高中物理 第六章第一節(jié) 《傳感器及其工作原理》知能演練輕松闖關(guān) 新人教版選修3-2

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111 2013-2014學(xué)年高中物理 第六章第一節(jié) 傳感器及其工作原理知能演練輕松闖關(guān) 新人教版選修3-2 1．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(dòng)控制的 解析：選CD.干簧管能感知磁場，是因?yàn)楫?dāng)兩個(gè)干簧所處位置的磁場方向相同時(shí)，就會(huì)吸引，所以相當(dāng)于開關(guān)的作用，C正確，當(dāng)磁場靠近或遠(yuǎn)離的時(shí)候，就會(huì)實(shí)現(xiàn)閉合或斷開電路，起到自動(dòng)控制的作用，D正確，A、B錯(cuò)誤．故選CD. 2．霍爾元件能轉(zhuǎn)換哪個(gè)物理量(　　) A．把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換成電阻這個(gè)電學(xué)量 B．把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個(gè)電學(xué)量 C．把力這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個(gè)電學(xué)量 D．把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換成電阻這個(gè)電學(xué)量 解析：選B.霍爾元件是將磁感應(yīng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的． 3．電容式傳感器是用來將非電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置．由于電容器的電容C取決于極板正對(duì)面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個(gè)因素，當(dāng)某一物理量發(fā)生變化時(shí)就能引起上述某個(gè)因素的變化，從而引起電容的變化，如圖是四種電容式傳感器的示意圖，關(guān)于這四個(gè)傳感器的作用下列說法正確的是(　　) A．甲圖的傳感器可以用來測量角度 B．乙圖的傳感器可以用來測量液面的高度 C．丙圖的傳感器可以用來測量壓力 D．丁圖的傳感器只能用來測量速度 答案：ABC 4. (2013大同一中高二月考)如圖所示，R3是光敏電阻，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．R3的電阻變小，a點(diǎn)電勢高于b點(diǎn)電勢 B．R3的電阻變小，a點(diǎn)電勢低于b點(diǎn)電勢 C．R3的電阻變大，a點(diǎn)電勢高于b點(diǎn)電勢 D．R3的電阻變大，a點(diǎn)電勢低于b點(diǎn)電勢 解析：選A.光照射R3時(shí)，由光敏電阻特性，R3的電阻變小，通過R3的電流增加，R3的電壓減小，R4的電壓增加，a點(diǎn)電勢高于b點(diǎn)電勢，故選A. 5．隨著生活質(zhì)量的提高，自動(dòng)干手機(jī)已進(jìn)入我們的生活．洗手后，將濕手靠近自動(dòng)干手機(jī)，機(jī)內(nèi)的傳感器便驅(qū)動(dòng)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．改變了濕度　　　　　　 B．改變了溫度 C．改變了磁場 D．改變了電容 解析：選D.根據(jù)自動(dòng)干手機(jī)工作的特征，即手靠近，電熱器開始工作，手撤離，電熱器停止工作，不難判斷出傳感器的種類．人是導(dǎo)體，可以和其他導(dǎo)體構(gòu)成電容器，因此物理學(xué)上有人體電容之說，手靠近干手機(jī)相當(dāng)于連接進(jìn)一個(gè)電容器，故可以確認(rèn)干手機(jī)內(nèi)設(shè)置有電容式傳感器，手靠近改變了電容．能否利用溫度和濕度來驅(qū)使電熱器工作呢？理論上可行，但作為干手機(jī)，這種傳感器的設(shè)置有很大的缺陷，干手機(jī)周圍的環(huán)境(如溫度、濕度)一年四季都在變化，與手靠近無關(guān)，假如溫度、濕度發(fā)生變化干手機(jī)就馬上工作，豈不成了“室內(nèi)烘干機(jī)”，故選D. 一、選擇題 1．(單選)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)體材料做成的 B．金屬材料也可以制成傳感器 C．干簧管是一種能夠感知電場的傳感器 D．傳感器一定是通過感知電壓的變化來傳遞信號(hào)的 答案：B 2．(多選)(2011高考江蘇卷)美國科學(xué)家Willard S．Boyle與George E．Smith因電荷耦合器件(CCD)的重要發(fā)明榮獲2009年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．CCD是將光學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量的傳感器．下列器件可作為傳感器的有(　　) A．發(fā)光二極管 B．熱敏電阻 C．霍爾元件 D．干電池 解析：選BC.發(fā)光二極管有單向?qū)щ娦?，A錯(cuò)誤；熱敏電阻和霍爾元件都可作為傳感器，B、C正確；干電池是電源，D錯(cuò)誤．故選BC. 3．(單選)傳感器的種類多種多樣，其性能也各不相同，空調(diào)機(jī)在室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定的溫度后，會(huì)自動(dòng)停止工作，空調(diào)機(jī)內(nèi)使用的傳感器是(　　) A．