高二物理下冊(cè)課時(shí)隨堂訓(xùn)練題66

第三章傳感器第一節(jié)認(rèn)識(shí)傳感器1．國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB7665－87)給出的傳感器定義是：能感受規(guī)定的被測(cè)量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由____________、____________和____________組成．2．傳感器是一種________裝置，能感受到被測(cè)量的________，并能將檢測(cè)感受到的信息按一定規(guī)律變換成為________或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的________、處理、________、顯示、記錄和________等要求．3．傳感器可按下列三種不同的方法進(jìn)行分類：(1)按__________分類；(2)按____________分類；(3)按________________分類．4．為解決樓道的照明問題，在樓道內(nèi)安裝一個(gè)傳感器與控制電燈的電路相接．當(dāng)樓道內(nèi)有走動(dòng)且發(fā)出聲響時(shí)，電燈即被電源接通而發(fā)光，這種傳感器為________傳感器，它輸入的是________信號(hào)，經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后，輸出的是________信號(hào)．5．(雙選)下述儀器或裝置用到傳感器的有()A．自動(dòng)報(bào)警器B．天平C．電視遙控器D．秒表6．(雙選)傳感器是一種采集信息的重要器件，如圖1所示是一種測(cè)定壓力的電容式傳感器，當(dāng)待測(cè)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)，可使膜片產(chǎn)生形變，引起電容的變化，將電容器、靈敏電流計(jì)和電源串接成閉合電路，那么以下說法正確的是()圖1A．若F向上壓膜片電極時(shí)，電容將減小B．若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F發(fā)生變化C．若電流計(jì)有向右的電流通過，則壓力F在增大D．電流計(jì)有向右的電流通過，則壓力F在減小7．在電梯門口放置一障礙物，會(huì)發(fā)現(xiàn)電梯門不停地開關(guān)，這是由于在電梯門上裝有的傳感器是()A．光傳感器B．溫度傳感器C．聲傳感器D．壓力傳感器【概念規(guī)律練】知識(shí)點(diǎn)一電容式話筒的工作原理1．(雙選)電容式話筒的保真度比動(dòng)圈式話筒好，其工作原理如圖2所示．Q是絕緣支架，薄金屬膜M和固定電極N形成一個(gè)電容器，被直流電流充電．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)的過程中，有()圖2A．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2．(雙選)如圖3所示，電容式話筒右側(cè)固定不動(dòng)的金屬板b與能在聲波驅(qū)動(dòng)下沿聲源水平方向振動(dòng)的鍍有金屬層的振動(dòng)膜a構(gòu)成一個(gè)電容器，a、b分別通過導(dǎo)線與恒定電源兩極相接．聲源S做位移為x＝Asin2000πt的振動(dòng)，則有()圖3A．a(chǎn)振動(dòng)過程中a、b板之間的電場(chǎng)強(qiáng)度不變B．導(dǎo)線中的電流的頻率為2000HzC．導(dǎo)線中的電流的頻率為1000HzD．a(chǎn)向右位移最大時(shí)，a、b板形成的電容最大知識(shí)點(diǎn)二霍爾元件3．如圖4所示，有電流I流過長(zhǎng)方體金屬塊，金屬塊寬為d，高為b，有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于紙面向里，金屬塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，問：金屬塊上、下表面哪面電勢(shì)高？電勢(shì)差是多少？圖44．圖5是霍爾元件的工作原理示意圖，如果用d表示薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)，對(duì)于一個(gè)霍爾元件d、k為定值，如果保持I恒定，則可以驗(yàn)證UH隨B的變化情況．以下說法不正確的是(工作面是指較大的平面)()圖5A．將永磁體的一個(gè)磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面，UH將變大B．在測(cè)定地球兩極的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平C．在測(cè)定地球赤道上的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平D．改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，UH將發(fā)生變化【方法技巧練】傳感器電路的分析技巧5．動(dòng)圈式話筒和磁帶錄音機(jī)都應(yīng)用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，圖6甲所示是話筒原理圖，圖乙所示是錄音機(jī)的錄音、放音原理圖，由圖可知圖6①話筒工作時(shí)磁鐵不動(dòng)，線圈移動(dòng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流②錄音機(jī)放音時(shí)變化的磁場(chǎng)在靜止的線圈里產(chǎn)生感應(yīng)電流③錄音機(jī)放音時(shí)線圈中變化的電流在磁頭縫隙處產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)④錄音機(jī)錄音時(shí)線圈中變化的電流在磁頭縫隙處產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)其中正確的是()A．