2024-2025學年高二物理選擇性必修第二冊（粵教版）第5章 傳感器 分層作業(yè)21 傳感器及其工作原理

分層作業(yè)21傳感器及其工作原理A組必備知識基礎練1.(多選)電容式傳感器是一種將非電信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置.由于電容器的電容C取決于極板正對面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個因素,當某一物理量發(fā)生變化時就能引起上述某個因素的變化,從而引起電容的變化,兩個電容式傳感器的示意圖如圖所示,關于這兩個傳感器的作用,下列說法正確的是()A.甲圖的傳感器可以用來測量角度B.甲圖的傳感器通過改變極板間的電介質(zhì)來改變電容C.乙圖的傳感器可以用來測量壓力D.這兩個傳感器都是利用改變極板間的正對面積來改變電容的2.(多選)一種位移傳感器的工作原理如圖所示,物體M在導軌上平移時,帶動滑動變阻器的金屬滑桿P,通過電壓表顯示的數(shù)據(jù)來反映物體位移的大小x.假設電壓表是理想電壓表,則下列說法正確的是()A.物體M運動時,電源內(nèi)的電流不會發(fā)生變化B.物體M運動時,電壓表的示數(shù)會發(fā)生變化C.物體M不動時,電路中沒有電流D.物體M不動時,電壓表沒有示數(shù)3.一火警報警裝置的一部分電路如圖甲所示,其中R2是半導體熱敏電阻(傳感器),它的電阻R隨溫度T變化的關系如圖乙所示,該電路的輸出端a、b接報警器,當傳感器所在處出現(xiàn)火情時,通過電流表的電流I和a、b兩端電壓U與出現(xiàn)火情前相比()A.I變大,U變大 B.I變小,U變小C.I變小,U變大 D.I變大,U變小4.(多選)電子電路中常用到一種稱為“干簧管”的元件,它的結構如圖所示,玻璃管內(nèi)封入的兩個軟磁性材料制成的簧片,當磁體靠近干簧管時,兩個簧片被磁化而接通.關于干簧管,下列說法正確的是()A.干簧管接入電路中相當于電阻的作用B.干簧管是根據(jù)熱脹冷縮的原理制成的C.兩個磁性材料制成的簧片接通的原因是被磁化后相互吸引D.干簧管接入電路中相當于開關的作用5.某居住小區(qū)門口利用光敏電阻設計的行人監(jiān)控裝置如圖所示,R1為光敏電阻、R2為可變電阻,A、B接監(jiān)控裝置,則下列說法正確的是()①當有人通過而遮蔽光線時,A、B之間電壓升高②當有人通過而遮蔽光線時,A、B之間電壓降低③當僅增大R2的阻值時,A、B之間的電壓增大④當僅減小R2的阻值時,A、B之間的電壓增大A.①③ B.①④C.②③ D.②④6.壓力敏感元件的阻值隨所受壓力的增大而減小,有位同學利用壓力敏感元件設計了判斷小車運動狀態(tài)的裝置,其工作原理如圖甲所示,將壓力敏感元件和一塊擋板固定在絕緣小車上,中間放置一個絕緣重球.小車向右做直線運動過程中,電流表示數(shù)的變化如圖乙所示,下列判斷正確的是()A.t1到t2時間內(nèi),小車做勻速直線運動B.t1到t2時間內(nèi),小車做勻加速直線運動C.t2到t3時間內(nèi),小車做勻速直線運動D.t2到t3時間內(nèi),小車做勻加速直線運動7.(多選)隨著生活質(zhì)量的提高,自動干手機已進入家庭,洗手后,將濕手靠近自動干手機,機內(nèi)的傳感器便驅(qū)動電熱器加熱,使熱空氣從機內(nèi)吹出,將濕手烘干.某型號干手機的說明書中有如下一段文字,據(jù)此可判斷()功能與特點:◆采用紅外線感應原理,即感應即動作,衛(wèi)生、方便;◆超高溫保護,即過熱、過電流雙重保護;◆采用內(nèi)熱式的再循環(huán)原理,低噪音、高轉(zhuǎn)速、烘干能力強;◆高強度塑鋼外殼,牢固可靠,美觀大方.A.該自動干手機內(nèi)裝有由溫度傳感器組成的保護電路B.