2024-2025學(xué)年新教材高中物理第五章傳感器2常見傳感器的工作原理及應(yīng)用測評含解析新人教版選擇性必修第二冊

PAGE5-常見傳感器的工作原理及應(yīng)用課后篇素養(yǎng)形成必備學(xué)問基礎(chǔ)練1.如圖所示,電源兩端的電壓恒定,L為小燈泡,R為光敏電阻,LED為發(fā)光二極管(電流越大,發(fā)出的光越強(qiáng)),且R與LED間距不變,閉合開關(guān)S后,下列說法中正確的是()A.當(dāng)滑片P向左移動(dòng)時(shí),L消耗的功率增大B.當(dāng)滑片P向左移動(dòng)時(shí),L消耗的功率減小C.當(dāng)滑片P向右移動(dòng)時(shí),L消耗的功率可能不變D.無論怎樣移動(dòng)滑片P,L消耗的功率都不變解析當(dāng)滑片P向左移動(dòng)時(shí),使其電阻減小,則流過二極管的電流增大,從而發(fā)光增加,使光敏電阻R的阻值減小,通過燈泡L的電流增大,則L消耗的功率增大,A正確,B、D錯(cuò)誤;當(dāng)滑片P向右移動(dòng)時(shí),可分析出L消耗的功率變小,C錯(cuò)誤。答案A2.(多選)電阻R隨溫度T改變的圖線如圖所示。下列說法中正確的是()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對應(yīng)的材料化學(xué)穩(wěn)定性好、測溫范圍大、靈敏度高D.圖線2對應(yīng)的材料化學(xué)穩(wěn)定性差、測溫范圍小、靈敏度高解析金屬熱電阻的阻值隨溫度上升而增大,半導(dǎo)體材料的熱敏電阻的阻值隨溫度上升而減小,所以A錯(cuò)誤,B正確;圖線1對應(yīng)的材料化學(xué)穩(wěn)定性好但靈敏度低,圖線2對應(yīng)的材料化學(xué)穩(wěn)定性差但靈敏度高,所以C錯(cuò)誤,D正確。答案BD3.如圖所示,R3是光敏電阻(光照時(shí)電阻變小),當(dāng)開關(guān)S閉合后,在沒有光照耀時(shí),a、b兩點(diǎn)等電勢。當(dāng)用光照耀電阻R3時(shí),則()A.a點(diǎn)電勢高于b點(diǎn)電勢B.a點(diǎn)電勢低于b點(diǎn)電勢C.a點(diǎn)電勢等于b點(diǎn)電勢D.a點(diǎn)電勢和b點(diǎn)電勢的大小無法比較解析R3是光敏電阻,當(dāng)有光照耀時(shí)R3電阻變小,R3兩端電壓減小,故a點(diǎn)電勢上升,因其他電阻的阻值不變,所以a點(diǎn)電勢高于b點(diǎn)電勢。答案A4.(多選)如圖所示是利用硫化鎘制成的光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)的示意圖,其中A是發(fā)光儀器,B是光敏電阻(光照增加時(shí)電阻變小),下列說法正確的是()A.當(dāng)傳送帶上沒有物品攔住由A射向B的光信號時(shí),光敏電阻的阻值變小,電壓表讀數(shù)變小B.當(dāng)傳送帶上沒有物品攔住由A射向B的光信號時(shí),光敏電阻的阻值變大,電壓表讀數(shù)變大C.當(dāng)傳送帶上有物品攔住由A射向B的光信號時(shí),光敏電阻的阻值變小,電壓表讀數(shù)變小D.當(dāng)傳送帶上有物品攔住由A射向B的光信號時(shí),光敏電阻的阻值變大,電壓表讀數(shù)變大解析光敏電阻的阻值與光照強(qiáng)度有關(guān),光照強(qiáng)度越大,光敏電阻阻值越小。當(dāng)傳送帶上沒有物品攔住由A射向B的光信號時(shí),光敏電阻阻值變小,電路中電流變大,電源內(nèi)阻上的電壓變大,路端電壓變小,所以電壓表讀數(shù)變小,選項(xiàng)A正確;相反,當(dāng)傳送帶上有物品攔住由A射向B的光信號時(shí),光敏電阻的阻值變大,電路中電流變小,電源內(nèi)阻上的電壓變小,路端電壓變大,所以電壓表讀數(shù)變大,選項(xiàng)D正確。答案AD關(guān)鍵實(shí)力提升練5.如圖所示,厚度為h、寬度為d的導(dǎo)體板放在垂直于它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,當(dāng)電流通過導(dǎo)體板時(shí),在導(dǎo)體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A'之間會產(chǎn)生電勢差,這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。試驗(yàn)表明,當(dāng)磁場不太強(qiáng)時(shí),電勢差UH、電流I和B的關(guān)系為UH=kIBd,式中的比例系數(shù)k霍爾效應(yīng)可說明如下:外部磁場的洛倫茲力使運(yùn)動(dòng)的電子聚集在導(dǎo)體板的一側(cè),在導(dǎo)體板的另一側(cè)會出現(xiàn)等量的正電荷,從而形成與磁場垂直的電場。與磁場垂直的電場對電子施加與洛倫茲力方向相反的靜電力。當(dāng)靜電力與洛倫茲力達(dá)到平衡時(shí),導(dǎo)體板上下兩側(cè)面之間就會形成穩(wěn)定的電勢差。電流I是自由電子的定向移動(dòng)形成的,電子的平均定向速率為v,電荷量為e?；卮鹣铝袉栴}:(1)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),導(dǎo)體板上側(cè)面A的電勢(選填“高于”“低于”或“等于”)下側(cè)面A'的電勢。

