课时分层作业 15 常见传感器的工作原理-新教材鲁科版（2019）高中物理选择性必修第二册同步检测

课时分层作业(十五)常见传感器的工作原理(建议用时：25分钟)考点一传感器的原理和分类1．(多选)关于传感器的作用，下列说法正确的是()A．通常的传感器可以直接用来进行自动控制B．传感器可以用来采集信息C．传感器可以将感受到的一些信息转换为电学量D．传感器可以将所有感受到的信息都转换为电学量BC[传感器的作用主要是用来采集信息并将采集到的信息转换成便于测量的量；但并不是将其感受到的所有信息都转换为电学量。故B、C正确。]2．关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是()A．非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件B．电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量C．非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量D．非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量C[传感器工作的一般流程为：非电学量eq\o(→,\s\up15(被))敏感元件eq\o(→,\s\up9(感知，然后通过))转换元件eq\o(→,\s\up9(转换成电信号，再通过))转换电路eq\o(→,\s\up9(将此信号转换成易于传输或测量的))电学量，因此A、B、D错，C对。]3．关于物理传感器，化学传感器和生物传感器的下列说法中，正确的是()A．物理传感器利用材料的某种物理性质工作，因而只能用于机械加工行业不能用于化工领域B．化学传感器是利用某种化学反应来工作的，因而只能输出某种化学物质而不能输出电学量C．生物传感器的适用范围广，可在任意温度条件下工作D．生物传感器由于含有生命物质，因而对使用传感器的环境条件有一定要求D[不论哪种传感器都可以将非电学量转换成电学量输出，故B错；物理传感器在化工领域也可以使用，如温度传感器等，故A错；生物传感器能够使用的前提是传感器中的生命物质保持生物活性，故C错，D对。]考点二光敏电阻和热敏电阻的特性4．关于光敏电阻和热敏电阻，下列说法中正确的是()A．光敏电阻是用半导体材料制成的，其阻值随光照增强而减小，随光照的减弱而增大B．光敏电阻是能把光照强度这个光学量转换为电流这个电学量的传感器C．热敏电阻是用金属铂制成的，它对温度感知很灵敏D．热敏电阻是把热量这个热学量转换为电阻这个电学量的传感器A[光敏电阻是把光强转换为电阻的元件；热敏电阻是把温度转换为电阻的元件，故B、D错误；热敏电阻和光敏电阻都是半导体材料制成的，半导体具有光敏性和热敏性，金属铂与热敏电阻的阻值随温度的变化趋势相反，故C错误。]5．如图(a)所示的电路中，光敏电阻R2加上图(b)所示的光照时，R2两端的电压变化规律是图中的()B[光敏电阻随光照的增强电阻减小，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。]6．(多选)有定值电压、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是()A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大的一定是热敏电阻B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化的一定是定值电阻C．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数变化较大的一定是光敏电阻D．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数相同的一定是定值电阻AC[热敏电阻的阻值随温度的变化而变化，定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度发生变化，故A正确，B错误；光敏电阻的阻值随光照的变化而变化，而定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照的变化而变化，故C正确，D错误。]7．某同学设计的散热排风控制电路如图所示，M为排风扇，R是可变电阻，R0是半导体热敏电阻，其阻值随温度升高而减小。控制开关电路具有下列特性：当A点电势φA＜φ0时，控制开关处于断路状态；当φA≥φ0时，控制开关接通电路，M开始运转。下列说法中正确的是()A．环境温度升高时，A点电势升高B．可变电阻R阻值调大时，A点电势降低C．可变电阻R阻值调大时，排风扇开始工作的临界温度升高D．若用金属热电阻代替半导体热敏电阻，电路仍能正常工作A[当环境温度升高时，半导体热敏电阻R0的阻值随温度升高而减小，则电路中的电流增大，所以A点的电势升高，故A正确；可变电阻R阻值调大时，导致电路的电流减小，则A点电势升高，故B错误；可变电阻R阻值调大时，导致电路的电流减小，则A点电势升高，由于当A点电势φA＜φ0时，控制开关处于断路状态；当φA≥φ0时，控制开关接通电路，M开始运转，工作临界温度没变，而是提前被接通，故C错误；若用金属热电阻代替半导体热敏电阻，当温度升高时，其阻值增大，导致A点电势降低，则开关会处于断开状态，所以起不到散热排风的作用，故D错误。]考点三霍尔效应的应用8．霍尔元件是磁传感器，是实际生活中的重要元件之一。如图所示为长度一定的霍尔元件，在该元件中通有方向从E到F的恒定电流I，现在空间加一竖直向下的匀强磁场，磁感应强度大小为B，其中元件中的载流子为带负电的电荷。则下列说法正确的是()A．该元件能把电学量转化为磁学量B．