生物傳感器 B．紅外傳感器 C．溫度傳感器 D．壓力傳感器 解析：選C.空調(diào)機(jī)根據(jù)溫度調(diào)節(jié)工作狀態(tài)，所以內(nèi)部使用了溫度傳感器，故選C. 4. (多選)有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將這三只元件分別接入如圖所示電路中的A、B兩點(diǎn)后，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說法中正確的是(　　) A．置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化較大的一定是熱敏電阻 B．置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變化的一定是定值電阻 C．用黑紙包住與不用黑紙包住相比，歐姆表示數(shù)變化較大的一定是光敏電阻 D．用黑紙包住與不用黑紙包住相比，歐姆表示數(shù)相同的一定是定值電阻 解析：選AC.熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化，定值電阻和光敏電阻的阻值不隨溫度變化；光敏電阻的阻值隨光照變化而變化，定值電阻和熱敏電阻的阻值不隨光照變化．故選AC. 5. (多選)如圖為電阻R隨溫度T變化的圖線，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的材料化學(xué)穩(wěn)定性好、測溫范圍大、靈敏度高 D．圖線2的材料化學(xué)穩(wěn)定性差、測溫范圍小、靈敏度高 解析：選BD.熱敏電阻是由半導(dǎo)體材料制成的，其穩(wěn)定性差，測溫范圍小，但靈敏度高，其電阻隨著溫度的升高而減?。饘匐娮枳柚惦S溫度的升高而增大，圖線1是金屬電阻，圖線2是熱敏電阻．故選BD. 6．(多選) 如圖是霍爾元件的工作原理示意圖，如果用d表示薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)，對(duì)于一個(gè)霍爾元件d、k為定值，如果保持I恒定，則可以驗(yàn)證UH隨B的變化情況．以下說法中正確的是(工作面是指較大的平面)(　　) A．將永磁體的一個(gè)磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面，UH將變大 B．在測定地球兩極的磁場強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 C．在測定地球赤道上的磁場強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 D．改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，UH將發(fā)生變化 解析：選ABD.將永磁體的N極逐漸靠近霍爾元件的工作面時(shí)，B增大，I恒定，由公式UH＝知UH將變大，選項(xiàng)A正確；地球兩極的磁場方向在豎直方向上，所以霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平，使B與工作面垂直，選項(xiàng)B正確；地球赤道上的磁場成水平方向，只有霍爾元件的工作面在豎直方向時(shí)，B與工作面垂直，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，B垂直工作面的大小發(fā)生變化，UH將發(fā)生變化，選項(xiàng)D正確．故選ABD. 7．(單選) 如圖所示為測定壓力的電容式傳感器，將平行板電容器、靈敏電流表(零刻度在中間)和電源串聯(lián)成閉合電路，當(dāng)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)，膜片發(fā)生形變，引起電容的變化，導(dǎo)致靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)，在對(duì)膜片開始施加壓力使膜片電極從圖中的虛線推到圖中實(shí)線位置并保持固定的過程中，靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)情況為(電流從電流表正接線柱流入時(shí)指針向右偏)(　　) A．向右偏到某一刻度后回到零刻度 B．向左偏到某一刻度后回到零刻度 C．向右偏到某一刻度后不動(dòng) D．向左偏到某一刻度后不動(dòng) 解析：選A.壓力F作用時(shí)，極板間距d變小，由C＝，電容器電容C變大，又根據(jù)Q＝CU，極板帶電荷量變大，所以電容器應(yīng)充電，靈敏電流計(jì)中產(chǎn)生由正接線柱流入的電流，所以指針將右偏．F不變時(shí)，極板保持固定后，充電結(jié)束，指針回到零刻度，故選A. 8. (單選)如圖所示，將一光敏電阻接入多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，用光照射光敏電阻時(shí)，表針自左向右的偏轉(zhuǎn)角度為θ；現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針自左向右的偏轉(zhuǎn)角度為θ′，則可判斷(　　) A．θ′＝θ B．θ′＜θ C．θ′＞θ D．不能確定 解析：選B.光照減弱時(shí)，光敏電阻值變大，指針偏角變小，故選B. ☆9.(單選) 為監(jiān)測某化工廠的污水排放量，技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖所示的流量計(jì)．該裝置由絕緣材料制成，長、寬、高分別為a、b、c，左右兩端開口，在垂直于上下底面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場，在前后兩個(gè)內(nèi)側(cè)面分別固定有金屬板作為電極．