的電流增大,從而發(fā)光增強,使光敏電阻R的阻值減小,通過燈泡L的電流增大,則L消耗的功率增大,A正確,B、D錯誤;當(dāng)滑片P向右移動時,可分析出L消耗的功率變小,C錯誤。 答案A 6. (多選)電阻R隨溫度T變化的圖線如圖所示。下列說法中正確的是(　　) A.圖線1是熱敏電阻的圖線,它是用金屬材料制成的 B.圖線2是熱敏電阻的圖線,它是用半導(dǎo)體材料制成的 C.圖線1對應(yīng)的材料化學(xué)穩(wěn)定性好、測溫范圍大、靈敏度高 D.圖線2對應(yīng)的材料化學(xué)穩(wěn)定性差、測溫范圍小、靈敏度高 解析金屬熱電阻的阻值隨溫度升高而增大,半導(dǎo)體材料的熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小,所以A錯,B對;圖線1對應(yīng)的材料化學(xué)穩(wěn)定性好但靈敏度低,圖線2對應(yīng)的材料化學(xué)穩(wěn)定性差但靈敏度高,所以C錯,D對。 答案BD 7.有一些星級賓館的洗手間裝有自動干手機,洗手后將濕手靠近,機內(nèi)的傳感器就開通電熱器加熱,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.改變濕度 B.改變溫度 C.改變磁場 D.改變電容 解析手靠近干手機后,使電容式傳感器的電容改變,干手機內(nèi)的電熱器工作。 答案D 能力提升 1. 傳感器是把非電學(xué)量(如位移、壓力、流量、聲強等)轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的一種元件。如圖所示,一種電容式傳感器,電路可將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號。電路中a、b構(gòu)成一個電容器,b是固定不動的金屬板,a是能在聲波驅(qū)動下沿水平方向振動的鍍有金屬層的振動膜。若聲源S發(fā)出頻率恒定的聲波使a振動,則a在振動過程中(　　) A.a、b板之間的電場強度不變 B.a、b板所帶的電荷量不變 C.電路中始終有方向不變的電流 D.向右位移最大時,電容器的電容最大 解析a、b始終跟電源相連,電勢差U不變,由于a、b間距離變化,由E=Ud知電場強度變化,A錯誤;由C=εrS4πkd知d變化時C變化,a向右位移最大時,電容最大,D正確;由Q=CU知a、b所帶電荷量變化,電路中電流方向改變,B、C錯誤。 答案D 2.(多選)演示位移傳感器的工作原理如圖乙所示,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)電壓表是理想電壓表,則下列說法正確的是(　　) A.物體M運動時,電源內(nèi)的電流不會發(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.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) 解析電壓表不分流,故觸頭移動不會改變電路的總電阻,也就不會改變電路中的總電流,故A正確,電壓表測量觸頭P與左側(cè)電阻之間的電壓,故電壓表示數(shù)隨物體M的移動而變化,故B正確,C、D錯誤。 答案AB 3. 如圖所示,R3是光敏電阻(光照時電阻變小),當(dāng)開關(guān)S閉合后,在沒有光照射時,a、b兩點等電勢。當(dāng)用光照射電阻R3時,則(　　) A.a點電勢高于b點電勢 B.a點電勢低于b點電勢 C.a點電勢等于b點電勢 D.a點電勢和b點電勢的大小無法比較 解析R3是光敏電阻,當(dāng)有光照射時R3電阻變小,R3兩端電壓減小,故a點電勢升高,因其他電阻的阻值不變,所以a點電勢高于b點電勢。 答案A 4. 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)強度為B的勻強磁場中,當(dāng)電流通過導(dǎo)體板時,在導(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,當(dāng)磁場不太強時,電勢差UH、電流I和B的關(guān)系為UH=kIBd,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)會出現(xiàn)多余的正電荷,從而形成與磁場垂直的電場。