广西专版新教材高中物理第5章传感器2常见传感器的工作原理及应用课后习题新人教版选择性必修第二册

1、PAGE 8PAGE 2常见传感器的工作原理及应用课后训练提升基础巩固一、选择题(第15题为单选题,第67题为多选题)1.有一电学元件,温度升高时其电阻减小,这种元件可能是()A.金属导体B.光敏电阻C.热敏电阻D.霍尔元件答案:C解析:金属导体电阻一般随温度升高而增大,光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小,正温度系数热敏电阻的阻值随温度的升高而增大,负温度系数热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,霍尔元件是把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量,选项C正确,A、B、D错误。2.如图甲所示的电路中,光敏电阻R2加上图乙所示的光照时,R2两端的电压变化规律是()答案:B解析:光敏电阻随光照的增强

2、电阻减小,电路中电流增大,电阻R1两端电压增大,R2两端电压减小,但不能减小到零。故选项B正确。3.热敏电阻能将热信号转换为电信号,是因为()A.热敏电阻阻值的大小随热量的变化而变化B.热敏电阻阻值的大小随温度的变化而变化C.热敏电阻体积的大小随热量的变化而变化D.热敏电阻体积的大小随温度的变化而变化答案:B4.为了节约能源、合理适时地使用路灯,要求夜晚亮、白天熄,利用半导体的某种特性制成自动点亮熄灭的装置,实现了自动控制,这是利用半导体的()A.压敏性B.光敏性C.热敏性D.三种特性都利用了答案:B解析:由题意可知,这一装置要对光敏感,能区分白天(光线强)与夜晚(光线暗),故选项B正确。虽然

3、白天与夜晚温度也不相同,但温度除与昼夜有关外,还与季节有关,故选项C错误。并没有利用压敏性,选项A、D错误。5.传感器是把非电学量(如位移、压力、流量、声音等)转换成电学量的一类元件。下图为一种电容传感器,电路可将声音信号转化为电信号。电路中a、b构成一个电容器,b是固定不动的金属板,a是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜。若声源S发出频率恒定的声波使a振动,则a在振动过程中()A.a、b板之间的电场强度不变B.a、b板所带的电荷量不变C.电路中始终有方向不变的电流D.向右位移最大时,电容器的电容最大答案:D解析:a、b始终跟电源相连,电势差U不变,由于a、b间距离变化,由E=U

4、d知电场强度变化,选项A错误。由C=rS4kd知d变化时C变化,a向右位移最大时,电容最大,选项D正确。由Q=CU知a、b所带电荷量变化,电路中电流方向改变,6.有一种测量人体重的电子秤,其原理如图中虚线内所示,它主要由三部分构成:踏板、力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)。设踏板的质量可忽略不计,已知理想电流表的量程为3 A,电源电动势为12 V,内阻为2 ,电阻R随压力变化的函数式为R=30-0.01F(F和R的单位分别是N和)。下列说法正确的是()A.该秤能测量的最大体重是1 400 NB.该秤能测量的最大体重是2 800 NC.该秤零

5、刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处D.该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.400 A处答案:BC解析:分析题意可知,理想电流表的量程为3A,故电路中电流为3A时,电子秤测量的体重最大,根据闭合电路欧姆定律可知,I=ER+r,解得R=2,其中R=30-0.01F,联立解得F=2800N,选项A错误,B正确。踏板空载时F=0,代入R=30-0.01F,解得R=30,根据欧姆定律得,I=0.375A,该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375A处,选项C7.在温控电路中,通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量

6、的控制。如图所示电路,R1为定值电阻,R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小),C为电容器。当环境温度降低时()A.电容器C的电荷量增大B.电压表的读数增大C.电容器C两板间的电场强度减小D.R1消耗的功率增大答案:AB解析:当环境温度降低时,R2变大,电路的总电阻变大,由I=ER总知I变小,又U=E-Ir,电压表的读数U增大,选项B正确。又由P1=I2R1可知,R1消耗的功率P1变小,选项D错误。电容器两板间的电压U2=U-U1,U1=IR1,可知U1变小,U2变大,由电场强度E=U2d,Q=CU2可知Q、E都增大,故选项二、非选择题8.温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家电产品

7、中,它是利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特性工作的。图甲中电源的电动势E=9.0 V,内阻可忽略不计;G为灵敏电流表,内阻Rg保持不变;R为热敏电阻,其电阻值与温度的变化关系如图乙的R-t图线所示。闭合开关,当R的温度等于120 时,电流表示数I1=3 mA。(1)求电流表G的内阻Rg。(2)当电流表的示数I2=1.8 mA时,求热敏电阻R的温度。答案:(1)1 000 (2)20 解析:(1)由题图乙知热敏电阻R的温度在120时,电阻为2k,闭合电路的电流为I1=3mA根据闭合电路欧姆定律得Rg=EI1-R=9310(2)当电流表的示数I2=1.8mA时,有R=EI2-Rg=91由题图

8、乙可知当热敏电阻R阻值为4000时,温度为20。能力提升一、选择题(第14题为单选题,第56题为多选题)1.现代生活离不开智能手机,手机中有很多特殊功能需要传感器来实现。例如当人将手机靠近耳朵附近接听电话时,手机会自动关闭屏幕从而达到省电的目的。实现这一功能可能用到的传感器为()A.光传感器和位移传感器B.磁传感器和温度传感器C.磁传感器和声传感器D.压力传感器和加速度传感器答案:A解析:当人将手机靠近耳朵附近接听电话时,改变了位移,并且耳朵可能挡住了光线,所以可能用到的传感器为光传感器和位移传感器,选项A正确。当人将手机靠近耳朵附近接听电话时,没有磁场的变化,也没有产生特别的压力,选项B、C