污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時(shí)，電壓表將顯示兩個(gè)電極間的電壓U.若用Q表示污水流量(單位時(shí)間內(nèi)排出的污水體積)，下列說法中正確的是(　　) A．若污水中正離子較多，則前表面比后表面電勢高 B．若污水中負(fù)離子較多，則前表面比后表面電勢高 C．污水中離子濃度越高，電壓表的示數(shù)將越大 D．污水流量Q與U成正比，與a、b無關(guān) 解析：選D.這個(gè)題目主要考查電磁感應(yīng)知識(shí)，與課本中本節(jié)課介紹的霍爾元件工作原理相似，等效為金屬桿切割類的問題，根據(jù)U＝Bbv，v為污水的流速，b為等效切割的長度，一定要注意這個(gè)等效關(guān)系，否則就會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)論．根據(jù)右手定則可以判斷出，無論污水中正離子較多還是污水中負(fù)離子較多，總是后表面比前表面電勢高，電壓表的示數(shù)不僅僅與污水中離子濃度有關(guān)，還與流速等因素有關(guān)．由U＝Bbv和Q＝bcv可知Q＝cU/B，污水流量Q與U成正比，與a、b無關(guān)．故選D. ☆10.(多選)(2013廣東省實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二檢測)有一種測量人體重的電子秤，其原理如圖中的虛線所示，它主要由三部分構(gòu)成：踏板、壓力傳感器R(是一個(gè)阻值可隨壓力大小而變化的電阻器)、顯示體重的儀表G(實(shí)質(zhì)是理想電流表)．設(shè)踏板的質(zhì)量可忽略不計(jì)，已知理想電流表的量程為3 A，電源電動(dòng)勢為12 V，內(nèi)阻為2 Ω，電阻R隨壓力變化的函數(shù)式為R＝30－0.02F(F和R的單位分別是N和Ω)．下列說法正確的是(　　) A．該秤能測量的最大體重是1 400 N B．該秤能測量的最大體重是1 300 N C．該秤零刻度線(即踏板空載時(shí)的刻度線)應(yīng)標(biāo)在電流表G刻度盤0.375 A處 D．該秤零刻度線(即踏板空載時(shí)的刻度線)應(yīng)標(biāo)在電流表G刻度盤0.400 A處 解析：選AC.設(shè)電流達(dá)到Imax＝3 A時(shí)壓力傳感器的阻值為Rm，由閉合電路歐姆定律得Imax＝ 所以Rm＝－r＝ Ω＝2 Ω 根據(jù)R＝30－0.02F得，與Rm＝2 Ω對(duì)應(yīng)的壓力為 Fmax＝＝ N＝1 400 N，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤． 當(dāng)壓力為零時(shí)，壓力傳感器的電阻為R0， 則由R＝30－0.02F知R0＝30 Ω. 這時(shí)電流為I0＝＝ A＝0.375 A，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤．故選AC. 二、非選擇題 11. 計(jì)算機(jī)鍵盤上的每一個(gè)按鍵下面都有一個(gè)電容傳感器．電容的計(jì)算公式是C＝ε，其中常量ε＝9.010－12Fm－1，S表示兩金屬片的正對(duì)面積，d表示兩金屬片間的距離．當(dāng)某一鍵被按下時(shí)，d發(fā)生改變，引起電容器的電容發(fā)生改變，從而給電子線路發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)． 已知兩金屬片的正對(duì)面積為50 mm2，鍵未被按下時(shí)，兩金屬片間的距離為0.60 mm.只要電容變化達(dá)0.25 pF，電子線路就能發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)．那么為使按鍵得到反應(yīng)，至少需要按下多大距離？ 解析：未按下時(shí)電容C1＝0.75 pF，再由＝得＝和C2＝1.00 pF，得Δd＝0.15 mm. 答案：0.15 mm ☆12. (2013鹽城高二檢測)一塊N型半導(dǎo)體薄片(稱霍爾元件)，其橫截面為矩形，體積為bcd，如圖所示．已知其單位體積內(nèi)的電子數(shù)為n、電阻率為ρ、電子電荷量e.將此元件放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向沿z軸方向，并通有沿x軸方向的電流I. (1)此元件的C、C′兩個(gè)側(cè)面中，哪個(gè)面電勢高？ (2)試證明在磁感應(yīng)強(qiáng)度一定時(shí)，此元件的C、C′兩個(gè)側(cè)面的電勢差與其中的電流成正比． (3)磁強(qiáng)計(jì)是利用霍爾效應(yīng)來測量磁感應(yīng)強(qiáng)度B的儀器．其測量方法為：將導(dǎo)體放在勻強(qiáng)磁場之中，用毫安表測量通過的電流I，用毫伏表測量C、C′間的電壓UCC′，就可測得B.若已知其霍爾系數(shù)k＝＝10 mV/mAT.并測得UCC′＝0.6 mV，I＝3 mA.試求該元件所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大?。? 解析：(1)因電子的運(yùn)動(dòng)方向與電流的方向相反，再由左手定則可知，電子向C′面偏移，所以C面電勢較高． (2)假設(shè)定向移動(dòng)速度為v：I＝q/t q＝nebdvt，可得：I＝nebdv 穩(wěn)定時(shí)有：Bev＝e UCC′/b 可得：UCC′＝I式中各量均為定值，所以側(cè)面的電勢差與其中的電流成正比． (3)由上可知B＝代入得：B＝0.02 T. 答案：(1)C面較高　(2)見解析　(3)0.02 T 111