左表面的电动势高于右表面C．如果用该元件测赤道处的磁场，应保持平面呈水平状态D．如果在霍尔元件中的电流大小不变，则左右表面的电势差与磁场的磁感应强度成正比D[霍尔元件能够把磁学量转换为电学量，A错误；由于元件中的载流子为带负电的电荷，则负电荷的运动方向由F到E，由左手定则可知负电荷向左表面偏转，则右表面的电势高，B错误；如果用该元件测赤道处的磁场，由于地磁场与水平面平行，因此如果霍尔元件的平面保持水平，则无电压产生，C错误；根据qvB＝qeq\f(U,d)得，U＝Bdv，由电流的微观定义式I＝nqSv(n是单位体积内的导电粒子数，q是单个导电粒子所带的电荷量，S是导体的横截面积，v是导电粒子运动的速度)整理得v＝eq\f(I,nqS)，联立解得U＝eq\f(IBd,nqS)，可知用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度，保持电流不变，则左右表面的电势差与磁感应强度成正比，D正确。]9．生活中可以通过霍尔元件来测量转动物体的转速。如图，在一个转动的圆盘边缘处沿半径方向均匀地放置四个小磁铁，其中两个N极向外，两个S极向外。在圆盘边缘附近放置一个霍尔元件，其尺寸如图所示。当电路接通后，会在a、b两端产生电势差，经电路放大后得到脉冲信号。已知脉冲信号的周期为T，若忽略感应电动势的影响，则()A．圆盘转动的转速为n＝eq\f(1,4T)B．转速越大，脉冲信号的最大值就越大C．脉冲信号的最大值与h成正比D．圆盘转到图示时，如果a点电势高则霍尔元件中定向移动的电荷带负电D[由于两个N极向外，两个S极向外，所以圆盘转一周可以得到两个脉冲信号，圆盘转一周的时间为2T，故圆盘的转速为n＝eq\f(1,2T)，故A错误；最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡，霍尔元件的长宽高分别为L、d、h，有：qeq\f(U,h)＝qvB，结合电流的微观定义式：I＝nehdv，所以有：U＝eq\f(IBh,nedh)＝eq\f(IB,ned)，故脉冲信号的最大值与转速和h无关，故B、C错误；圆盘转到图示时，如果a点电势高，则说明上极板带正电，下极板带负电；电流向里，则根据左手定则可知，只能是带负电的电荷移动到下板上，故D正确。](建议用时：15分钟)10．如图所示是一火警报警器的一部分电路示意图，其中R2为用NTC半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器，当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是()A．I变大，U变大 B．I变小，U变小C．I变小，U变大 D．I变大，U变小B[当R2处出现火情时，NTC热敏材料制成的传感器的电阻将减小，则此时电路中的总电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知：外电路电压将减小，U减小；电路中的总电流增大，所以R1上的电压增大，显示器两端的电压将减小，电流I减小，B正确。]11．(多选)如图所示电路中，电源电动势为E，内阻为r，RT为负温度系数热敏电阻，R为光敏电阻，闭合开关后，小灯泡L正常发光，由于环境条件改变(光照或温度)，发现小灯泡亮度变暗，则引起小灯泡变暗的原因可能是()A．温度不变，光照增强B．温度升高，光照不变C．温度降低，光照增强D．温度升高，光照减弱AC[由题图可知，当光敏电阻阻值减小或热敏电阻阻值增大时，小灯泡L都会变暗，结合光敏电阻特性可知，A正确，B错误；若光敏电阻阻值减小的同时，热敏电阻的阻值增大，小灯泡L变暗，C正确；若热敏电阻减小，光敏电阻增大，则小灯泡变亮，D错误。]12．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用产品中，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。如图甲中，电源的电动势E＝9.0V，内电阻可忽略不计；G为灵敏电流计，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R­t图线所示，闭合开关，当R的温度等于120℃时，电流表示数I1＝3mA，求：甲乙(1)电流计G的内阻Rg；(2)当电流计的示数I2＝1.8mA时，热敏电阻R的温度。[解析](1)由题图乙知热敏电阻R的温度在120℃时，电阻为2kΩ，闭合电路的电流为I1＝3mA根据闭合电路欧姆定律得：Rg＝eq\f(E,I1)－R＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(9,3×10－3)－2×103))Ω＝1000Ω。(2)当电流计的示数I2＝1.8mA时R＝eq\f(E,I2)－Rg＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(9,1.8×10－3)－1×103))Ω＝4000Ω由题图乙可知当热敏电阻R阻值为4000Ω时的温度为20℃。[答案](1)1000Ω(2)20℃13．如图所示为一种加速度仪的示意图。质量为m的振子两端连有劲度系数均为k的轻弹簧，电源的电动势为E，不计内阻，滑动变阻器的总阻值为R，有效长度为L，系统静止时滑动触头位于滑动变阻器正中间，这时电压表指针恰好在刻度盘正中间。求：(1)系统的加速度a(以向右为正)和电压表读数U的函数关系式；(2)将电压表刻度改为加速度刻度后，其刻度是均匀的还是不均匀的？为什么？(3)若电压表指针指在满刻度的eq\f(3,4)位置，此时系统的加速度大小和方向如何？[解析](1)当振子向左偏离中间位置x距离时，由牛顿第二定律得2kx＝ma ①电压表的示数为U