2020学年高中物理 第六章 传感器巩固练习（二）新人教版选修3-2传感器

2020学年高中物理 第六章 传感器巩固练习（二）新人教版选修3-2传感器

第六章 传感器 ‎ ‎【巩固练习】‎ 一、选择题 ‎1．霍尔元件能转换哪个物理量（ ）‎ A．把温度这个热学量转换成电阻这个电学量 B．把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量 C．把力这个力学量转换成电压这个电学量 D．把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量 ‎2．关于传感器的下列说法中正确的有（ ）‎ A．所有传感器都是由半导体材料做成的 B．金属材料也可以制成传感器 C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的 D．以上说法都不正确 ‎3．在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上装有的传感器是（ ）‎ A．光传感器 B．温度传感器 C．声音传感器 D．压力传感器 ‎4．下列关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是（ ）‎ A．应变片是由导体材料制成的 B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小 C．传感器输出的是应变片上的电压 D．外力越大，输出的电压值也越大 ‎5．关于光敏电阻，下列说法正确的是（ ）‎ A．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量 B．硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子极少，导电性能不好 C．硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子较多，导电性良好 D．半导体材料硫化镉，随着光照的增强，载流子增多，导电性变好 ‎6．对热敏电阻，正确的叙述是（ ）‎ A．受热后，电阻随温度的升高而迅速减小 B．受热后，电阻基本不变 C．热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度，反应快，而且精确度高 D．以上说法都不对 ‎7．在一些星级宾馆的洗手间经常装有自动于手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干。手靠近干手机能使传感器工作，是因为（ ）‎ A．改变湿度 B．改变温度 C．改变磁场 D．改变电容 ‎8．如图所示，将一光敏电阻接人多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时，表针自左向右的偏转角度为；现用手掌挡住部分光线，表针自左向右的偏为，则可判断（ ）‎ A． B． C． D．不能确定 ‎9．如图所示是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两极，把这两极接入外电路，当外电路中的电流变化说明电容值增大时，则导电液体的深度h的变化为（ ）‎ A．h增大 B．h减小 C．h不变 D．无法确定 ‎10．(2020扬州开学考试)传感器是把非电学量转换成电学量的一种元件．如图所示，乙、丙是两种常见的电容式传感器，现将乙、丙两种传感器分别接到图甲的电路中进行实验（电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏），下列实验现象中正确的是（ ）‎ A．当乙传感器接入电路实验时，若F变小，则电流表指针向右偏转 B．当乙传感器接入电路实验时，若F变大，则电流表指针向右偏转 C．当丙传感器接入电路实验时，若导电溶液深度h变大，则电流表指针向左偏转 D．当丙传感器接入电路实验时，若导电溶液深度h变小，则电流表指针向左偏转 ‎11．如图所示，铜板放入垂直向里的匀强磁场中（即磁场垂直ABCD平面向里），当铜板中有图示电流流过时，下列说法正确的是（ ）‎ A．ABCD面的电势高于面的电势 B．ABCD面的电势低于面的电势 C．面的电势高于面的电势 D．面的电势低于面的电势 ‎12．如图所示是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的面极，在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在电路中的其他量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因可能是电容器两板间的（ ）‎ A．距离变化 B．正对面积变化 C．介质变化 D．电压变化 ‎13．唱卡拉OK用的话筒内有传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面黏接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法中正确的是（ ）‎ A．该传感器是根据电流的磁效应工作的 B．