学练考高中物理第六章传感器练习册新人教版选修32.docx

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学练考高中物理第六章传感器练习册新人教版选修32

第六章　传感器

1　传感器及其工作原理

知识点一　传感器

1．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程．下列属于这类传感器的是（　　）

A．红外报警装置

B．走廊照明灯的声控开关

C．自动洗衣机中的压力传感装置

D．电饭煲中控制加热和保温的温控器

2．有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近自动干手机能使传感器工作，是因为改变了（　　）

A．湿度　　　　　　　　B．温度

C．磁场D．电容

知识点二　光敏电阻

3．如图L611所示，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管（电流越大，发出的光越强），且R与LED间距不变，闭合开关S后，下列说法中正确的是（　　）

图L611

A．当滑片P向左移动时，L消耗的功率增大

B．当滑片P向左移动时，L消耗的功率减小

C．当滑片P向右移动时，L消耗的功率可能不变

D．无论怎样移动滑片P，L消耗的功率都不变

知识点三　热敏电阻和金属热电阻

4．图L612是观察元件的电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（　　）

图L612

A．如果R为金属热电阻，则读数变大，且变化非常明显

B．如果R为金属热电阻，则读数变小，且变化不明显

C．如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），则读数变化非常明显

D．如果R为热敏电阻（用半导体材料制作），则读数变化不明显

知识点四　霍尔元件

5．如图L613所示，截面为矩形的金属导体放在磁场中，当导体中通有电流时，导体的上下表面的电势关系为（　　）

图L613

A．φM>φNB．φM＝φN

C．φM<φND．无法判断

6．为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图L614所示的流量计．该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口．在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极．污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U.若用Q表示污水流量（单位时间内排出的污水体积），下列说法中正确的是（　　）

图L614

A．若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高

B．若污水中负离子较多，则前表面比后表面电势高

C．污水中离子浓度越高电压表的示数将越大

D．污水流量Q与U成正比，与a、b无关

7．2007年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科学家，以表彰他们发现“巨磁电阻效应”，基于“巨磁电阻效应”的开发用于读取硬盘数据的技术，被认为是纳米技术的第一次真正应用．在下列有关其他电阻应用的说法中，错误的是（　　）

A．热敏电阻可应用于温度测控装置中

B．光敏电阻是一种光电传感器

C．电阻丝可应用于电热设备中

D．金属热电阻的阻值随温度升高而减小

8．图L615是一个测定液面高度的传感器示意图，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两极，把这两极接入外电路，当外电路中的电流变化说明电容值增大时，导电液体的深度h的变化情况为（　　）

图L615

A．h增大B．h减小

C．h不变D．无法确定

9．图L616为测定压力的电容式传感器示意图，将平行板电容器、灵敏电流表（零刻度在中间）和电源串联成闭合回路，当压力F作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流表指针偏转，在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线位置推到图中实线位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为（电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏）（　　）

图L616

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动

D．向左偏到某一刻度后不动

10．（多选）图L617是霍尔元件的示意图，一块通电的铜板放在磁场中，板面垂直于磁场，板内通有图示方向的电流，a、b是铜板上、下表面的两点，则（　　）

图L617

A．电势φa＞φb

B．电势φb＞φa

C．电流增大时，|φa－φb|增大

D．其他条件不变，将铜板改为NaCl水溶液时，电势结果仍然一样

11．（多选）图L618为电阻R随温度T变化的图线．下列说法中正确的是（　　）

图L618

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的热敏电阻的图线，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

12．（多选）在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制．如图L619所示，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻（温度越高电阻越小），C为电容器．当环境温度降低时（　　）

图L619

A．电容器C的带电荷量增大

B．电压表的读数增大

C．电容器C两板间的电场强度减小

D．R1消耗的功率增大

13．如图L6110所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽为d，高为b，有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过金属块的前、后两个侧面，金属块单位体积内的自由电子数为n，金属块上、下表面哪个表面电势高？

