【创新设计】高中物理人教版选修3-2同步训练：6.1-传感器及其工作原理

对传感器的理解1．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程．下列属于这类传感器的是()A．红外报警装置B．走廊照明灯的声控开关C．自动洗衣机中的压力传感装置D．电饭煲中把握加热和保温的温控器解析遥控器是利用红外线传输信号的，故A项正确．答案A光敏电阻的特性2.图614如图614所示，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED间距不变，闭合开关S后，下列说法中正确的是()A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变D．无论怎样移动滑动触头P，L消耗的功率都不变解析当滑动触头P向左移动时，使其电阻减小，则流过二极管的电流增大，从而发光增加，使光敏电阻R的阻值减小，通过灯泡L的电流增大，则L消耗的功率增大，A正确，B、D错误；当滑动触头P向右移动时，可分析出L消耗的功率变小，C错误．故选A.答案A热敏电阻的特性3.图615如图615所示是观看电阻值随温度变化状况的示意图．现在把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化状况正确的是()A．假如R为金属热电阻，读数变大，且变化格外明显B．假如R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显C．假如R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化格外明显D．假如R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化不明显解析若为金属热电阻、温度上升后，电阻变大，读数变化不明显，A、B错误．若为热敏电阻，读数将明显变化，C对，D错．答案C霍尔元件原理分析及应用4.图616如图616所示是霍尔元件的工作原理示意图，假如用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，相对于一个霍尔元件d、k为定值，假如保持电流I恒定，则可以验证UH随B的变化状况．以下说法中正确的是()A．将永磁体的一个磁极渐渐靠近霍尔元件的工作面时，UH将变大B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平C．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平D．转变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化解析A一个磁极靠近霍尔元件工作面时，B增加，由UH＝keq\f(IB,d)，知UH将变大正确B两极处磁场可看作与地面垂直，所以工作面应保持水平正确C赤道处磁场可看作与地面平行，所以工作面应保持竖直错误D若磁场与工作面夹角为θ，则应有qvBsinθ＝qeq\f(UH,d)，可见θ变化时，UH将变化正确答案ABD(时间：60分钟)题组一对传感器的理解1．有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机，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，是由于()A．转变湿度 B．转变温度C．转变磁场 D．转变电容解析依据自动干手机工作的特征，手靠近干手机电热器工作，手撤离后电热器停止工作，人是一种导体，可以与其他导体构成电容器．手靠近时相当于连接一个电容器，可以确定干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近转变了电容大小，故D正确；用湿度和温度来驱动电热器工作，理论上可行，但是假如干手机是由于温度、湿度的变化工作就成了室内烘干机．答案D2.图617传感器是把非电学物理量(如位移、压力、流量、声强等)转换成电学量的一种元件．如图617所示为一种电容式传感器，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，电容器的电容量最大解析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＝eq\f(U,d)知场强变化，A错误；由C＝eq\f(εrS,4πkd)知d变化时C变化，a向右位移最大时，电容最大，D正确；由Q＝CU知a、b所带电荷量变化，电路中电流方向转变，B、C错误．答案D3．电容式传感器是用来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，如图618所示是四个电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，下列说法正确的是()图618A．甲图的传感器可以用来测量角度B．乙图的传感器可以用来测量液面的高度C．丙图的传感器可以用来测量压力D．丁图的传感器只能用来测量速度答案ABC题组二光敏电阻的特性4．如图619所示，将一光敏电阻接入多用电表两表笔上，将图619多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时，表针的偏角为θ；现用手掌拦住部分光线，表针的偏角为θ′，则可推断()A．θ′＝θ B．θ′＜θC．θ′＞θ D．不能确定解析光敏电阻的阻值随光照强度的增加而减小，用手掌拦住部分光线，阻值变大，指针自左向右偏转角度变小．答案B5.图6110如图6110所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时()A．电压表的示数增大B．R2中电流减小C．