【創(chuàng)新設(shè)計(jì)】高中物理人教版選修3-2同步訓(xùn)練：6.1-傳感器及其工作原理

對(duì)傳感器的理解1．用遙控器調(diào)換電視機(jī)頻道的過程，實(shí)際上就是傳感器把光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的過程．下列屬于這類傳感器的是()A．紅外報(bào)警裝置B．走廊照明燈的聲控開關(guān)C．自動(dòng)洗衣機(jī)中的壓力傳感裝置D．電飯煲中把握加熱和保溫的溫控器解析遙控器是利用紅外線傳輸信號(hào)的，故A項(xiàng)正確．答案A光敏電阻的特性2.圖614如圖614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)滑動(dòng)觸頭P向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率增大B．當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率減小C．當(dāng)滑動(dòng)觸頭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)滑動(dòng)觸頭P，L消耗的功率都不變解析當(dāng)滑動(dòng)觸頭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)滑動(dòng)觸頭P向右移動(dòng)時(shí)，可分析出L消耗的功率變小，C錯(cuò)誤．故選A.答案A熱敏電阻的特性3.圖615如圖615所示是觀看電阻值隨溫度變化狀況的示意圖．現(xiàn)在把杯中的水由冷水變?yōu)闊崴P(guān)于歐姆表的讀數(shù)變化狀況正確的是()A．假如R為金屬熱電阻，讀數(shù)變大，且變化格外明顯B．假如R為金屬熱電阻，讀數(shù)變小，且變化不明顯C．假如R為熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制作)，讀數(shù)變化格外明顯D．假如R為熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制作)，讀數(shù)變化不明顯解析若為金屬熱電阻、溫度上升后，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)．答案C霍爾元件原理分析及應(yīng)用4.圖616如圖616所示是霍爾元件的工作原理示意圖，假如用d表示薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)，相對(duì)于一個(gè)霍爾元件d、k為定值，假如保持電流I恒定，則可以驗(yàn)證UH隨B的變化狀況．以下說法中正確的是()A．將永磁體的一個(gè)磁極漸漸靠近霍爾元件的工作面時(shí)，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．轉(zhuǎn)變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，UH將發(fā)生變化解析A一個(gè)磁極靠近霍爾元件工作面時(shí)，B增加，由UH＝keq\f(IB,d)，知UH將變大正確B兩極處磁場(chǎng)可看作與地面垂直，所以工作面應(yīng)保持水平正確C赤道處磁場(chǎng)可看作與地面平行，所以工作面應(yīng)保持豎直錯(cuò)誤D若磁場(chǎng)與工作面夾角為θ，則應(yīng)有qvBsinθ＝qeq\f(UH,d)，可見θ變化時(shí)，UH將變化正確答案ABD(時(shí)間：60分鐘)題組一對(duì)傳感器的理解1．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，是由于()A．轉(zhuǎn)變濕度 B．轉(zhuǎn)變溫度C．轉(zhuǎn)變磁場(chǎng) D．轉(zhuǎn)變電容解析依據(jù)自動(dòng)干手機(jī)工作的特征，手靠近干手機(jī)電熱器工作，手撤離后電熱器停止工作，人是一種導(dǎo)體，可以與其他導(dǎo)體構(gòu)成電容器．手靠近時(shí)相當(dāng)于連接一個(gè)電容器，可以確定干手機(jī)內(nèi)設(shè)有電容式傳感器，由于手的靠近轉(zhuǎn)變了電容大小，故D正確；用濕度和溫度來驅(qū)動(dòng)電熱器工作，理論上可行，但是假如干手機(jī)是由于溫度、濕度的變化工作就成了室內(nèi)烘干機(jī)．答案D2.圖617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617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()A．