电势差是多少？

图L6110

2　传感器的应用

3　实验：

传感器的应用

知识点一　力传感器的应用

1．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，在升降机中将重物放在压敏电阻上，压敏电阻接在如图L631甲所示的电路中，电流表示数变化如图乙所示，某同学根据电流表的示数变化情况推断升降机的运动状态，下列说法中正确的是（　　）

图L631

A．0～t1时间内，升降机一定匀速运动

B．0～t1时间内，升降机可能减速上升

C．t1～t2时间内，升降机可能匀速上升

D．t1～t2时间内，升降机可能匀加速上升

2．（多选）为锻炼身体，小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计，图L632是其原理图．轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起（弹簧的电阻不计），弹簧劲度系数为100N/cm.定值电阻R0＝5Ω，ab是一根长为5cm的均匀电阻丝，阻值R1＝25Ω，ab与滑片P间的摩擦不计，电源输出电压恒为U＝3V，理想电流表的量程为0～0.6A．当拉环不受力时，滑片P处于a端．下列关于这个电路的说法正确的是（不计电源内阻）（　　）

图L632

A．小明在电路中接入R0的目的是保护电路

B．当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0.1A

C．当拉力为400N时，电流表指针指在0.3A处

D．当拉力为400N时，电流表指针指在0.5A处

知识点二　光传感器的应用

3．在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上装有的传感器是（　　）

A．光传感器　　　　　　　B．温度传感器

C．声传感器D．压力传感器

知识点三　温度传感器的应用

4．（多选）图L633是自动调温式电熨斗的结构图，下列说法正确的是（　　）

图L633

A．常温时上下触点是接触的

B．双金属片温度升高时，上金属片形变较大，双金属片将向下弯曲

C．原来温度控制在80℃断开电源，现要求60℃断开电源，应使调温旋钮下移一些

D．由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些

知识点四　光控开关和温度报警器

5．如图L634所示的光控电路中，用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻，R1的最大电阻为51kΩ，R2为330Ω.白天，光的强度较大，光敏电阻RG的电阻值较________，加在斯密特触发器A端的电压较________，则输出端Y输出高电平，发光二极管LED________；当天色暗到一定程度时，RG的阻值增大到一定值，斯密特触发器输入端A的电压上升到某个值（1.6V），输出端Y突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED________发光（相当于路灯亮了），这样就达到了使路灯白天熄灭，天暗自动开启的目的．

图L634

6．（多选）压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小．一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图L635甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体，升降机静止时电流表示数为I0.某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过程（　　）

图L635

A．物体处于失重状态

B．物体处于超重状态

C．升降机一定向上做匀加速运动

D．升降机可能向下做匀减速运动

7．如图L636所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、开关K与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场中．两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电荷量为＋q的小球．K断开时传感器上有示数，K闭合时传感器上恰好无示数．则线圈中的磁感应强度B的变化情况和磁通量变化率分别是（　　）

图L636

A．正在增加，

＝

B．正在减弱，

＝

C．正在减弱，

＝

D．正在增加，

＝

8．温度报警器的电路图如图L637所示，常温下，调整________的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值________，斯密特触发器的输入端A电势________，当达到某一值（高电平）时，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出报警声．R1的阻值不同，则报警温度不同．

图L637

9．用如图L638所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度．该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器．用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0kg的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出．现将此装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后．汽车静止时，传感器a、b的示数均为10N（g取10m/s2）．

（1）若传感器a的示数为14N，b的示数为6.0N，求此时汽车的加速度大小和方向．

（2）当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零？

图L638

10．图L639为检测某传感器的电路图．传感器上标有“3V　0.9W”的字样（传感器可看作一个纯电阻），滑动变阻器R0上标有“10Ω　1A”的字样，电流表的量程为0.6A，电压表的量程为3V.

