習(xí)題1：傳感器及其工作原理

傳感器及其工作原理習(xí)題1.關(guān)于傳感器，下列說(shuō)法正確的是()A．所有傳感器都是由半導(dǎo)體材料做成的B．金屬材料也可以制成傳感器C．干簧管是一種能夠感知電場(chǎng)的傳感器D．傳感器一定是通過(guò)感知電壓的變化來(lái)傳遞信號(hào)的答案：B2.霍爾元件能轉(zhuǎn)換哪個(gè)物理量()A．把溫度這個(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換成電阻這個(gè)電學(xué)量B．把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個(gè)電學(xué)量C．把力這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個(gè)電學(xué)量D．把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換成電阻這個(gè)電學(xué)量答案：B圖6－1－83.如圖6－1－8為電阻R隨溫度T變化的圖線，下列說(shuō)法中正確的是()A．圖線1是熱敏電阻的圖線，它是用金屬材料制成的B．圖線2是熱敏電阻的圖線，它是用半導(dǎo)體材料制成的C．圖線1的材料化學(xué)穩(wěn)定性好、測(cè)溫范圍大、靈敏度高D．圖線2的材料化學(xué)穩(wěn)定性差、測(cè)溫范圍小、靈敏度高解析：選BD.熱敏電阻是由半導(dǎo)體材料制成的，其穩(wěn)定性差，測(cè)溫范圍小，但靈敏度高，其電阻隨著溫度的升高而減小．金屬電阻阻值隨溫度的升高而增大，圖線1是金屬電阻，圖線2是熱敏電阻．圖6－1－94.(2022·大同一中高二月考)如圖6－1－9所示，R3是光敏電阻，當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合后在沒(méi)有光照射時(shí)，a、b兩點(diǎn)等電勢(shì)，當(dāng)用光照射電阻R3時(shí)，則()A．R3的電阻變小，a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)B．R3的電阻變小，a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)C．R3的電阻變大，a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)D．R3的電阻變大，a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)解析：選A.光照射R3時(shí)，由光敏電阻特性，R3的電阻變小，通過(guò)R3的電流增加，R3的電壓減小，R4的電壓增加，a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)，A正確．5.隨著生活質(zhì)量的提高，自動(dòng)干手機(jī)已進(jìn)入我們的生活．洗手后，將濕手靠近自動(dòng)干手機(jī)，機(jī)內(nèi)的傳感器便驅(qū)動(dòng)電熱器加熱，有熱空氣從機(jī)內(nèi)噴出，將濕手烘干．手靠近干手機(jī)能使傳感器工作，是因?yàn)?)A．改變了濕度 B．改變了溫度C．改變了磁場(chǎng) D．改變了電容解析：選D.根據(jù)自動(dòng)干手機(jī)工作的特征，即手靠近，電熱器開(kāi)始工作，手撤離，電熱器停止工作，不難判斷出傳感器的種類．人是導(dǎo)體，可以和其他導(dǎo)體構(gòu)成電容器，因此物理學(xué)上有人體電容之說(shuō)，手靠近干手機(jī)相當(dāng)于連接進(jìn)一個(gè)電容器，故可以確認(rèn)干手機(jī)內(nèi)設(shè)置有電容式傳感器，手靠近改變了電容．能否利用溫度和濕度來(lái)驅(qū)使電熱器工作呢？理論上可行，但作為干手機(jī)，這種傳感器的設(shè)置有很大的缺陷，干手機(jī)周圍的環(huán)境(如溫度、濕度)一年四季都在變化，與手靠近無(wú)關(guān)，假如溫度、濕度發(fā)生變化干手機(jī)就馬上工作，豈不成了“室內(nèi)烘干機(jī)”，故選D.一、選擇題1.(2022·高考江蘇卷)美國(guó)科學(xué)家WillardS．Boyle與GeorgeE．Smith因電荷耦合器件(CCD)的重要發(fā)明榮獲2022年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．CCD是將光學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量的傳感器．下列器件可作為傳感器的有()A．發(fā)光二極管 B．熱敏電阻C．霍爾元件 D．干電池解析：選BC.發(fā)光二極管有單向?qū)щ娦?，A錯(cuò)；熱敏電阻和霍爾元件都可作為傳感器，B、C對(duì)；干電池是電源，D錯(cuò)．2.傳感器的種類多種多樣，其性能也各不相同，空調(diào)機(jī)在室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定的溫度后，會(huì)自動(dòng)停止工作，空調(diào)機(jī)內(nèi)使用的傳感器是()A．生物傳感器 B．紅外傳感器C．溫度傳感器 D．壓力傳感器解析：選C.空調(diào)機(jī)根據(jù)溫度調(diào)節(jié)工作狀態(tài)，所以內(nèi)部使用了溫度傳感器，故C正確．圖6－1－103.如圖6－1－10是觀察電阻隨溫度變化情況的示意圖．現(xiàn)在把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴?，關(guān)于歐姆表的讀數(shù)變化情況正確的是()A．如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變大，且變化非常明顯B．