該自動干手機靠位移傳感器來感知使用者手的靠近C.忽略電路損耗,該自動干手機消耗的電能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能及動能D.該自動干手機靠紅外線傳感器來感知使用者手的靠近B組關鍵能力提升練8.在探究超重和失重規(guī)律時,某重力為G的同學站在一壓力傳感器上完成一次下蹲動作.傳感器和計算機相連,則經(jīng)計算機處理后得到壓力F隨時間t變化的圖像可能是()9.如圖所示,兩塊水平放置的金屬板距離為d,用導線、開關S與一個n匝的線圈連接,線圈置于方向豎直向上的變化磁場中.兩板間放一臺壓力傳感器,傳感器上表面靜止放置一個質(zhì)量為m、電荷量為+q的小球.S斷開時傳感器上有示數(shù),S閉合時傳感器上恰好無示數(shù),則線圈中的磁感應強度B的變化情況和磁通量變化率分別是()A.B正在增加,ΔB.B正在減弱,ΔC.B正在減弱,ΔD.B正在增加,Δ10.測定壓力的電容式傳感器如圖所示,將平行板電容器、靈敏電流表(零刻度在中間,電流從電流表正接線柱流入時指針向右偏)和電源串聯(lián)成閉合回路,當壓力F作用于可動膜片電極上時,膜片發(fā)生形變,引起電容的變化,導致靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn),在對膜片開始施加壓力使膜片電極從圖中的虛線推到圖中實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()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D.向左偏到某一刻度后不動11.有一種在光照增強或溫度升高時排氣扇都能啟動的自動控制裝置,關于該裝置內(nèi)的兩個傳感器,下列說法正確的是()A.兩個傳感器都是光傳感器B.兩個傳感器分別是光傳感器和溫度傳感器C.兩個傳感器可能分別是溫度傳感器、電容式傳感器D.只有光照和溫度都適合時排氣扇才能工作12.(多選)(2024廣東惠州高二期中)一種電感式微小位移傳感器的原理圖如圖所示.1是待測位移的物體,3是空心線圈,軟鐵芯2插在線圈3中并且可以隨著物體1在線圈中左右平移.關于這種傳感器的工作原理,下列說法正確的是()A.這種傳感器輸入的物理量是位移,輸出的物理量是自感系數(shù)B.通過這種傳感器線圈的電流是交變電流C.軟鐵芯是敏感元件,線圈是轉(zhuǎn)換元件D.當物體1向右移動時,線圈的自感系數(shù)增大13.溫度傳感器廣泛應用于家用電器中,它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性來工作的.如圖甲所示為某裝置中的傳感器工作原理圖,已知電源的電動勢E=9.0V,內(nèi)阻不計;G為靈敏電流表,其內(nèi)阻Rg保持不變;R為熱敏電阻,其阻值隨溫度的變化關系如圖乙所示.閉合開關S,當R的溫度等于20℃時,電流表示數(shù)I1=2mA;當電流表的示數(shù)I2=3.6mA時,熱敏電阻的溫度是()A.60℃ B.80℃C.100℃ D.120℃14.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動的加速度.在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個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質(zhì)量為2kg的滑塊,滑塊可無摩擦滑動,兩彈簧的另一端分別壓在傳感器a、b上,其壓力大小可直接從傳感器的顯示屏上讀出.現(xiàn)將裝置沿運動方向固定在汽車上,傳感器b在前,傳感器a在后.