（1）求传感器的电阻和额定电流．

（2）如果传感器的电阻变化超过标准值1Ω，则该传感器就失去作用．实际检测时，将一个恒压电源加在图中a、b之间，闭合开关S，通过调节R0来改变电路中的电流和R0两端的电压．检测记录如下：

电压表示数U/V

电流表示数I/A

第一次

1.48

0.16

第二次

0.91

0.22

若不计检测电路对传感器电阻的影响，你认为这个传感器是否仍可使用？

此时a、b间所加的电压是多少？

图L639

参考答案

第六章　传感器

1　传感器及其工作原理

1．A

2．D　[解析]根据自动干手机工作的特征，手靠近干手机时电热器工作，手撤离后电热器停止工作，人是一种导体，可以与其他导体构成电容器．手靠近时相当于连接一个电容器，可以确定干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变了电容大小，故D正确；用湿度和温度来驱动电热器工作，理论上可行，但是假如干手机是由于温度、湿度的变化工作，它就成了室内烘干机．

3．A　[解析]当滑片P向左移动时，滑动变阻器接入电路中的电阻减小，则流过二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R的阻值减小，通过灯泡L的电流增大，则L消耗的功率增大，A正确，B、D错误；当滑片P向右移动时，可分析出L消耗的功率变小，C错误．

4．C　[解析]若R为金属热电阻，温度升高后，电阻变大，读数变化不明显，A、B错误．若R为热敏电阻，读数将明显变化，C正确，D错误．

5．A　[解析]霍尔效应形成的原因是因为带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用，做定向移动形成的，根据左手定则，金属导体中自由电子受到向下的洛伦兹力作用，向导体的下表面N运动，则导体的上表面M带正电，所以φM>φN.

6．D　[解析]由左手定则可以判断出正离子较多时，正离子受到的洛伦兹力使其向后表面偏转聚集而导致后表面电势升高，同理负离子较多时，负离子向前表面偏转聚集而导致前表面电势低，故A、B错误．设前、后表面间的最高电压为U，则

＝qvB，所以U＝vBb，由此可知U与离子浓度无关，故C错误，因Q＝vbc，而U＝vBb，所以Q＝

，D正确．

7．D　[解析]由热敏电阻、光敏电阻、金属热电阻的特性和用途知A、B、C正确，D错误．

8．A　[解析]由题意知，导线芯和导电液体构成电容器的两极，类似于平行板电容器的两极，当液面高度发生变化时相当于两极正对面积发生变化，会引起电容的变化，与平行板电容器类比可得，导电液体深度h增大时，导线芯和导电液体正对面积增大，电容器的电容值变大．

9．A　[解析]压力F作用时，极板间距d变小，由C＝

知，电容器的电容C变大，又根据Q＝CU知，极板带电荷量变大，所以电容器应充电，灵敏电流计中产生由正接线柱流入的电流，所以指针将右偏．压力F不变时，极板保持固定后，充电结束，指针回到零刻度．故选A.

10．AC　[解析]铜板中的自由电荷是电子，电子定向移动的方向与电流的方向相反，由左手定则可判断出电子因受洛伦兹力作用向b侧偏转，所以φa＞φb，A对，B错；因|φa－φb|＝k

，所以电流增大时，|φa－φb|增大，C对；若将铜板改为NaCl溶液，溶液中的正、负离子均向b侧偏转，|φa－φb|＝0，即不产生霍尔效应，故D错．

11．BD　[解析]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，所以A错，B对；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，所以C错，D对．

12．AB　[解析]当环境温度降低时，R2阻值变大，电路的总电阻变大，由I＝

知I变小，又U＝E－Ir，电压表的读数U变大，B正确；又由U1＝IR1及P1＝I2R1可知U1变小，R1消耗的功率P1变小，D错误；电容器两板间的电压U2＝U－U1，U2变大，由场强E′＝

，Q＝CU2可知Q、E′都增大，故A正确，C错误．

13．下表面电势高　

[解析]因为自由电荷为电子，运动方向与电流方向相反，故由左手定则可判定电子向上偏，则上表面聚集负电荷，下表面带等量的正电荷，故下表面电势高，设其稳定电压为U，当运动电荷所受静电力与洛伦兹力平衡时，有e

＝evB，因为导体中的电流I＝neSv＝nev·bd，故U＝

.