如果R為金屬熱電阻，讀數(shù)變小，且變化不明顯C．如果R為熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制作)，讀數(shù)變化非常明顯D．如果R為熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制作)，讀數(shù)變化不明顯解析：選C.若為金屬熱電阻，溫度升高后，電阻變大，讀數(shù)變化不明顯，A、B錯(cuò)誤．若為熱敏電阻，讀數(shù)將明顯變化，C對(duì)D錯(cuò)．4.如圖6－1－11所示，R1為定值電阻，R2為熱敏電阻，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)()圖6－1－11A．R1兩端的電壓增大B．電流表的示數(shù)增大C．小燈泡的亮度變強(qiáng)D．小燈泡的亮度變?nèi)踅馕觯哼xC.熱敏電阻的阻值隨溫度的降低而增大，R2與L并聯(lián)后與R1串聯(lián)，根據(jù)串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)，干路中總電阻變大，總電流變小，故電流表示數(shù)變小，R1兩端的電壓變小，小燈泡兩端的電壓變大，小燈泡的亮度變強(qiáng)，故C正確．圖6－1－125.為監(jiān)測(cè)某化工廠的污水排放量，技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖6－1－12所示的流量計(jì)．該裝置由絕緣材料制成，長(zhǎng)、寬、高分別為a、b、c，左右兩端開(kāi)口，在垂直于上下底面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在前后兩個(gè)內(nèi)側(cè)面分別固定有金屬板作為電極．污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時(shí)，電壓表將顯示兩個(gè)電極間的電壓U.若用Q表示污水流量(單位時(shí)間內(nèi)排出的污水體積)，下列說(shuō)法中正確的是()A．若污水中正離子較多，則前表面比后表面電勢(shì)高B．若污水中負(fù)離子較多，則前表面比后表面電勢(shì)高C．污水中離子濃度越高，電壓表的示數(shù)將越大D．污水流量Q與U成正比，與a、b無(wú)關(guān)解析：選D.這個(gè)題目主要考查電磁感應(yīng)知識(shí)，與課本中本節(jié)課介紹的霍爾元件工作原理相似，等效為金屬桿切割類的問(wèn)題，根據(jù)U＝Bbv，v為污水的流速，b為等效切割的長(zhǎng)度，一定要注意這個(gè)等效關(guān)系，否則就會(huì)得出錯(cuò)誤的結(jié)論．根據(jù)右手定則可以判斷出，無(wú)論污水中正離子較多還是污水中負(fù)離子較多，總是后表面比前表面電勢(shì)高，電壓表的示數(shù)不僅僅與污水中離子濃度有關(guān)，還與流速等因素有關(guān)．由U＝Bbv和Q＝bcv可知Q＝cU/B，污水流量Q與U成正比，與a、b無(wú)關(guān)．圖6－1－136.(2022·四川南充高中高二檢測(cè))如圖6－1－13所示為一測(cè)定液面高低的傳感器示意圖，A為固定的導(dǎo)體芯，B為導(dǎo)體芯外面的一層絕緣物質(zhì)，C為導(dǎo)電液體，把傳感器接到圖示電路中，已知靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向相同．如果發(fā)現(xiàn)指針正向右偏轉(zhuǎn)，則導(dǎo)電液體深度h的變化為()A．正在增大 B．正在減小C．不變 D．無(wú)法確定解析：選B.由電源極性及電流方向可知，A、B構(gòu)成的電容器上的電荷量減小，據(jù)C＝eq\f(Q,U)，電容C在減小，可推知正對(duì)面積S減小，即h在減?。畧D6－1－147.如圖6－1－14所示為測(cè)定壓力的電容式傳感器，將平行板電容器、靈敏電流表(零刻度在中間)和電源串聯(lián)成閉合電路，當(dāng)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)，膜片發(fā)生形變，引起電容的變化，導(dǎo)致靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)，在對(duì)膜片開(kāi)始施加壓力使膜片電極從圖中的虛線推到圖中實(shí)線位置并保持固定的過(guò)程中，靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)情況為(電流從電流表正接線柱流入時(shí)指針向右偏)()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動(dòng)D．向左偏到某一刻度后不動(dòng)解析：選A.壓力F作用時(shí)，極板間距d變小，由C＝eq\f(εrS,4πkd)，電容器電容C變大，又根據(jù)Q＝CU，極板帶電荷量變大，所以電容器應(yīng)充電，靈敏電流計(jì)中產(chǎn)生由正接線柱流入的電流，所以指針將右偏．F不變時(shí)，極板保持固定后，充電結(jié)束，指針回到零刻度，故選A.圖6－1－15eq\a\vs4\al(8.)電容式話筒的工作原理如圖6－1－15所示．D是絕緣支架，薄金屬膜M和固定電極N形成一個(gè)電容器，被直流電源充電，當(dāng)聲波使膜片振動(dòng)時(shí)，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流，當(dāng)膜片向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中有()A．電容變大B．電容變小C．導(dǎo)線AB中有向左的電流D．導(dǎo)線AB中有向右的電流解析：選AC.