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解析a、b始終跟電源相連，電勢(shì)差U不變，由于a、b間距離變化，由E＝eq\f(U,d)知場(chǎng)強(qiáng)變化，A錯(cuò)誤；由C＝eq\f(εrS,4πkd)知d變化時(shí)C變化，a向右位移最大時(shí)，電容最大，D正確；由Q＝CU知a、b所帶電荷量變化，電路中電流方向轉(zhuǎn)變，B、C錯(cuò)誤．答案D3．電容式傳感器是用來將非電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置．由于電容器的電容C取決于極板正對(duì)面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個(gè)因素，當(dāng)某一物理量發(fā)生變化時(shí)就能引起上述某個(gè)因素的變化，從而引起電容的變化，如圖618所示是四個(gè)電容式傳感器的示意圖，關(guān)于這四個(gè)傳感器的作用，下列說法正確的是()圖618A．甲圖的傳感器可以用來測(cè)量角度B．乙圖的傳感器可以用來測(cè)量液面的高度C．丙圖的傳感器可以用來測(cè)量壓力D．丁圖的傳感器只能用來測(cè)量速度答案ABC題組二光敏電阻的特性4．如圖619所示，將一光敏電阻接入多用電表兩表筆上，將圖619多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，用光照射光敏電阻時(shí)，表針的偏角為θ；現(xiàn)用手掌攔住部分光線，表針的偏角為θ′，則可推斷()A．θ′＝θ B．θ′＜θC．θ′＞θ D．不能確定解析光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增加而減小，用手掌攔住部分光線，阻值變大，指針自左向右偏轉(zhuǎn)角度變小．答案B5.圖6110如圖6110所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度增大時(shí)()A．電壓表的示數(shù)增大B．R2中電流減小C．小燈泡的功率增大D．電路的路端電壓增大解析當(dāng)光強(qiáng)度增大時(shí)，R3阻值減小，外電路電阻隨R3的減小而減小，R1兩端電壓因干路電流增大而增大，同時(shí)內(nèi)電壓增大，故電路路端電壓減小，而電壓表的示數(shù)增大，A項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤；由路端電壓減小，而R1兩端電壓增大知，R2兩端電壓必減小，則R2中電流減小，故B項(xiàng)正確；結(jié)合干路電流增大知流過小燈泡的電流必增大，則小燈泡的功率增大，C項(xiàng)正確．答案ABC6.圖6111如圖6111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()A．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)一次解析光電計(jì)數(shù)器工作原理：當(dāng)有物體攔住射到光敏電阻R1的光照時(shí)，R1電阻增大，電路中電流減小，R2兩端電壓降低，信號(hào)處理系統(tǒng)得到低電壓，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)的目的．答案AC題組三熱敏電阻的特性7.圖6112如圖6112所示，是家用電冰箱的壓縮啟動(dòng)裝置的電路．其中的運(yùn)行繞阻是電冰箱在工作時(shí)電動(dòng)機(jī)定子，由于溝通是單相的，啟動(dòng)時(shí)必需依靠啟動(dòng)繞阻的掛念才能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在啟動(dòng)繞阻的支路中串聯(lián)有一個(gè)PTC元件，這是一種以酞酸鋇為主要材料的熱敏電阻器，電流流過PTC元件，元件發(fā)熱，它的電阻率隨溫度上升而發(fā)生顯著變化，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)以后，PTC元件溫度較高，電阻很大，啟動(dòng)繞阻電流很?。韵峦茢嗾_的是()A．電冰箱的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)比正常工作時(shí)耗電少B．電冰箱的電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)比啟動(dòng)時(shí)耗電少C．電冰箱啟動(dòng)后，啟動(dòng)繞阻功率不變，運(yùn)行繞阻功率是變化的D．電冰箱啟動(dòng)后，啟動(dòng)繞阻功率是變化的，運(yùn)行繞阻功率不變解析啟動(dòng)時(shí)，由于PTC元件溫度低，電阻小，故耗電多，B正確；啟動(dòng)后，隨PTC元件溫度上升，PTC元件電阻增大，通過啟動(dòng)繞阻的電流減小，故啟動(dòng)繞阻功率是變化的，而運(yùn)行繞阻電壓不變，故功率不變，則D正確．