2024-2025学年高二物理选择性必修第二册（粤教版）第5章 传感器 分层作业21 传感器及其工作原理

分层作业21传感器及其工作原理A组必备知识基础练1.(多选)电容式传感器是一种将非电信号转变为电信号的装置.由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素,当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化,从而引起电容的变化,两个电容式传感器的示意图如图所示,关于这两个传感器的作用,下列说法正确的是()A.甲图的传感器可以用来测量角度B.甲图的传感器通过改变极板间的电介质来改变电容C.乙图的传感器可以用来测量压力D.这两个传感器都是利用改变极板间的正对面积来改变电容的2.(多选)一种位移传感器的工作原理如图所示,物体M在导轨上平移时,带动滑动变阻器的金属滑杆P,通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小x.假设电压表是理想电压表,则下列说法正确的是()A.物体M运动时,电源内的电流不会发生变化B.物体M运动时,电压表的示数会发生变化C.物体M不动时,电路中没有电流D.物体M不动时,电压表没有示数3.一火警报警装置的一部分电路如图甲所示,其中R2是半导体热敏电阻(传感器),它的电阻R随温度T变化的关系如图乙所示,该电路的输出端a、b接报警器,当传感器所在处出现火情时,通过电流表的电流I和a、b两端电压U与出现火情前相比()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4.(多选)电子电路中常用到一种称为“干簧管”的元件,它的结构如图所示,玻璃管内封入的两个软磁性材料制成的簧片,当磁体靠近干簧管时,两个簧片被磁化而接通.关于干簧管,下列说法正确的是()A.干簧管接入电路中相当于电阻的作用B.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C.两个磁性材料制成的簧片接通的原因是被磁化后相互吸引D.干簧管接入电路中相当于开关的作用5.某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置如图所示,R1为光敏电阻、R2为可变电阻,A、B接监控装置,则下列说法正确的是()①当有人通过而遮蔽光线时,A、B之间电压升高②当有人通过而遮蔽光线时,A、B之间电压降低③当仅增大R2的阻值时,A、B之间的电压增大④当仅减小R2的阻值时,A、B之间的电压增大A.①③ B.①④C.②③ D.②④6.压力敏感元件的阻值随所受压力的增大而减小,有位同学利用压力敏感元件设计了判断小车运动状态的装置,其工作原理如图甲所示,将压力敏感元件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,电流表示数的变化如图乙所示,下列判断正确的是()A.t1到t2时间内,小车做匀速直线运动B.t1到t2时间内,小车做匀加速直线运动C.t2到t3时间内,小车做匀速直线运动D.t2到t3时间内,小车做匀加速直线运动7.(多选)随着生活质量的提高,自动干手机已进入家庭,洗手后,将湿手靠近自动干手机,机内的传感器便驱动电热器加热,使热空气从机内吹出,将湿手烘干.某型号干手机的说明书中有如下一段文字,据此可判断()功能与特点:◆采用红外线感应原理,即感应即动作,卫生、方便;◆超高温保护,即过热、过电流双重保护;◆采用内热式的再循环原理,低噪音、高转速、烘干能力强;◆高强度塑钢外壳,牢固可靠,美观大方.A.该自动干手机内装有由温度传感器组成的保护电路B.该自动干手机靠位移传感器来感知使用者手的靠近C.忽略电路损耗,该自动干手机消耗的电能转化为空气的内能及动能D.该自动干手机靠红外线传感器来感知使用者手的靠近B组关键能力提升练8.在探究超重和失重规律时,某重力为G的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作.传感器和计算机相连,则经计算机处理后得到压力F随时间t变化的图像可能是()9.如图所示,两块水平放置的金属板距离为d,用导线、开关S与一个n匝的线圈连接,线圈置于方向竖直向上的变化磁场中.两板间放一台压力传感器,传感器上表面静止放置一个质量为m、电荷量为+q的小球.S断开时传感器上有示数,S闭合时传感器上恰好无示数,则线圈中的磁感应强度B的变化情况和磁通量变化率分别是()A.B正在增加,ΔB.B正在减弱,ΔC.B正在减弱,ΔD.B正在增加,Δ10.测定压力的电容式传感器如图所示,将平行板电容器、灵敏电流表(零刻度在中间,电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)和电源串联成闭合回路,当压力F作用于可动膜片电极上时,膜片发生形变,引起电容的变化,导致灵敏电流表指针偏转,在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线推到图中实线位置并保持固定的过程中,灵敏电流表指针偏转情况为()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动D.向左偏到某一刻度后不动11.有一种在光照增强或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置,关于该装置内的两个传感器,下列说法正确的是()A.两个传感器都是光传感器B.