②③④B．①②③C．①②④D．①③④6．如圖7所示為某種電子秤的原理示意圖，AB為一均勻的滑線電阻，阻值為R，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，兩邊分別有P1、P2兩個(gè)滑動(dòng)頭，P1可在豎直絕緣光滑的固定桿MN上保持水平狀態(tài)而上下自由滑動(dòng)，彈簧處于原長(zhǎng)時(shí)，P1剛好指著A端，P1與托盤固定相連，若P1、P2間出現(xiàn)電壓，該電壓經(jīng)過放大，通過信號(hào)轉(zhuǎn)換后在顯示屏上將顯示物體重力的大?。阎獜椈傻膭哦认禂?shù)為k，托盤自身質(zhì)量為m0，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻不計(jì)，當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間.求：圖7(1)托盤上未放物體時(shí)，在托盤自身重力作用下，P1離A的距離x1；(2)托盤上放有質(zhì)量為m的物體時(shí)，P1離A的距離x2；(3)在托盤上未放物體時(shí)通常先校準(zhǔn)零點(diǎn)，其方法是：調(diào)節(jié)P2，使P2離A的距離也為x1，從而使P1、P2間的電壓為零．校準(zhǔn)零點(diǎn)后，將物體m放在托盤上，試推導(dǎo)出物體質(zhì)量m與P1、P2間的電壓U之間的函數(shù)關(guān)系式．1．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．把力轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量D．把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量2．電子秤使用的是()A．超聲波傳感器B．壓力傳感器C．溫度傳感器D．紅外傳感器3．(雙選)關(guān)于話筒，下列說法正確的是()A．無論動(dòng)圈式話筒、電容式話筒，還是駐極體話筒，作用都相同，都將聲波這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換成了電壓或電流這個(gè)電學(xué)量B．電容式話筒和駐極體話筒的原理相同，都是聲波的變化引起電容變化，進(jìn)而引起輸出電壓的變化C．動(dòng)圈式話筒利用通電線圈在磁場(chǎng)中受安培力振動(dòng)實(shí)現(xiàn)聲向電的轉(zhuǎn)化D．因?yàn)轳v極體話筒內(nèi)價(jià)格便宜、靈敏度高，會(huì)場(chǎng)大都使用駐極體話筒4．慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于彈道式導(dǎo)彈工程中，這個(gè)系統(tǒng)的重要元件之一是加速度計(jì)．加速度計(jì)構(gòu)造和原理的示意圖如圖8所示：沿導(dǎo)彈長(zhǎng)度方向安裝的固定光滑桿上套一質(zhì)量為m的滑塊，滑塊兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連；兩彈簧的另一端與固定壁相連．滑塊原來靜止，彈簧處于自然長(zhǎng)度，滑塊上有指針，可通過標(biāo)尺測(cè)出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行制導(dǎo)．設(shè)某段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運(yùn)動(dòng)，指針向左偏離O點(diǎn)的距離為x，則這段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度()圖8A．方向向左，大小為kx/mB．方向向右，大小為kx/mC．方向向左，大小為2kx/mD．方向向右，大小為2kx/m5．利用傳感器和計(jì)算機(jī)可以研究快速變化的力的大小．實(shí)驗(yàn)時(shí)，把圖9甲中的小球舉高到繩子的懸點(diǎn)O處，然后讓小球自由下落．用這種方法獲得的彈性繩的拉力隨時(shí)間的變化圖線如圖乙所示．根據(jù)圖線所提供的信息，以下判斷正確的是()圖9A．t2時(shí)刻小球所處位置是運(yùn)動(dòng)中最高點(diǎn)B．t1～t2期間小球速度先增大后減小C．t3時(shí)刻小球動(dòng)能最小D．t2與t5時(shí)刻小球速度大小不同6．如圖10所示，兩塊水平放置的金屬板距離為d，用導(dǎo)線、電鍵K與一個(gè)n匝的線圈連接，線圈置于方向豎直向上的變化磁場(chǎng)B中．兩板間放一臺(tái)小壓力傳感器，壓力傳感器上表面靜止放置一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為＋q的小球．K斷開時(shí)傳感器上有示數(shù)，K閉合時(shí)傳感器上恰好無示數(shù)．則線圈中的磁場(chǎng)B的變化情況和磁通量變化率分別是()圖10A．正在增加，eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(mgd,q)B．正在減弱，eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(mgd,nq)C．