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

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1、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(jì)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(cuò),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(cuò);水銀溫度計(jì)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(cuò)。 答案B 2.(多選)傳感器擔(dān)負(fù)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)

2、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(xiàng)A、B、C對,D錯(cuò)。 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(shí)現(xiàn)自動控制的 解析干簧管能感知磁場,是因?yàn)楫?dāng)兩個(gè)簧片所處位置的磁場方向相同時(shí),兩個(gè)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(yuǎn)離的時(shí)候,就會

3、實(shí)現(xiàn)閉合或斷開。 答案CD 4.如圖所示是一個(gè)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(shí),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(shí),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(cuò)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(qiáng)),且R與LED

4、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(shí),L消耗的功率增大 B.當(dāng)滑片P向左移動時(shí),L消耗的功率減小 C.當(dāng)滑片P向右移動時(shí),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(shí),使其電阻減小,則流過二極管的電流增大,從而發(fā)光增強(qiáng),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(cuò)誤;當(dāng)滑片P向右移動時(shí),可分析出L消耗的功率變小,C錯(cuò)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

5、 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(cuò),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(cuò),D對。 答案BD 7.有一些星級賓館的洗手間裝有自動干手機(jī),洗手后將濕手靠近,機(jī)內(nèi)的傳感器就開通電熱器加熱,有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出,將濕手烘干,手靠近干手機(jī)能使傳感器工作,是因?yàn)?　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　 A.改變濕

6、度 B.改變溫度 C.改變磁場 D.改變電容 解析手靠近干手機(jī)后,使電容式傳感器的電容改變,干手機(jī)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(qiáng)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(gè)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(qiáng)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(shí),電容器的電容最大 解析a

7、、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(qiáng)度變化,A錯(cuò)誤;由C=εrS4πkd知d變化時(shí)C變化,a向右位移最大時(shí),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(cuò)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(shí),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(yùn)動時(shí),電源內(nèi)的電流不會發(fā)生變化 B.物體M運(yùn)動時(shí),電壓表的示數(shù)會發(fā)生變化 C.物體M不動時(shí),電路中沒有電流 D.物體M不動時(shí),電壓表沒有示

8、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(cuò)誤。 答案AB 3. 如圖所示,R3是光敏電阻(光照時(shí)電阻變小),當(dāng)開關(guān)S閉合后,在沒有光照射時(shí),a、b兩點(diǎn)等電勢。當(dāng)用光照射電阻R3時(shí),則(　　) A.a點(diǎn)電勢高于b點(diǎn)電勢 B.a點(diǎn)電勢低于b點(diǎn)電勢 C.a點(diǎn)電勢等于b點(diǎn)電勢 D.a點(diǎn)電勢和b點(diǎn)電勢的大小無法比較 解析R3是光敏電阻,當(dāng)有光照射時(shí)R3電阻變小,R3兩端電壓減小,故a點(diǎn)電勢升高,因其他電阻的阻值不變,所以a點(diǎn)電勢高于b點(diǎn)電勢。

9、 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(qiáng)度為B的勻強(qiáng)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(yùn)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(dá)到平衡時(shí),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

10、定向速率為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　　　　(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(shí),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(gè)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

11、和洛倫茲力平衡時(shí):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(shí)驗(yàn)中,一塊霍爾材料制成的薄片寬lab=1.0×10-2 m、長lbc=4.0×10-2 m、厚h=1×10-3 m,水平放置在方向豎直向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=1.5 T的勻強(qiáng)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1.0×10-5 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(yùn)動的速率

12、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(qiáng)度為E,則靜電力為F電=E·e=Uablab·e,洛倫茲力F=evB,平衡時(shí)Uablab·e=evB,得v=UablabB≈6.7×10-4 m/s。 答案(1)a　(2)6.7×10-4 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(yùn)動的加速度。該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個(gè)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(gè)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

13、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(yùn)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(shí),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(shí)汽車的加速度大小和方向。 (2)當(dāng)汽車以怎樣的加速度運(yùn)動時(shí),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=F2'm=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(yùn)動 7