【2020秋備課】高中物理練習(xí)新人教版選修3-2-6.1-傳感器及其工作原理

6.1傳感器及其工作原理1．傳感器是能夠把易感受的力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等__________依據(jù)確定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)潔進(jìn)行測(cè)量，傳輸處理和把握的電壓、電流等____________、或轉(zhuǎn)換為電路的______的一類元件．2．光敏電阻的特性：____________________________，光敏電阻能夠把______________這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為_(kāi)_____這個(gè)電學(xué)量．3．金屬熱電阻的電阻率隨溫度的上升而______，熱敏電阻的電阻率隨溫度的上升而______，金屬熱電阻和熱敏電阻都可以制作______傳感器．與熱敏電阻相比，金屬熱電阻的______________，測(cè)溫范圍________，但________較差．4．如圖1所示，E、F間通入恒定電流I，同時(shí)外加與薄片垂直的磁場(chǎng)B，則M、N間毀滅霍爾電壓UH，UH＝______________.式中______為薄片的厚度，______為霍爾系數(shù)，它的大小與薄片的材料有關(guān)．圖15．關(guān)于干簧管，下列說(shuō)法正確的是()A．干簧管接入電路中相當(dāng)于電阻的作用B．干簧管是依據(jù)熱脹冷縮的原理制成的C．干簧管接入電路中相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的作用D．干簧管是作為電控元件以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)把握的6．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．把力這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電壓這個(gè)電學(xué)量D．把光照強(qiáng)弱這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換成電阻這個(gè)電學(xué)量【概念規(guī)律練】學(xué)問(wèn)點(diǎn)一光敏電阻1．如圖2所示，將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆擋，再將電表的兩支表筆分別與光敏電阻RG的兩端相連，這時(shí)表針恰好指在刻度盤的中心．若用不透光的黑紙將RG包裹起來(lái)，表針將向________(填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動(dòng)；若用手電筒的光照射RG，表針將向________(填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動(dòng)．圖22．如圖3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什么？圖3學(xué)問(wèn)點(diǎn)二熱敏電阻和金屬熱電阻3．如圖4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)()圖4A．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)?．如圖5所示為電阻R隨溫度T變化的圖線，下列說(shuō)法中正確的是()圖5A．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的材料化學(xué)穩(wěn)定性好、測(cè)溫范圍大、靈敏度高D．圖線2的材料化學(xué)穩(wěn)定性差、測(cè)溫范圍小、靈敏度高學(xué)問(wèn)點(diǎn)三霍爾元件5．如圖6所示，有電流I流過(guò)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)垂直于紙面對(duì)里，金屬塊單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)為n，問(wèn)：金屬塊上、下表面哪面電勢(shì)高？電勢(shì)差是多少？圖66．圖7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)，對(duì)于一個(gè)霍爾元件d、k為定值，假如保持I恒定，則可以驗(yàn)證UH隨B的變化狀況．以下說(shuō)法中正確的是(工作面是指較大的平面)()圖7A．將永磁體的一個(gè)磁極漸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．轉(zhuǎn)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】含傳感器的電路的分析技巧7．如圖8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)()圖8A．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8．如圖9所示是一火警報(bào)警裝置的部分電路示意圖，其中R2是半導(dǎo)體熱敏傳感器，它的電阻隨溫度上升而減小，a、b接報(bào)警器．當(dāng)傳感器R2所在處毀滅火情時(shí)，電流表的電流I和a、b兩端兩壓U與毀滅火情前相比()圖9A．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1．關(guān)于傳感器，下列說(shuō)法正確的是()A．光敏電阻和熱敏電阻都是由半導(dǎo)體材料制成的B．金屬材料也可以制成傳感器C．傳感器主要是通過(guò)感知電阻的變化來(lái)傳遞信號(hào)的D．以上說(shuō)法都不正確2．光敏電阻能將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)是由于()A．