该传感器是根据电磁感应原理工作的 C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变 D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势 ‎14．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动过程中，电流表示数变化与时间t的关系如图乙所示，下列判断正确的是（ ）‎ A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动 B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动 C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动 D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动 二、填空题 ‎15．如图甲所示是一个霍尔元件，其大小仅为普通发光二极管的五分之一左右。霍尔元件是一个四端元件，其中AC端输入控制电流，BD端输出霍尔电压，可用多用电表的电压挡来检测。‎ 如图乙，将霍尔元件的BD端与多用电表的最灵敏的50μA电流挡相连（由于霍尔电压很小，把它直接加在电流表两端，通过测量电流的变化，就可以知道电压的变化。也可用数字多用电表直接测量霍尔电压），电源E（6 V～12 V）与可变电阻R（470Ω）串联后连到霍尔元件的AC端，用以输入控制电流，R的滑动端置于中间位置。将条形磁铁的磁极靠近霍尔元件H，观察多用电表指针读数的变化。‎ 保持霍尔元件H与条形磁铁磁极的相对位置不变，改变R的大小，再观察多用电表指针读数的变化。由此得出，霍尔电压与________有关。‎ ‎16．磁场具有能量，磁场中单位体积所具有的能量叫做能量密度，其值为B2／2μ，式中B是磁感应强度，μ磁导率， 在空气中μ 为一已知常数。为了近似测得条形磁铁磁极端面附近的磁感应强度B，一学生用一根端面面积为A的条形磁铁吸住一相同面积的铁片P，再用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离，并测出拉力F，如图所示，因为F所做的功等于间隙中磁场的能量，所以由此可得磁感应强度B与F、A之间的关系为B=______。‎ ‎17．（2020上海二模）如图所示是饮水器的自动控制电路。左边是一个在水温较低时对水加热的容器，内有密封绝缘的电热丝发热器和接触开关S1。只要有水浸没S1，它就会导通；水面低于S1时，不会加热。‎ ‎（1）Rx是一个热敏电阻，低温时呈现高电阻，右边P是一个 （选填“与”、“或”、“非”）逻辑门，接在0~5V电源之间，图中J是一个继电器，可以控制发热器工作与否，Ry是一个可变电阻，低温时Rx应_______（选填“远大于”、“远小于”）Ry；‎ ‎（2）请阐述饮水机的自动加热原理 。‎ 三、解答题 ‎18．在奥运会上，运动员参加蹦床项目的比赛。假设表演时运动员仅在竖直方向上运动，通过传感器将弹簧床面与运动员间的弹力随时间变化的规律在计算机上绘出如下图所示的曲线，当地的重力加速度g取10 rn／s2，依据图象给出的信息，回答下列物理量能否求出，如能求出，写出必要的运算过程和最后结果。‎ ‎（1）运动员的重力；‎ ‎（2）运动员的最大加速度；‎ ‎（3）运动员跳起的最大高度。‎ ‎19．如图所示是一种自动控制水温的装置，加热电路的两端P、Q应接在触头a、b之间还是c、d之间？热敏电阻两端M、N应接在哪两个触头之间？‎ ‎20．某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面受到的压力（比例系数为k），如图所示，测量时先调节输人端的电压，使转换器空载时的输出电压为0，而后在其受压面上放上物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。‎ 现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池一个、开关及导线若干、待测物体（可置于力电转换器的受压面上）。请完成对该物体质量m的测量。‎ ‎（1）设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，画出完整的测量电路图。‎ ‎（2）简要说明测量步骤，求出比例系数|i}，并测出待测物体的质量m。‎ ‎（3）请设想实验中可能会出现的一个问题。‎ ‎【答案与解析】‎ 一、选择题 ‎1．【答案】B ‎【解析】根据霍尔元件工作原理，载流子在洛伦兹力作用下漂移，形成霍尔电压，，所以它将磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量，故B正确。‎ ‎2．【答案】B ‎【解析】半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计，所以选项A错误，B正确；传感器不但能感知电压的变化，还能感知力、温度、光、声、化学成分等非电学量的变化，所以选项C错误。‎ ‎3．【答案】D ‎【解析】电梯门碰到人或者其他障碍物时，受到障碍物的作用力，所以电梯门上装有感知这个作用力的传感器即压力传感器。