正在減弱，eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(mgd,q)D．正在增加，eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(mgd,nq)7．(雙選)傳感器是把非電學(xué)物理量(如位移、速度、壓力、角度等)轉(zhuǎn)換成電學(xué)物理量(如電壓、電流、電荷量等)的一種元件．如圖11所示的甲、乙、丙、丁是四種常見的電容式傳感器，下列說法正確的是()圖11A．甲圖中兩極板帶電荷量不變，若電壓變小，可判斷出h變小B．乙圖中兩極板帶電荷量不變，若電壓變大，可判斷出θ變大C．丙圖中兩極間的電壓不變，若有電流流向傳感器的負(fù)極，則s變小D．丁圖中兩極間的電壓不變，若有電流流向傳感器的正極，則F變大8．如圖12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)成閉合回路，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)()圖12A．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)9．傳感器是把非電學(xué)物理量(如位移、壓力、流量、聲強(qiáng)等)轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的一種元件．如圖13所示為一種電容式傳感器，電路可將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)．電路中a、b構(gòu)成一個(gè)電容器，b是固定不動(dòng)的金屬板，a是能在聲波驅(qū)動(dòng)下沿水平方向振動(dòng)的鍍有金屬層的振動(dòng)膜．若聲源S發(fā)出頻率恒定的聲波使a振動(dòng)，則a在振動(dòng)過程中(圖13A．a(chǎn)、b板之間的電場(chǎng)強(qiáng)度不變B．a(chǎn)、b板所帶的電荷量不變C．電路中始終有方向不變的電流D．向右位移最大時(shí)，電容器的電容量最大10．有一些星級(jí)賓館的洗手間裝有自動(dòng)干手機(jī)，洗手后將濕手靠近，機(jī)內(nèi)的傳感器就開通電熱器加熱，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．改變濕度B．改變溫度C．改變磁場(chǎng)D．改變電容題號(hào)12345678910答案11．動(dòng)圈式話筒的構(gòu)造如圖14所示，請(qǐng)說明它的工作原理．圖14第三章傳感器第一節(jié)認(rèn)識(shí)傳感器課前預(yù)習(xí)練1．敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換電路2．檢測(cè)信息電信號(hào)傳輸存儲(chǔ)控制3．被測(cè)量工作原理能量傳遞方式4．聲電聲電5．AC6.BC7．D[當(dāng)電梯門碰到人或其他障礙物時(shí)立即停止關(guān)門以防擠傷人，故為壓力傳感器．]課堂探究練1．AC[由電容器的電容公式C＝eq\f(εrS,4πkd)可知，當(dāng)膜片向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于電容器兩極間的距離變小，電容變大，電源對(duì)電容器充電，電流的方向由電源的正極流向負(fù)極，故導(dǎo)線AB中有向左的電流．]2．CD[a振動(dòng)過程中，a、b間距變化，由平行板電容器公式可知電容C變化，且a向右位移最大時(shí)，a、b板電容最大，則A錯(cuò)，D對(duì)；振動(dòng)過程中，電容器不斷地充放電，導(dǎo)線中電流頻率與a的振動(dòng)頻率一致，C正確，B錯(cuò)．]點(diǎn)評(píng)電容式話筒的薄金屬膜和固定電極形成一個(gè)電容器，被充電后，聲波使膜振動(dòng)，電容變化，形成變化的電流．3．下表面電勢(shì)高eq\f(IB,ned)解析因?yàn)樽杂呻姾蔀殡娮樱视勺笫侄▌t可判定向上偏，則上表面聚集負(fù)電荷，下表面帶多余等量的正電荷，故下表面電勢(shì)高，設(shè)其穩(wěn)定電壓為U.當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷所受電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí)，有eeq\f(U,b)＝evB，又因?yàn)閷?dǎo)體中的電流I＝neSv＝nev·bd，故U＝eq\f(IB,ned).點(diǎn)評(píng)當(dāng)電流在導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)電荷在洛倫茲力作用下，分別向?qū)w上、下表面聚集，在導(dǎo)體中形成電場(chǎng)，其中上表面帶負(fù)電，電勢(shì)低，隨著正、負(fù)電荷不斷向下、上表面積累，電場(chǎng)增強(qiáng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)電荷(Q)所受電場(chǎng)力與洛倫茲力平衡時(shí)，即QE＝QvB時(shí)，電荷將不再向上或向下偏轉(zhuǎn)，上、下表面間形成穩(wěn)定電壓．4．C[根據(jù)公式UH＝keq\f(IB,d)可以看出，當(dāng)磁極靠近霍爾元件的工作面時(shí)，B增大，UH將變大，選項(xiàng)A正確；在地球兩極附近，可以認(rèn)為地磁場(chǎng)與水平面垂直，霍爾元件的工作面保持水平，選項(xiàng)B正確；而在赤道上，地磁場(chǎng)與水平面平行．