汽車靜止時,兩彈簧均處于壓縮狀態(tài),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,求此時汽車的加速度大小和方向.(2)當汽車以怎樣的加速度運動時,傳感器a的示數(shù)為零?答案：1.AC甲、乙中的電容器分別與θ、F有關,均能測量對應的物理量,甲通過改變極板間的正對面積改變電容,乙通過改變極板間的距離改變電容.2.AB電壓表不分流,故觸頭移動不會改變電路的總電阻,也就不會改變電路中的總電流,故A正確;電壓表測量觸頭P與左側電阻之間的電壓,故示數(shù)隨物體M的移動,即隨觸頭的移動而變化,故B正確,C、D錯誤.3.D當傳感器所在處出現(xiàn)火情時,溫度升高,則電阻R2的阻值減小,故外電阻減小,干路電流增大,內(nèi)電壓、R4兩端的電壓均增大,故a、b兩端電壓減小;并聯(lián)電路的電壓減小,通過R3的電流減小,而總電流增大,所以R2上通過的電流增大,故D正確.4.CD當磁體靠近干簧管時,兩個簧片被磁化相互吸引而接通,故B錯誤,C正確;當磁體遠離干簧管時,軟磁性材料制成的簧片失去磁性,所以兩簧片又分開,因此干簧管在電路中相當于開關的作用,A錯誤,D正確.5.CR1是光敏電阻,有光照射時,電阻變小,當有人通過而遮蔽光線時,R1的阻值變大,回路中的電流I減小,A、B間的電壓減小,故①項錯誤,②項正確.由閉合電路歐姆定律得U=E-I(R1+r),當僅增大R2的阻值時,電路中的電流減小,A、B間的電壓U增大,故③項正確.當減小R2的阻值時,電路中的電流增大,A、B間的電壓U減小,故④項錯誤.應選C.6.D在0~t1內(nèi),I恒定,壓力敏感元件阻值不變,由小球的受力不變可知,小車可能做勻速或勻加速直線運動,在t1~t2內(nèi),I變大,壓力敏感元件阻值變小,壓力變大,小車做變加速運動,A、B錯誤;在t2~t3內(nèi),I達到最大值且保持不變,壓力最大且恒定,小車做勻加速直線運動,C錯誤,D正確.7.ACD由說明書中“功能與特點”的第二項可知,該自動干手機具有過熱保護功能,其中必然用溫度傳感器來感知溫度,溫度過高時自動控制電路斷開,選項A正確;由說明書中“功能與特點”的第一項可知,B錯誤,D正確;由能量守恒定律知,選項C正確.8.D該同學站在壓力傳感器上完成一次下蹲動作過程中,先向下加速,后向下減速,其加速度方向先向下后向上,即先失重后超重,D正確.9.DS閉合時傳感器上恰好無示數(shù),說明小球受豎直向上的電場力,且電場力大小等于重力.由楞次定律可判斷磁感應強度B正在增強,根據(jù)法拉第電磁感應定律E=nΔΦΔt=U,Udq=mg,得ΔΦ10.A壓力F作用時,極板間距d變小,由C=εrS4πkd,電容器電容C變大,又根據(jù)Q=CU,極板帶電荷量變多,所以電容器應充電,靈敏電流計中產(chǎn)生由正接線柱流入的電流,所以指針將右偏.F不變時,極板保持固定后,充電結束,11.B光照增強或溫度升高時排氣扇都能啟動,由此可見兩個傳感器一個是光傳感器,一個是溫度傳感器,而且排氣扇自動工作只需光照和溫度其中一個滿足條件即可,A、C、D錯誤,B正確.12.BC這種傳感器輸入的物理量是位移,輸出的物理量是電流,A錯誤;當軟鐵芯插入或拔出線圈時,在線圈中產(chǎn)生方向相反的電流,則通過這種傳感器線圈的電流是交變電流,B正確;因軟鐵芯的移動導致線圈中產(chǎn)生感應電流,則軟鐵芯是敏感元件,線圈是轉(zhuǎn)換元件,C正確;當物體1向右移動時,軟鐵芯插入線圈的深度減小,則線圈的自感系數(shù)減小,D錯誤.13.D由圖乙可知,當R的溫度等于20℃時,熱敏電阻的阻值R1=4kΩ,則由I1=ER1+Rg可得Rg=0.5kΩ,當電流I2=3.6mA時,由I2=ER2+Rg可得R2=2k14.答案(1)4m/s2方向向右(2)以方向向左、大小為10m/s2的加速度運動解析(1)如圖所示,依題意