9、、D错误。2.如图所示,一段长方体导电材料,左右两端面的边长分别为a和b,内有电荷量为q的某种自由运动电荷。导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中,内部磁感应强度大小为B。当通以从左到右的稳恒电流I时,测得导电材料上、下表面之间的电压为U,且上表面的电势比下表面的低。由此可得该导电材料单位体积内自由运动电荷数及自由运动电荷的正负分别为()A.IB|q|aU,负C.IB|q|bU,负答案:C解析:因导电材料上表面的电势比下表面的低,故上表面带负电荷,根据左手定则可判断自由运动电荷带负电,则选项B、D错误。设长方体形材料长度为l,总电荷量为Q,则其单位体积内自由运动的电荷数为Q|q|abl

10、,当电流I稳恒时,材料内的电荷所受电场力与磁场力相互平衡,则有UQa=BIl,故3.如图所示,M是一小型理想变压器,接线柱a、b接在电压u=311sin 134t(V)的正弦式交流电源上,变压器右侧部分为一火警报警系统原理图,其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器(负温度系数),电流表A2为值班室的显示器,显示通过R1的电流,电压表V2显示加在报警器上的电压(报警器未画出),R3为一定值电阻。当传感器R2所在处出现火情时,以下说法正确的是()A.A1的示数不变,A2的示数增大B.A1的示数增大,A2的示数增大C.V1的示数增大,V2的示数增大D.V1的示数不变,V2的示数减小答案:D解析:当传

11、感器R2所在处出现火情时,R2的电阻减小,导致电路的总电阻减小,所以电路中的总电流将会增大,所以原线圈中电流增大,A1测量的是原线圈中的总的电流,示数增大;由于电源的电压不变,原、副线圈两端的电压也不变,所以V1的示数不变,由于副线圈中电流增大,R3两端的电压变大,所以V2的示数要减小,所以A2的示数要减小,选项A、B、C错误,D正确。4.小强用恒温箱进行实验时,发现恒温箱的温度持续升高,无法自动控制。经检查,恒温箱的控制器没有故障,参照右图,下列对故障判断正确的是()A.只可能是热敏电阻出现故障B.只可能是温度设定装置出现故障C.热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障D.可能是加热器出现故障答

12、案:C解析:由恒温箱原理图可知,若热敏电阻出现故障或温度设定装置出现故障都会向控制器传递错误信息,导致控制器发出错误指令,故选项C正确,A、B错误。若加热器出现故障,只有一种可能,即不能加热,而题中加热器一直加热才会使温度持续升高,故选项D错误。5.机器人可以通过外部传感器来感知外部环境和外界事物,下列说法正确的是()A.温度传感器让其感知温度变化,此传感器是热敏电阻,阻值一定随温度升高而增大B.光电传感器可以作为眼睛,此传感器若是光敏电阻,阻值一定随光亮度增加而减小C.超声波传感器可以作为耳朵,让其听到常人听不到的声音D.压力传感器可以使其有“手感”答案:BCD解析:温度传感器能够将温度转化

13、为电学量,即感知温度变化,此传感器有热敏电阻、金属热电阻,金属热电阻阻值一定随温度升高而升高,热敏电阻不一定,选项A错误。光电传感器可以作为眼睛,此传感器若是光敏电阻,阻值一定随光亮度增加而减小,选项B正确。超声波传感器是将声强转化为电学量,可以作为耳朵,让其听到常人听不到的声音,选项C正确。压力传感器可以将压力转化为电学量,可以使机器人有“手感”,选项D正确。6.如图所示电路中,E为电源(内阻为r),R2、R3为定值电阻,R4为滑动变阻器,R1为光敏电阻(其阻值随光照强度的增大而减小),电压表为理想电压表。开关S闭合后,电容器中一带电微粒恰好处于静止状态。下列说法正确的是()A.若仅将R4的

14、滑片向下移动,电压表的示数将变大B.若仅将R4的滑片向下移动,R2消耗的电功率将变大,带电微粒将向上运动C.若仅增大光照强度,R4消耗的电功率将变大D.若仅增大光照强度,将有电流向下通过R3答案:AC解析:若仅将R4的滑片向下移动,R4变大,外电路总电阻变大,路端电压即电压表的示数变大,故选项A正确。若仅将R4的滑片向下移动,R2和R4并联部分的电阻变大,分压变大,R2消耗的电功率变大,电容器两端的电压减小,带电微粒将向下运动,故选项B错误。若仅增大光照强度,R1减小,R4分压变大,消耗的电功率变大,故选项C正确。若仅增大光照强度,R1减小,分压减小,电容器放电,R3中有向上的电流通过,故选项D错误。二、非选择题7.如图所示,厚度为h、宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的均匀磁场中,当电流通过导体板时,在导体板的上侧面A和下侧面A之间会产生电势差,这种现象称为霍尔效应。实验表明,当磁场不太强时,电势差U、电流I和B的关系为U=kIBd,式中的比例系数k设电流I是由电子的定向移动形成的,电子的平均定向速度为v,电荷量为e。(1)达到稳定状态时,导体板上侧面A的电势(选填“高于”“低于”或“等于”)下侧面A的电势。(2)电子所受的洛伦兹力的大小为。(3)当导体板上下两侧之间的电势差为U时,电子所受