若霍爾元件的工作面保持水平，則無電壓產(chǎn)生，選項(xiàng)C不正確；改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，相當(dāng)于改變了霍爾系數(shù)k，UH將發(fā)生變化，選項(xiàng)D正確；故選C.]點(diǎn)評(píng)霍爾元件把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量，電壓與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系式為UH＝keq\f(IB,d).5．C[話筒的工作原理是，聲波迫使金屬線圈在磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)中振動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流，①正確；錄音時(shí)，話筒產(chǎn)生的感應(yīng)電流經(jīng)放大電路放大后在錄音機(jī)磁頭縫隙處產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，④正確；磁帶在放音時(shí)通過變化的磁場(chǎng)使放音頭產(chǎn)生感應(yīng)電流，經(jīng)放大電路后再送到揚(yáng)聲器中，②正確．]6．(1)eq\f(m0g,k)(2)eq\f(m＋m0g,k)(3)m＝eq\f(kL,gE)U解析托盤的移動(dòng)帶動(dòng)P1移動(dòng)，使P1、P2間出現(xiàn)電勢(shì)差，電勢(shì)差的大小反映了托盤向下移動(dòng)距離的大小，由于R為均勻的滑線電阻，則其阻值與長(zhǎng)度成正比．(1)由力的平衡知識(shí)知m0g＝kx1，解得x1＝eq\f(m0g,k)(2)放上重物重新平衡后m0g＋mg＝kx解得x2＝eq\f(m＋m0g,k)(3)由閉合電路歐姆定律知E＝IR，由部分電路歐姆定律知U＝IR串，由eq\f(R串,R)＝eq\f(x,L)，其中x為P1、P2間的距離，則x＝x2－x1＝eq\f(mg,k)聯(lián)立解得m＝eq\f(kL,gE)U方法總結(jié)分析傳感器問題要注意四點(diǎn)(1)感受量分析要明確傳感器所感受的物理量，如力、熱、光、磁、聲等．(2)輸出信號(hào)分析明確傳感器的敏感元件，分析它的輸入信號(hào)及輸出信號(hào)，以及輸入信號(hào)與輸出信號(hào)間的變化規(guī)律．(3)電路結(jié)構(gòu)分析認(rèn)真分析傳感器所在的電路結(jié)構(gòu)，在熟悉常用電子元件工作特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析電路輸出信號(hào)與輸入信號(hào)間的規(guī)律．(4)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作分析傳感器的應(yīng)用，不僅包含非電學(xué)量如何向電學(xué)量轉(zhuǎn)化的過程，還包含根據(jù)所獲得的信息控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作的過程．課后鞏固練1．B[根據(jù)霍爾元件工作原理，載流子在洛倫茲力作用下漂移，形成霍爾電壓，UH＝keq\f(IB,d)，所以，它將磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個(gè)電學(xué)量，故B正確．]2．B3．AB[用金屬薄膜的振動(dòng)帶線圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤．雖然駐極體話筒價(jià)格便宜、靈敏度高，但是駐極體話筒的功率太小，而且保真度較差，所以會(huì)場(chǎng)一般不使用駐極體話筒，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．]4．D[滑塊隨導(dǎo)彈一起做加速運(yùn)動(dòng)，向左偏離O點(diǎn)的距離為x，使左側(cè)彈簧被壓縮，右側(cè)彈簧被拉長(zhǎng)，則滑塊所受合力為2kx，方向向右，故加速度方向向右．由牛頓第二定律得：2kx＝ma，滑塊加速度大小為：a＝2kx/m，故選D.]5．B[小球下落的軌跡如右圖所示，B處為繩子原長(zhǎng)處，C處為小球重力與繩上拉力相等處，D處為小球下落的最低點(diǎn)，在F－t圖中，0～t1小球在OB間下落，t1～t2小球在BD間下落，t2～t3小球由D回到B處，t3～t4小球在BO間上升，而后下落至B點(diǎn)．由F－t圖知，小球在t2時(shí)刻下落到最大距離，以后的最大距離在逐漸減小，由以上分析知，小球的最大速度出現(xiàn)在C點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于t1～t2之間，A錯(cuò)，B對(duì)；小球動(dòng)能最小出現(xiàn)在t2時(shí)刻或t3～t4間某時(shí)刻，C錯(cuò)誤；t2和t5分別對(duì)應(yīng)小球先后兩次下落過程中經(jīng)過最低點(diǎn)的時(shí)刻，速度大小為零，D錯(cuò)誤；正確選項(xiàng)為B.]6．D[K閉合時(shí)傳感器上恰好無示數(shù)，說明小球受豎直向上的電場(chǎng)力，且電場(chǎng)力大小等于重力．由楞次定律可判斷磁場(chǎng)B正在增強(qiáng)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝U，又eq\f(U,d)q＝mg得eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(mgd,nq)，故D正確．]7．BD[A選項(xiàng)若Q不變，由C＝eq\f(Q,U)知U變小，C變大，可知h變大；A錯(cuò)．B