與磁場垂直的電場對電子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力。當(dāng)靜電力與洛倫茲力達到平衡時,導(dǎo)體板上下兩側(cè)面之間就會形成穩(wěn)定的電勢差。電流I是自由電子的定向移動形成的,電子的平均定向速率為v,電荷量為e?；卮鹣铝袉栴}: (1)達到穩(wěn)定狀態(tài)時,導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢　　　　(選填“高于”“低于”或“等于”)下側(cè)面A的電勢。 (2)電子所受洛倫茲力的大小為　　　　。 (3)當(dāng)導(dǎo)體板上、下兩側(cè)面之間的電勢差為UH時,電子所受靜電力的大小為　　　　。 (4)由靜電力和洛倫茲力平衡的條件,證明霍爾系數(shù)k=1ne,其中n代表導(dǎo)體板單位體積中電子的個數(shù)。 解析(1)電子向左做定向移動,由左手定則知電子受洛倫茲力的方向向上,故上側(cè)面A積聚電子,下側(cè)面A積聚正電荷,上側(cè)面的電勢低于下側(cè)面的電勢。 (2)F洛=evB。 (3)F電=Ee=UHhe。 (4)當(dāng)靜電力和洛倫茲力平衡時:eUHh=evB,UH=vBh。 又I=nevdh 由UH=kIBd,得k=dUHIB=dvBhnevdhB=1ne。 答案(1)低于　(2)evB　(3)UHhe　(4)見解析 5.在一次實驗中,一塊霍爾材料制成的薄片寬lab=1.010-2 m、長lbc=4.010-2 m、厚h=110-3 m,水平放置在方向豎直向上的磁感應(yīng)強度大小為B=1.5 T的勻強磁場中,bc方向通有I=3.0 A的電流,如圖所示,沿薄片寬度產(chǎn)生1.010-5 V的橫向電壓。 (1)假定載流子是電子,a、b兩端中的哪端電勢較高? (2)薄片上形成電流I的載流子定向運動的速率多大?(保留兩位有效數(shù)字) 解析(1)根據(jù)左手定則可確定a端電勢高。 (2)設(shè)電子沿電流反方向所在直線定向移動的速率為v,橫向電壓為Uab,橫向電場強度為E,則靜電力為F電=Ee=Uablabe,洛倫茲力F=evB,平衡時Uablabe=evB,得v=UablabB≈6.710-4 m/s。 答案(1)a　(2)6.710-4 m/s 6.用如圖所示的裝置可以測量汽車在水平路面上做勻加速直線運動的加速度。該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個由力敏電阻組成的壓力傳感器。用兩根相同的輕彈簧夾著一個質(zhì)量為2 kg的滑塊,滑塊可無摩擦滑動,兩彈簧的另一端分別壓在傳感器a、b上,其壓力大小可直接從傳感器的液晶顯示屏上讀出?，F(xiàn)將裝置沿運動方向固定在汽車上,傳感器b在前,傳感器a在后。汽車靜止時,傳感器a、b的示數(shù)均為10 N(g取10 m/s2)。 (1)若傳感器a的示數(shù)為14 N,b的示數(shù)為6 N,求此時汽車的加速度大小和方向。 (2)當(dāng)汽車以怎樣的加速度運動時,傳感器a的示數(shù)為零? 解析(1)如圖所示,依題意得左側(cè)彈簧對滑塊向右的推力F1=14 N,右側(cè)彈簧對滑塊的向左的推力F2=6 N,滑塊所受合力產(chǎn)生加速度a1,根據(jù)牛頓第二定律有 F1-F2=ma1 可得a1=F1-F2m=14-62 m/s2=4 m/s2 a1與F1同方向,即向前(向右)。 (2)a傳感器的讀數(shù)恰為零,即左側(cè)彈簧的彈力F1=0,因兩彈簧相同,左側(cè)彈簧伸長多少,右側(cè)彈簧就縮短多少,所以右側(cè)彈簧的彈力變?yōu)镕2=20 N。 滑塊所受合力產(chǎn)生加速度a2,由牛頓第二定律得 F合=F2=ma2 可得a2=F2m=10 m/s2,方向向左。 答案(1)4 m/s2　方向向右　(2)以方向向左、大小為10 m/s2的加速度運動