2　传感器的应用

3　实验：

传感器的应用

1．B　[解析]在0～t1时间内，电流恒定，表明压敏电阻的阻值恒定，则重物对压敏电阻的压力恒定，则升降机可能处于静止、匀速运动或匀变速直线运动状态，故A错误，B正确；t1～t2时间内，电流在增加，表明压敏电阻的阻值在减小，则重物对压敏电阻的压力在增大，故升降机不可能做匀速运动或匀加速运动，C、D错误．

2．ABC　[解析]若电路无电阻R0，且金属滑片P在b端时，回路短路，损坏电源，R0的存在使电路不出现短路，因此A正确；当拉环不受力时，滑片P在a端，由闭合电路欧姆定律得，I＝

＝0.1A，故B正确；拉力为400N时，由F＝kΔx得Δx＝4cm，对应的电阻为RaP＝20Ω，R1接入电路的电阻RPb＝5Ω，由闭合电路欧姆定律得，I′＝

＝0.3A，故D错误，C正确．

3．A　[解析]在电梯门口放置一障碍物，电梯门不停地开关，说明电梯门口有一个光传感器，故A选项正确．

4．ABD　[解析]常温工作时，上下触点是接通的，当温度升高时，上层金属片形变大，向下弯曲，切断电源，切断温度要升高则应使调温旋钮下移一些，A、B、D对，C错．

5．小　低　不导通　导通

[解析]白天，光照强度较大，光敏电阻RG的电阻值较小，加在斯密特触发器A端的电压较低，则输出端Y输出高电平（电平指某个端点与“地”之间的电压），发光二极管LED不导通；当天色暗到一定程度时，RG阻值增大到一定值，斯密特触发器的输入端A的电压上升到某个值（1.6V）时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平，则发光二极管LED导通发光（相当于路灯亮了），这样就达到了使路灯白天熄灭，天暗自动开启的目的．

6．BD　[解析]电流表的示数变为2I0且保持不变，说明压敏电阻的阻值比升降机静止时小，压敏电阻所受压力变大，物体处于超重状态，即物体具有向上的加速度，B、D正确，A、C错误．

7．D　[解析]K闭合时传感器上恰好无示数，说明小球受竖直向上的静电力，且静电力大小等于重力，由楞次定律可判断磁场B正在增强，根据法拉第电磁感应定律E＝n

＝U和q·

＝mg得

＝

，故D正确．

8．R1　减小　升高

[解析]常温下，调整R1的阻值使斯密特触发器的输入端A处于低电平，则输出端Y处于高电平，无电流通过蜂鸣器，蜂鸣器不发声；当温度升高时，热敏电阻RT阻值减小，斯密特触发器输入端A电势升高，当达到某一值（高电平）时，其输出端由高电平跳到低电平，蜂鸣器通电，从而发出警报声，R1的阻值不同，报警温度不同．

9．

（1）4.0m/s2　向右　

（2）方向向左、大小为10m/s2

[解析]

（1）如图所示，依题意：

左侧弹簧对滑块向右的推力F1＝14N，右侧弹簧对滑块向左的推力F2＝6.0N，滑块所受合力产生加速度a1，根据牛顿第二定律有

F1－F2＝ma1，

得a1＝

＝

m/s2＝4.0m/s2，

a1与F1同方向，即向前（向右）．

（2）传感器a的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F1′＝0，因两弹簧相同，左侧弹簧伸长多少，右侧弹簧就缩短多少，所以右侧弹簧的弹力变为F2′＝20N．滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得F合＝F2′＝ma2，

得a2＝

＝10m/s2，方向向后（向左）．

10．

（1）10Ω　0.3A　

（2）此传感器仍可使用　3V

[解析]

（1）R传＝

＝

Ω＝10Ω.

I传＝

＝

A＝0.3A.

（2）设实际检测时加在a、b间的电压为U，传感器的实际电阻为R传′，根据第一次实验记录数据有U＝I1R传′＋U1，

根据第二次实验记录数据有U＝I2R传′＋U2，

代入数据，解得R传′＝9.5Ω，U＝3V.

传感器的电阻变化为ΔR＝R传－R传′＝10Ω－9.5Ω＝0.5Ω＜1Ω，所以此传感器仍可使用．