光照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，光敏電阻的阻值也發(fā)生變化B．光照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，光敏電阻的體積也發(fā)生變化C．光照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，光敏電阻的長(zhǎng)度也發(fā)生變化D．光照照度發(fā)生變化時(shí)，光敏電阻的橫截面積也發(fā)生變化3．如圖10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?，關(guān)于歐姆表的讀數(shù)變化狀況正確的是(設(shè)水對(duì)電阻阻值的影響不計(jì))()圖10A．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)體材料制成)，讀數(shù)變化格外明顯D．假如R為熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制成)，讀數(shù)變化不明顯4．如圖11所示，R3是光敏電阻，當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合后，在沒(méi)有光照射時(shí)，a、b兩點(diǎn)等電勢(shì)．當(dāng)用光照射電阻R3時(shí)，則()圖11A．R3的電阻變小，a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)B．R3的電阻變小，a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)C．R3的電阻變大，a點(diǎn)電勢(shì)高于b點(diǎn)電勢(shì)D．R3的電阻變大，a點(diǎn)電勢(shì)低于b點(diǎn)電勢(shì)5．在溫控電路中，通過(guò)熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實(shí)現(xiàn)對(duì)電路相關(guān)物理量的把握．如圖12所示電路，R1為定值電阻，R2為半導(dǎo)體熱敏電阻(溫度越高電阻越小)，C為電容器．當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)()圖12A．電容器C的帶電荷量增大B．電壓表的讀數(shù)增大C．電容器C兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度減小D．R1消耗的功率增大6．如圖13所示電路中，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，RT為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，RG為光敏電阻，閉合開(kāi)關(guān)后，小燈泡L正常發(fā)光，由于環(huán)境條件轉(zhuǎn)變(光照或溫度)，發(fā)覺(jué)小燈泡亮度變暗，則引起小燈泡變暗的緣由可能是()圖13A．溫度不變，光照增加B．溫度上升，光照不變C．溫度降低，光照增加D．溫度上升，光照減弱7．某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在用多用電表爭(zhēng)辯熱敏特性試驗(yàn)中，安裝好如圖14所示裝置，向杯內(nèi)加入冷水，溫度計(jì)的示數(shù)為20℃，多用電表選擇適當(dāng)?shù)谋堵?，讀出熱敏電阻的阻值R1，然后向杯內(nèi)加入熱水，溫度計(jì)的示數(shù)為60圖14A．應(yīng)選用電流擋，溫度上升換用大量程測(cè)量B．應(yīng)選用電流擋，溫度上升換用小量程測(cè)量C．應(yīng)選用歐姆擋，溫度上升時(shí)換用倍率大的擋D．應(yīng)選用歐姆擋，溫度上升時(shí)換用倍率小的擋8．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15所示的甲、乙、丙、丁是四種常見(jiàn)的電容式傳感器，下列說(shuō)法正確的是()圖15A．甲圖中兩極板帶電荷量不變，若電壓變小，可推斷出h變小B．乙圖中兩極板帶電荷量不變，若電壓變大，可推斷出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x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9．如圖16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(kāi)頭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(guò)程中，靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)狀況為(電流從電流表正接線柱流入時(shí)指針向右偏)()圖16A．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)10．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17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(guò)程中()圖17A．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11．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(kāi)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)變電容題號(hào)1234567891011答案12.按圖18所示連接好電路，合上S，發(fā)覺(jué)小燈泡不亮，緣由是____________________；用電吹風(fēng)對(duì)熱敏電阻吹一會(huì)兒，會(huì)發(fā)覺(jué)小燈泡________，緣由是________________________；把熱敏電阻放入冷水中會(huì)發(fā)覺(jué)__________．