两个传感器分别是光传感器和温度传感器C.两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器D.只有光照和温度都适合时排气扇才能工作12.(多选)(2024广东惠州高二期中)一种电感式微小位移传感器的原理图如图所示.1是待测位移的物体,3是空心线圈,软铁芯2插在线圈3中并且可以随着物体1在线圈中左右平移.关于这种传感器的工作原理,下列说法正确的是()A.这种传感器输入的物理量是位移,输出的物理量是自感系数B.通过这种传感器线圈的电流是交变电流C.软铁芯是敏感元件,线圈是转换元件D.当物体1向右移动时,线圈的自感系数增大13.温度传感器广泛应用于家用电器中,它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的.如图甲所示为某装置中的传感器工作原理图,已知电源的电动势E=9.0V,内阻不计;G为灵敏电流表,其内阻Rg保持不变;R为热敏电阻,其阻值随温度的变化关系如图乙所示.闭合开关S,当R的温度等于20℃时,电流表示数I1=2mA;当电流表的示数I2=3.6mA时,热敏电阻的温度是()A.60℃ B.80℃C.100℃ D.120℃14.用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度.在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器,用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2kg的滑块,滑块可无摩擦滑动,两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上,其压力大小可直接从传感器的显示屏上读出.现将装置沿运动方向固定在汽车上,传感器b在前,传感器a在后.汽车静止时,两弹簧均处于压缩状态,传感器a、b的示数均为10N(g取10m/s2).(1)若传感器a的示数为14N,b的示数为6N,求此时汽车的加速度大小和方向.(2)当汽车以怎样的加速度运动时,传感器a的示数为零?答案：1.AC甲、乙中的电容器分别与θ、F有关,均能测量对应的物理量,甲通过改变极板间的正对面积改变电容,乙通过改变极板间的距离改变电容.2.AB电压表不分流,故触头移动不会改变电路的总电阻,也就不会改变电路中的总电流,故A正确;电压表测量触头P与左侧电阻之间的电压,故示数随物体M的移动,即随触头的移动而变化,故B正确,C、D错误.3.D当传感器所在处出现火情时,温度升高,则电阻R2的阻值减小,故外电阻减小,干路电流增大,内电压、R4两端的电压均增大,故a、b两端电压减小;并联电路的电压减小,通过R3的电流减小,而总电流增大,所以R2上通过的电流增大,故D正确.4.CD当磁体靠近干簧管时,两个簧片被磁化相互吸引而接通,故B错误,C正确;当磁体远离干簧管时,软磁性材料制成的簧片失去磁性,所以两簧片又分开,因此干簧管在电路中相当于开关的作用,A错误,D正确.5.CR1是光敏电阻,有光照射时,电阻变小,当有人通过而遮蔽光线时,R1的阻值变大,回路中的电流I减小,A、B间的电压减小,故①项错误,②项正确.由闭合电路欧姆定律得U=E-I(R1+r),当仅增大R2的阻值时,电路中的电流减小,A、B间的电压U增大,故③项正确.当减小R2的阻值时,电路中的电流增大,A、B间的电压U减小,故④项错误.应选C.6.D在0~t1内,I恒定,压力敏感元件阻值不变,由小球的受力不变可知,小车可能做匀速或匀加速直线运动,在t1~t2内,I变大,压力敏感元件阻值变小,压力变大,小车做变加速运动,A、B错误;在t2~t3内,I达到最大值且保持不变,压力最大且恒定,小车做匀加速直线运动,C错误,D正确.7.ACD由说明书中“功能与特点”的第二项可知,该自动干手机具有过热保护功能,其中必然用温度传感器来感知温度,温度过高时自动控制电路断开,选项A正确;由说明书中“功能与特点”的第一项可知,B错误,D正确;由能量守恒定律知,选项C正确.8.D该同学站在压力传感器上完成一次下蹲动作过程中,先向下加速,后向下减速,其加速度方向先向下后向上,即先失重后超重,D正确.9.DS闭合时传感器上恰好无示数,说明小球受竖直向上的电场力,且电场力大小等于重力.由楞次定律可判断磁感应强度B正在增强,根据法拉第电磁感应定律E=nΔΦΔt=U,Udq=mg,得ΔΦ10.A压力F作用时,极板间距d变小,由C=εrS4πkd,电容器电容C变大,又根据Q=CU,极板带电荷量变多,所以电容器应充电,灵敏电流计中产生由正接线柱流入的电流,所以指针将右偏.F不变时,极板保持固定后,充电结束,11.B光照增强或温度升高时排气扇都能启动,由此可见两个传感器一个是光传感器,一个是温度传感器,而且排气扇自动工作只需光照和温度其中一个满足条件即可,A、C、D错误,B正确.12.BC这种传感器输入的物理量是位移,输出的物理量是电流,A错误;当软铁芯插入或拔出线圈时,在线圈中产生方向相反的电流,则通过这种传感器线圈的电流是交变电流,B正确;因软铁芯的移动导致线圈中产生感应电流,则软铁芯是敏感元件,线圈是转换元件,C正确;当物体1向右移动时,软铁芯插入线圈的深度减小,则线圈的自感系数减小,D错误.13.D由图乙可知,当R的温度等于20℃时,热敏电阻的阻值R1=4kΩ,则由I1=ER1+Rg可得Rg=0.5kΩ,当电流I2=3.6mA时,由I2=ER2+Rg可得R2=2k14.答案(1)4m/s2方向向右(2)以方向向左、大小为10m/s2的加速度运动解析(1)如图所示,依题意