2019-2020学年高中物理第6章传感器第1节传感器及其工作原理同步作业含解析 人教版选修3-2 6页

第1节 传感器及其工作原理 ‎1．(多选)如图所示，干簧管放在磁场中时两个舌簧能被磁化．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．干簧管接入电路中相当于开关的作用 D．干簧管是作为电控元件以实现自动控制的 CD　解析　干簧管能感知磁场，因为两个舌簧由软磁性材料制成，当周围存在磁场时，两个舌簧被磁化，就会相互吸引，所以是作开关来使用，作为控制元件以实现自动控制的，选项C、D正确．‎ ‎2．如图所示是观察电阻阻值随温度变化情况的示意图．现在把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是(　　)‎ A．如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显 B．如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显 C．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化非常明显 D．如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化不明显 C　解析　热敏电阻的阻值随温度的升高而明显减小，所以如果R为热敏电阻，读数会非常明显地减小，选项C正确，D错误；金属热电阻的阻值随温度的升高而增大，但变化较小，不是很明显，选项A、B错误．‎ ‎3．电动自行车是一种应用广泛的交通工具，其速度控制是通过转动右把手实现的，这种转动把手称为“霍尔转把”，属于传感器非接触控制．转把内部有永久磁铁和霍尔器件等，截面如图甲所示．开启电源时，在霍尔器件的上、下面之间加一定的电压，形成电流，如图乙所示．随着转把的转动，其内部的永久磁铁也跟着转动，霍尔器件能输出控制车速的电压，已知电压与车速关系如图丙所示．下列关于“霍尔转把”叙述正确的是(　　)‎ 6‎ A．为提高控制的灵敏度，永久磁铁的上、下端分别为N、S极 B．按图甲顺时针转动电动车的右把手，车速将变快 C．图乙中从霍尔器件的左、右侧面输出控制车速的霍尔电压 D．若霍尔器件的上、下面之间所加电压正负极性对调，将影响车速控制 B　解析　 由于在霍尔器件的上、下面之间加一定的电压，形成电流，当永久磁铁的上、下端分别为N、S极时，磁场方向与电子的移动方向平行，则电子不受洛伦兹力作用，则霍尔器件不能输出控制车速的霍尔电压，选项A错误；当按图甲顺时针转动电动车的右把手，霍尔器件周围的磁场增强，则霍尔器件输出控制车速的霍尔电压增大，因此车速将变快，选项B正确；根据题意，结合图乙的示意图，则永久磁铁的N、S极可能在左、右侧面，或在前、后表面，因此从霍尔器件输出控制车速的霍尔电压，不一定在霍尔器件的左、右侧面，也可能在前、后表面，选项C错误；当霍尔器件的上、下面之间所加电压正负极性对调，从霍尔器件输出控制车速的霍尔电压正负号相反，由图丙可知，不会影响车速控制，选项D错误．‎ ‎4．(多选)电容式话筒的工作原理如图所示．D是绝缘支架，薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电源充电，当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流．当膜片向右运动的过程中有(　　)‎ A．电容变大 B．电容变小 C．导线AB中有向左的电流 D．导线AB中有向右的电流 AC　解析　当膜片向右运动的过程中，相当于电容器两板间距d变小，由C＝可知，选项A正确，B错误；由Q＝CU知，电容器充电，选项C正确，D错误．‎ ‎5．(多选)如图所示为电阻R随温度T变化的图线．下列说法正确的是(　　)‎ A．图线1是热敏电阻的图线，它是用金属材料制成的 B．图线2是热敏电阻的图线，它是用半导体材料制成的 C．图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高 D．图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高 BD　解析　‎ 6‎ 金属热电阻的阻值随温度升高而增大，半导体材料的热敏电阻的阻值随温度升高而减小，选项A错误，B正确；图线1对应的材料化学稳定性好但灵敏度低，图线2对应的材料化学稳定性差但灵敏度高，选项C错误，D正确．‎ ‎6．(多选)如图所示，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 ABC　解析　当照射光强度增大时，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，选项A正确，D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，选项B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，选项C正确．‎ ‎7．(多选)如图所示是某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻、R2为定值电阻，A、B接监控装置，则(　　)‎ A．当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压升高 B．