圖18第六章傳感器第1節(jié)傳感器及其工作原理課前預(yù)習(xí)練1．非電學(xué)量電學(xué)量通斷2．隨著光照的增加，載流子增多，導(dǎo)電性能變好光照強(qiáng)弱電阻3．增大減小溫度化學(xué)穩(wěn)定性好大靈敏度4．keq\f(IB,d)dk5．CD[干簧管能感知磁場(chǎng)，是由于當(dāng)兩個(gè)舌簧所處位置的磁場(chǎng)方向相同時(shí)，就會(huì)吸引，所以是做開(kāi)關(guān)來(lái)使用，當(dāng)磁場(chǎng)靠近或遠(yuǎn)離的時(shí)候，就會(huì)實(shí)現(xiàn)閉合或斷開(kāi)．]6．B[依據(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．]課堂探究練1．左右解析光敏電阻受光照越強(qiáng)，電阻越小，所以將RG用不透光的黑紙包起來(lái)，電阻增大，指針左偏；若用手電筒的光照射RG，電阻減小，指針右偏．2．見(jiàn)解析解析當(dāng)光被元件攔住時(shí)，光敏電阻的阻值R1增大，電路中電流減小，R2兩端電壓減小，信號(hào)處理系統(tǒng)得到低電壓，每通過(guò)一個(gè)元件就獲得一次低電壓，計(jì)數(shù)一次．點(diǎn)評(píng)當(dāng)光照增加時(shí)，光敏電阻的阻值減小，光照減弱時(shí)，光敏電阻的阻值增大．即光照強(qiáng)弱的變化引起電路中電流和電壓的一系列變化．3．C[R2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)．]點(diǎn)評(píng)熱敏電阻溫度上升，電阻減??；溫度降低，電阻增大．4．BD[熱敏電阻由半導(dǎo)體材料制成，電阻隨溫度上升而減小，且靈敏度高，金屬熱電阻隨溫度上升電阻增大，靈敏度不高，但測(cè)溫范圍大，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定．故B、D正確．]點(diǎn)評(píng)1.熱敏電阻和金屬熱電阻的阻值隨溫度的變化方向是相反的．熱敏電阻溫度上升，電阻減小，金屬熱電阻溫度上升，電阻增大．2．熱敏電阻隨溫度變化明顯．金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)溫范圍大．5．下表面電勢(shì)高eq\f(IB,ned)解析由于自由電荷為電子，故由左手定則可判定向上偏，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，又由于導(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)體中流淌時(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)增加，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．6．ABD[依據(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；在地球兩極四周，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，故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(wú)電壓產(chǎn)生，C錯(cuò)誤；轉(zhuǎn)變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，相當(dāng)于轉(zhuǎn)變了霍爾系數(shù)k，故UH將發(fā)生變化，故D正確．]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)系為UH＝keq\f(IB,d).7．ABC[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(guò)小燈泡的電流必增大，則小燈泡的功率增大，C項(xiàng)正確．]8．D[當(dāng)傳感器R2所在處毀滅火情時(shí)，溫度上升，電阻減小，電路的總電阻減小，總電流I增大，路端電壓Uab＝E－Ir減小，I(r＋R1)增大，U并＝E－I(r＋R1)減小，通過(guò)R3的電流I3減小，通過(guò)R2的電流I2＝I－I3增大，D對(duì)．]方法總結(jié)電路中涉及熱敏電阻、光敏電阻或金屬熱電阻等元件時(shí)，熟記各種元件的特性，然后依據(jù)動(dòng)態(tài)電路問(wèn)題的分析思路，由部分到整體再到部分的挨次進(jìn)行分析．課后鞏固練1．AB2．A[光敏電阻的特性是光照強(qiáng)度變化時(shí)，電阻率發(fā)生明顯變化，而長(zhǎng)度、體積、橫截面積等基本不變，故光敏電阻阻值大小會(huì)發(fā)生變化，A正確．]3．C[金屬熱電阻的阻值隨溫度的上升而增大，但靈敏度較差．而熱敏電阻(用半導(dǎo)體材料制成)靈敏度高，所以選C.]4．A[R3是光敏電阻，當(dāng)有光照射時(shí)電阻變小，R3兩端電壓降減小，故a點(diǎn)電勢(shì)將上升，因其它阻值不變，所以a點(diǎn)電勢(shì)將高于b點(diǎn)電勢(shì)．]5．AB[降溫，則R2↑，I總↓，所以UR2＝E－(r＋R1)I總↑則UC＝UR2↑，Q＝CUC↑，A項(xiàng)正確．I總↓，則U外＝E－I總r↑，○V↑，B項(xiàng)正確．I總↓，P1＝Ieq\o\al(2,總)R1↓，D項(xiàng)錯(cuò)誤．C板間E＝eq\f(UC,d)↑，故C項(xiàng)錯(cuò)誤．]6．AC[由題圖可知，當(dāng)光敏電阻阻值減小或熱敏電阻阻值增大時(shí)，小燈泡L都會(huì)變暗，結(jié)合光敏電阻特性可知，A正確，B錯(cuò)誤．若光敏電阻阻值減小的同時(shí)，熱敏電阻的阻值增大，小燈泡L變暗，C正確．若熱敏電阻減小，光敏電阻增大，則小燈泡變亮．D錯(cuò)誤．]7．D[多用電表與熱敏電阻構(gòu)成的回路中未接入電源，故不能用電流擋，A、B均錯(cuò)．當(dāng)溫度上升時(shí)多用電表指針偏轉(zhuǎn)角度較大，說(shuō)明熱敏電阻的阻值變小了，應(yīng)當(dāng)換用倍率小的擋，