答案BD8.圖6113如圖6113所示，R1為定值電阻，R2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時(shí)()A．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)踅馕鯮2與燈L并聯(lián)后與R1串聯(lián)，與電源構(gòu)成閉合電路，當(dāng)溫度降低時(shí)，熱敏電阻R2的阻值增大，外電路電阻增大，電流表讀數(shù)變小，R1兩端電壓減小，燈L兩端電壓增大，燈泡亮度變強(qiáng)，故C正確，其余各項(xiàng)均錯(cuò)．答案C9．溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱等家用電器中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性來工作的．如圖6114甲所示，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝9V，內(nèi)阻不計(jì)；G為靈敏電流表，內(nèi)阻Rg保持不變；R為熱敏電阻，其電阻阻值與溫度的變化關(guān)系如圖6114乙所示．閉合開關(guān)S，當(dāng)R的溫度等于20℃時(shí)，電流表示數(shù)I1＝2mA；當(dāng)電流表的示數(shù)I2＝3.6mA時(shí)，圖6114A．60℃ BC．100℃ D解析在20℃時(shí)，E＝(Rg＋R1)I1，得Rg＝500Ω，在溫度為t時(shí)，E＝(Rg＋R2)I2，即9＝(500＋R2)×3.6×10－3，得R2＝2000Ω，從圖乙中可以看出t＝答案D10.圖6115如圖6-1-15所示，由電源、小燈泡、電阻絲、開關(guān)組成的電路中，當(dāng)閉合開關(guān)S后，小燈泡正常發(fā)光，若用酒精燈加熱電阻絲時(shí)，發(fā)覺小燈泡亮度變化是________，發(fā)生這一現(xiàn)象的主要緣由是()A．小燈泡的電阻發(fā)生了變化B．小燈泡燈絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化C．電阻絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化D．電源的電壓隨溫度發(fā)生了變化解析電阻絲的電阻率隨溫度的上升而增大，電阻也增大，電路中電流減小，依據(jù)P＝I2R知，小燈泡的實(shí)際功率減小，所以變暗．答案變暗C題組四霍爾元件原理分析及應(yīng)用11.圖6116如圖6-1-16所示是霍爾元件的示意圖，一塊通電的銅板放在磁場(chǎng)中，板面垂直于磁場(chǎng)，板內(nèi)通有如圖方向的電流，a、b是銅板上、下邊緣的兩點(diǎn)，則()A．電勢(shì)φa＞φbB．電勢(shì)φb＞φaC．電流增大時(shí)，|φa－φb|增大D．其他條件不變，將銅板改為NaCl水溶液時(shí)，電勢(shì)結(jié)果仍舊一樣解析銅板中的自由電荷是電子，電子定向移動(dòng)的方向與電流的方向相反，由左手定則可推斷出電子因受洛倫茲力作用向b側(cè)偏轉(zhuǎn)，所以φa＞φb，A對(duì)，B錯(cuò)；因|φa－φb|＝keq\f(IB,d)，所以電流增大時(shí)，|φa－φb|增大，C對(duì)；若將銅板改為NaCl溶液，溶液中的正、負(fù)離子均向a側(cè)偏轉(zhuǎn)，|φa－φb|＝0，即不產(chǎn)生霍爾效應(yīng)，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤．答案AC12．一種半導(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＝1.6×10－19C，霍爾元件在自動(dòng)檢測(cè)、把握領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如錄像機(jī)中用來測(cè)量錄像磁鼓的轉(zhuǎn)速、圖6117在一次試驗(yàn)中，一塊霍爾材料制成的薄片寬eq\x\to(ab)＝1.0×10－2m、長(zhǎng)eq\x\to(bc)＝4.0×10－2m、厚h＝1×10－3m，水平放置在豎直方向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1.5T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，bc方向通有I＝3.0A的電流，如圖6117所示，沿寬度產(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(1)依據(jù)左手定則可確定a端電勢(shì)高．(2)當(dāng)導(dǎo)體內(nèi)由于載