小灯泡的功率增大D．电路的路端电压增大解析当光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电压表的示数增大，A项正确，D项错误；由路端电压减小，而R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，C项正确．答案ABC6.图6111如图6111所示，为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器的基本工作原理是()A．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次解析光电计数器工作原理：当有物体拦住射到光敏电阻R1的光照时，R1电阻增大，电路中电流减小，R2两端电压降低，信号处理系统得到低电压，计数器每由高电压转到低电压，就计一个数，从而达到自动计数的目的．答案AC题组三热敏电阻的特性7.图6112如图6112所示，是家用电冰箱的压缩启动装置的电路．其中的运行绕阻是电冰箱在工作时电动机定子，由于沟通是单相的，启动时必需依靠启动绕阻的挂念才能产生旋转磁场，在启动绕阻的支路中串联有一个PTC元件，这是一种以酞酸钡为主要材料的热敏电阻器，电流流过PTC元件，元件发热，它的电阻率随温度上升而发生显著变化，当电动机正常转动以后，PTC元件温度较高，电阻很大，启动绕阻电流很小．以下推断正确的是()A．电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少B．电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少C．电冰箱启动后，启动绕阻功率不变，运行绕阻功率是变化的D．电冰箱启动后，启动绕阻功率是变化的，运行绕阻功率不变解析启动时，由于PTC元件温度低，电阻小，故耗电多，B正确；启动后，随PTC元件温度上升，PTC元件电阻增大，通过启动绕阻的电流减小，故启动绕阻功率是变化的，而运行绕阻电压不变，故功率不变，则D正确．答案BD8.图6113如图6113所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时()A．R1两端的电压增大B．电流表的示数增大C．小灯泡的亮度变强D．小灯泡的亮度变弱解析R2与灯L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻R2的阻值增大，外电路电阻增大，电流表读数变小，R1两端电压减小，灯L两端电压增大，灯泡亮度变强，故C正确，其余各项均错．答案C9．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中，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6114甲所示，电源的电动势E＝9V，内阻不计；G为灵敏电流表，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其电阻阻值与温度的变化关系如图6114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，图6114A．60℃ BC．100℃ D解析在20℃时，E＝(Rg＋R1)I1，得Rg＝500Ω，在温度为t时，E＝(Rg＋R2)I2，即9＝(500＋R2)×3.6×10－3，得R2＝2000Ω，从图乙中可以看出t＝答案D10.图6115如图6­1­15所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发觉小灯泡亮度变化是________，发生这一现象的主要缘由是()A．小灯泡的电阻发生了变化B．小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化C．电阻丝的电阻率随温度发生了变化D．电源的电压随温度发生了变化解析电阻丝的电阻率随温度的上升而增大，电阻也增大，电路中电流减小，依据P＝I2R知，小灯泡的实际功率减小，所以变暗．答案变暗C题组四霍尔元件原理分析及应用11.图6116如图6­1­16所示是霍尔元件的示意图，一块通电的铜板放在磁场中，板面垂直于磁场，板内通有如图方向的电流，a、b是铜板上、下边缘的两点，则()A．电势φa＞φbB．电势φb＞φaC．电流增大时，|φa－φb|增大D．其他条件不变，将铜板改为NaCl水溶液时，电势结果仍旧一样解析铜板中的自由电荷是电子，电子定向移动的方向与电流的方向相反，由左手定则可推断出电子因受洛伦兹力作用向b侧偏转，所以φa＞φb，A对，B错；因|φa－φb|＝keq\f(IB,d)，所以电流增大时，|φa－φb|增大，C对；若将铜板改为NaCl溶液，溶液中的正、负离子均向a侧偏转，|φa－φb|＝0，即不产生霍尔效应，故D选项错误．答案AC12．一种半导体材料称为“霍尔材料”，用它制成的元件称为“霍尔元件”，这种材料有可定向移动的电荷，称为“载流子”，每个载流子的电荷量大小为1个元电荷量，即q＝1.6×10－19C，霍尔元件在自动检测、把握领域得到广泛应用，如录像机中用来测量录像磁鼓的转速、图6117在一次试验中，一块霍尔材料制成的薄片宽eq\x\to(ab)＝1.0×10－2m、长eq\x\to(bc)＝4.0×10－2m、厚h＝1×10－3m，水平放置在竖直方向上的磁感应强度B＝1.5T的匀强磁场中，bc方向通有I＝3.0A的电流，如图6117所示，沿宽度产生1.0×10－5V的横向电压．(1)假定载流子是电子，a、b两端中哪端电势较高？(2)薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率多大？解析(1)依据左手定则可确定a端电势高．(2)当导体内由于载