‎ ‎4．【答案】BD ‎【解析】应变片多用半导体材料制成，故选项A错。当应变片拉伸时，其电阻变大，B对。传感器输出的是上、下两应变片上的电压差，并且随着外力的增大，输出的电压差值也就越大，故C错，D对。‎ ‎5．【答案】ABD ‎【解析】硫化镉随着光照增强，载流子增多，导电性变好，由它做成的光敏电阻随着光照增强，电阻变小。‎ ‎6．【答案】AC ‎【解析】热敏电阻随温度的升高其电阻值减小，热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度，反应快，而且精确度高。‎ ‎7．【答案】D ‎8．【答案】B ‎9．【答案】A ‎【解析】由题意知，导线芯和导电液体构成电容器的两极，类似于平行板电容器的两极，当液面高度发生变化时相当于两极正对面积发生变化，会引起电容的变化。与平行板电容器类比可得，导电液体的深度h增大时，导线芯和导电液体正对面积增大，电容器的电容值变大。故选项A正确。‎ ‎10．【答案】BD ‎【解析】A、当乙传感器接入电路实验时，若F变小，电容器两极板间的距离增大，根据电容的决定式得知，电容减小，而电压不变，则由可知，电容器所带的电量减小，电容器放电，电路中有顺时针方向的电流，则电流表指针向左偏转，故A错误；‎ B、当乙传感器接入电路实验时，若F变大，电容器两极板间的距离减小，根据电容的决定式得知，电容增大，而电压不变，则由可知，电容器所带的电量增加，电容器充电，电路中有逆时针方向的电流，则电流表指针向右偏转，故B正确；‎ C、当丙传感器接入电路实验时，若导电溶液深度h变大，两电极正对面积增大，电容增大，而电压不变，则电容器充电，电路中有逆时针方向的电流，则电流表指针向右偏转，故C错误；‎ D、当丙传感器接入电路实验时，若导电溶液深度h变小，两电极正对面积减小，电容减小，而电压不变，则电容器放电，电路中有顺时针方向的电流，则电流表指针向左偏转，故D正确。‎ 故选：BD ‎11．【答案】D ‎【解析】铜板的载流子是自由电子，它在洛伦兹力作用下向偏。‎ ‎12．【答案】A ‎【解析】‎ 本题考查声传感器的应用。这个声传感器可归到电容传感器中。由题意，对着话筒说话时，振动膜前后振动，则金属层和金属板间距离改变，即电容器两极板间距离改变，故导致电容变化的原因可能是电容器两极板间的距离变化，故正确答案为A。‎ ‎13．【答案】B ‎【解析】膜片振动时，带动金属线圈运动，线圈中磁通量发生变化，产生感应电动势，进而产生感应电流。故正确答案为B。‎ ‎14．【答案】D ‎【解析】在t1～t2内，I变大，阻值变小，压力变大，小车做变加速运动，A、B均错。在t2～t3内，I不变，压力不变，小车做匀加速直线运动，C错，D对。故正确答案为D。‎ 二、填空题 ‎15．【答案】输入电流 ‎【解析】改变R的大小会观察到，电流越大，霍尔电压越大，所以霍尔电压与AC端输入电流有关。‎ ‎16．【答案】‎ ‎【解析】在用力将铁片与磁铁拉开一段微小距离的过程中，拉力F可认为不变，因此F所做的功。‎ 以表示间隙中磁场的能量密度，则间隙中磁场的能量。题给条件，故。‎ 因为F所做的功等于间隙中磁场的能量，即W=E，故有，解得。‎ ‎17．【答案】（1）与；远大于（2）见解析 ‎【解析】（1）当水温较低和水浸没S1‎ ‎，两个条件同时满足时，QC之间才有高电压输出，发热器才会工作，故P应是与逻辑门。Rx是一个热敏电阻，低温时Rx应远大于Ry。‎ ‎（2）饮水机的自动加热原理是：当水温较低时，Rx阻值较大，A为高电势，且有水浸没S1，B也为高电势，则QC之间才有高电压输出，电磁继电器有电流通过，将吸动S2闭合，发热器工作。‎ 三、解答题 ‎18．【答案】（1）500 N （2）40 m／s2 （3）5 m ‎【解析】本题中的隐含条件：由图中可知重力的大小、弹力的最大值以及运动员从离开蹦床到回蹦床经历的时间。‎ ‎（1）由图可知G=500 N。‎ ‎（2）由图可知，运动员受到的最大弹力Fm=2500 N，故。‎ ‎（3）由图可知，运动员从离开蹦床到回蹦床经历的时间为t总=8.7 s－6.7 s=11.5 s－9.5 s=2 s，运动员上升阶段与下落阶段经历的时间均为，故。‎ ‎19．【答案】P、Q应该分别接在触头a、b之间 M、N应分别接e、f ‎【解析】P、Q应该分别接在触头a、b之间。同时，M、N应该分别接e、f，其工作原理是：当水温升高时，热敏电阻阻值减小，电磁铁中电流增大，吸引力增大，使衔铁被吸下，a、b断开，使加热装置停止加热，当水温降低到一定程度时，热敏电阻温度减小，阻值增大，电磁铁中电流减小，吸引力减小，衔铁被弹簧拉上去，使a、b之间连接，加热装置开始加热，从而实现水温控制。‎ ‎20．【答案】见解析 ‎【解析】（1）设计的电路图如图所示，输入电压采用分压接法的目的是让电压可调范围尽可能大。‎ ‎（2）测量步骤：①调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零。②将质量为m0的砝码放在转换器上，记下输出电压U0。③将待测物体放在转换器上，记下输出电压U1，由U0=km0g得，测得U1=kmg，所以。‎ ‎（3）可能出现的问题（注：本题属开放性问题，答案不唯一）：‎ ‎①因电源电压不够而输出电压调不到零。‎ ‎②待测物体质量超出转换器量程。‎