当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压降低 C．当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压 D．当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压 BC　解析　R1是光敏电阻，当有人通过而遮住光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B间的电压U＝IR2减小，故选项A错误，B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，故选项C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，故选项D错误．‎ ‎8．如图所示是一火警报警电路的示意图．其中R3为用半导体材料制成的传感器，这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而减小．值班室的显示器为电路中的电流表，电源两极之间接一报警器．当传感器R3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(　　)‎ 6‎ A．I变大　U变小 B．I变小　U变小 C．I变小　U变大 D．I变大　U变大 B　解析　当传感器R3所在处出现火情时，温度升高，R3阻值减小，电路总电阻减小，总电流增大，由路端电压U＝E－I总r可知，U减小，由U并＝E－I总(r＋R1)可知，U并减小，故通过R2的电流I变小，选项B正确．‎ ‎[能力提升]‎ ‎9．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工作的．如图甲所示，电源的电动势E＝9.0 V，内阻不计；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所示．闭合开关S，当R的温度等于20 ℃时，电流表示数I1＝2 mA，当电流表的示数I2＝3.6 mA 时，热敏电阻的温度是(　　)‎ A．60 ℃ B．80 ℃‎ C．100 ℃ D．120　℃‎ D　解析　从图乙查得t＝20 ℃时，R的阻值为4 kΩ，由E＝I1(R＋Rg)得Rg＝－R＝ kΩ－4 kΩ＝0.5 kΩ，‎ 当I2＝3.6 mA时，设热敏电阻的阻值为R′，则 R′＝－Rg＝ kΩ－0.5 kΩ＝2 kΩ，‎ 从图乙查得此时对应的温度t2＝120 ℃，故选项D正确．‎ ‎10．如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻不计．不称物体时，滑片P在A端，滑动变阻器接入电路的有效电阻最大，电流较小；称物体时，在压力作用下滑片P下滑，使滑动变阻器的有效电阻变小，电流变大，这样把电流对应的重力值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的重力值．若滑动变阻器上A、B间距离为L，最大阻值等于定值电阻的阻值R0，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k，则所称重物的重力G与电流大小I的关系为(　　)‎ 6‎ A．G＝kL B．G＝kL C．G＝kL D．G＝kIL A　解析　物体在地磅上，所以G＝kΔx，在回路中，因为＝，所以Rx＝·，因为整个回路I＝，则E＝I，所以＝G，则G＝Lk，选项A正确．‎ ‎11．一块半导体薄片(称为霍尔元件)，其横截面为矩形，体积为b×c×d，如图所示．已知其单位体积内的电子数为n、电阻率为ρ、电子电荷量为e.将此元件放在匀强磁场中，磁场方向沿z轴方向，并通有沿x轴方向的电流I.‎ ‎(1)此元件的C、C′两个侧面中，哪个面电势高？‎ ‎(2)试证明在磁感应强度一定时，此元件的C、C′两个侧面的电势差与其中的电流成正比；‎ ‎(3)磁强计是利用霍尔效应来测量磁感应强度B的仪器．其测量方法为：将导体放在匀强磁场之中，用毫安表测量通过的电流I，用毫伏表测量C、C′间的电压UCC′，就可测得B．若已知其霍尔系数k＝＝10 mV/mA·T，并测得UCC′＝0.6 mV，I＝3 mA．试求该元件所在处的磁感应强度B的大小．‎ 解析　(1)因电子的运动方向与电流的方向相反，再由左手定则可知，电子向C面偏移，所以C′面电势较高．‎ ‎(2)假设电子定向移动速度为v，又I＝，q＝nebdvt，可得I＝nebdv.‎ 稳定时有Bev＝，可得UCC′＝I，式中各量均为定值，所以C、C′侧面的电势差与其中的电流成正比．‎ ‎(3)由(2)可知B＝，代入数据得B＝0.02 T.‎ 6‎ 答案　(1)C′面　(2)见解析　(3)0.02 T ‎12．角速度计可测得航天器自转的角速度ω，其结构如图所示，当系统绕OO′轴转动时，元件A在光滑杆上发生滑动．并输出电信号成为航天器的制导信号源．已知A质量为m，弹簧的劲度系数为k，原长为L0，电源电动势为E，内阻不计，滑动变阻器总长为L，电阻分布均匀，系统静止时滑动变阻器滑动触头P在中点，与固定接头Q正对，当系统以角速度ω转动时，求：‎ ‎(1)弹簧形变量x与ω的关系式；‎ ‎(2)电压表的示数U与角速度ω的函数关系．‎ 解析　当系统绕OO′轴转动时，A在光滑杆上发生滑动，使弹簧发生形变，触头P也随之移动．‎ ‎　　(1)由牛顿第二定律有F＝mω2R，R＝L0＋x，‎ 即kx＝mω2(L0＋x)，x＝.‎ ‎(2)电压表的示数U＝E＝.‎ 答案　(1)x＝　(2)U＝ 6‎