(2)電子所受洛倫茲力的大小為。

(3)當(dāng)導(dǎo)體板上、下兩側(cè)面之間的電勢差為UH時(shí),電子所受靜電力的大小為。

(4)由靜電力和洛倫茲力平衡的條件,證明霍爾系數(shù)k=1ne,其中n解析(1)電子向左做定向移動(dòng),由左手定則知電子受洛倫茲力的方向向上,故上側(cè)面A積聚電子,下側(cè)面A'積聚正電荷,上側(cè)面的電勢低于下側(cè)面的電勢。(2)F洛=evB。(3)F電=Ee=UHh(4)當(dāng)靜電力和洛倫茲力平衡時(shí):eUHh=evB,U又I=nevdh由UH=kIBd,得k=d答案(1)低于(2)evB(3)UHh6.在一次試驗(yàn)中,一塊由霍爾材料制成的薄片寬lab=1.0×10-2m、長lbc=4.0×10-2m、厚h=1×10-3m,水平放置在方向豎直向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=1.5T的勻強(qiáng)磁場中,bc方向通有I=3.0A的電流,如圖所示,沿薄片寬度產(chǎn)生1.0×10-5V的橫向電壓。(1)假定載流子是電子,a、b兩端中的哪端電勢較高?(2)薄片上形成電流I的載流子定向運(yùn)動(dòng)的速率多大?(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)解析(1)依據(jù)左手定則可確定a端電勢高。(2)設(shè)電子沿電流反方向所在直線定向移動(dòng)的速率為v,橫向電壓為Uab,橫向電場強(qiáng)度為E,則靜電力為F電=Ee=Uablabe,洛倫茲力F=evB,平衡時(shí)Uablabe=evB,得v=Uablab答案(1)a端(2)6.7×10-4m/s7.用如圖所示的裝置可以測量汽車在水平路面上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度。該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個(gè)由力敏電阻組成的壓力傳感器。用兩根相同的輕彈簧夾著一個(gè)質(zhì)量為2kg的滑塊,滑塊可無摩擦滑動(dòng),兩彈簧的另一端分別壓在傳感器a、b上,其壓力大小可干脆從傳感器的液晶顯示屏上讀出?，F(xiàn)將裝置沿運(yùn)動(dòng)方向固定在汽車上,傳感器b在前,傳感器a在后。汽車靜止時(shí),傳感器a、b的示數(shù)均為10N(g取10m/s2)。(1)若傳感器a的示數(shù)為14N,b的示數(shù)為6N,求此時(shí)汽車的加速度大小和方向。(2)當(dāng)汽車以怎樣的加速度運(yùn)動(dòng)時(shí),傳感器a的示數(shù)為零?解析(1)如圖所示,依題意得左側(cè)彈簧對滑塊向右的推力F1=14N,右側(cè)彈簧對滑塊的向左的推力F2=6N,滑塊所受合力產(chǎn)生加速度a1,依據(jù)牛頓其次定律有F1-F2=ma1可得a1=F1-F2a1與F1同方向,即向前(向右)。(2)a傳感器的讀數(shù)恰為零,即左側(cè)彈簧的彈力F1'=0,因兩彈簧相同,左側(cè)彈簧伸長多少,右側(cè)彈簧就縮短多少,所以右側(cè)彈簧的彈力變?yōu)镕2'=20N。滑塊所受合力產(chǎn)生加速度a2,由牛頓其次定律得F合=F2'=ma2可得a2=F2'm=答案(1)4m/s2方向向右(2)以方向向左、大小為10m/s2的加速度運(yùn)動(dòng)8.圖甲為半導(dǎo)體材料做成的熱敏電阻的阻值隨溫度改變的曲線,圖乙為用此熱敏電阻RT和繼電器設(shè)計(jì)的溫控電路,設(shè)繼電器的線圈電阻為Rx=50Ω,當(dāng)繼電器線圈中的電流Ic大于或等于20mA時(shí),繼電器的銜鐵被吸合。左側(cè)電源電動(dòng)勢為6V,內(nèi)阻可