當(dāng)膜片向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，相當(dāng)于電容器兩板間距d變小，由C＝eq\f(εrS,4πkd)可知A對(duì)，B錯(cuò)．由Q＝CU知，電容器充電，所以C對(duì)，D錯(cuò)．eq\a\vs4\al(9.)如圖6－1－16所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻．此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是()圖6－1－16A．當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓B．當(dāng)有光照射R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓C．信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次D．信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次解析：選AC.當(dāng)光照射到光敏電阻R1上時(shí)，R1電阻減小，電路中電流增大，R2兩端電壓升高，信號(hào)處理系統(tǒng)得到高電壓，計(jì)數(shù)器每由高電壓轉(zhuǎn)到低電壓，就計(jì)一個(gè)數(shù)，從而達(dá)到自動(dòng)計(jì)數(shù)目的，由以上分析選項(xiàng)A、C正確．eq\a\vs4\al(10.)(2022·廣東省實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二檢測(cè))有一種測(cè)量人體重的電子秤，其原理如圖6－1－17中的虛線所示，它主要由三部分構(gòu)成：踏板、壓力傳感器R(是一個(gè)阻值可隨壓力大小而變化的電阻器)、顯示體重的儀表G(實(shí)質(zhì)是理想電流表)．設(shè)踏板的質(zhì)量可忽略不計(jì)，已知理想電流表的量程為3A，電源電動(dòng)勢(shì)為12V，內(nèi)阻為2Ω，電阻R隨壓力變化的函數(shù)式為R＝30－(F和R的單位分別是N和Ω)．下列說(shuō)法正確的是()圖6－1－17A．該秤能測(cè)量的最大體重是1400NB．該秤能測(cè)量的最大體重是1300NC．該秤零刻度線(即踏板空載時(shí)的刻度線)應(yīng)標(biāo)在電流表G刻度盤(pán)A處D．該秤零刻度線(即踏板空載時(shí)的刻度線)應(yīng)標(biāo)在電流表G刻度盤(pán)A處解析：選AC.設(shè)電流達(dá)到Imax＝3A時(shí)壓力傳感器的阻值為Rm，由閉合電路歐姆定律得Imax＝eq\f(E,Rm＋r)所以Rm＝eq\f(E,Imax)－r＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(12,3)－2))Ω＝2Ω根據(jù)R＝30－得，與Rm＝2Ω對(duì)應(yīng)的壓力為Fmax＝eq\f(30－R,＝eq\f(30－2,N＝1400N，選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤．當(dāng)壓力為零時(shí)，壓力傳感器的電阻為R0，則由R＝30－知R0＝30Ω.這時(shí)電流為I0＝eq\f(E,R0＋r)＝eq\f(12,30＋2)A＝A，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤．二、非選擇題圖6－1－18eq\a\vs4\al(11).計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)上的每一個(gè)按鍵下面都有一個(gè)電容傳感器．電容的計(jì)算公式是C＝εeq\f(S,d)，其中常量ε＝×10－12F·m－1，S表示兩金屬片的正對(duì)面積，d表示兩金屬片間的距離．當(dāng)某一鍵被按下時(shí)，d發(fā)生改變，引起電容器的電容發(fā)生改變，從而給電子線路發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)．已知兩金屬片的正對(duì)面積為50mm2，鍵未被按下時(shí)，兩金屬片間的距離為mm.只要電容變化達(dá)pF，電子線路就能發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)．那么為使按鍵得到反應(yīng)，至少需要按下多大距離？解析：未按下時(shí)電容C1＝pF，再由eq\f(C1,C2)＝eq\f(d2,d1)得eq\f(ΔC,C2)＝eq\f(Δd,d1)和C2＝pF，得Δd＝mm.答案：mmeq\a\vs4\al(12).一種半導(dǎo)體材料稱為“霍爾材料”，用它制成的元件稱為“霍爾元件”，這種材料有可定向移動(dòng)的電荷，稱為“載流子”，每個(gè)載流子的電荷量大小為1個(gè)元電荷量，即q＝×10－19C，霍爾元件在自動(dòng)檢測(cè)、控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如錄像機(jī)中用來(lái)測(cè)量錄像磁鼓的轉(zhuǎn)速、電梯中用來(lái)檢測(cè)電梯門(mén)是否關(guān)閉以及自動(dòng)控制升降電動(dòng)機(jī)的電源的通斷等．在一次實(shí)驗(yàn)中，一塊霍爾材料制成的薄片寬AB＝×10－2m、長(zhǎng)BC＝×10－2m、厚h＝1×10－3m，水平放置在豎直方向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，BC方向通有I＝A的電流，如圖6－1－19所示，沿寬度產(chǎn)生×10－5V的橫向電壓．圖6－1－19(1)假定載流子是電子，A、B兩端中哪端電勢(shì)較高？(2)薄板中形成電流I的載流子定向運(yùn)動(dòng)的速率多大？解析