1、11 传感器及其工作原理课后篇巩固提升基础巩固1.关于传感器,下列说法正确的是( )A.所有传感器都是由半导体材料制成的B.金属材料也可以制成传感器C.传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的D.水银温度计是一种传感器解析 大多数传感器是由半导体材料制成的,某些金属也可以制成传感器,如金属热电阻,故 A 错,B 对;传感器将非电学量转换为电学量,因此传感器感知的应该是“非电信号”,故 C 错;水银温度计能感受热学量,但不能把热学量转化为电学量,因此不是传感器,故 D 错。答案 B2.(多选)传感器担负着信息采集的任务,它可以( )A.将力学量(如形变量)转变成电学量B.将热学量转变成电学量C
2、.将光学量转变成电学量D.将电学量转变成力学量解析 传感器是将所感受到的不便于测量的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量的物理量(一般是电学量)的一类元件,故选项 A、B、C 对,D 错。答案 ABC3.(多选)关于干簧管,下列说法正确的是( )A.干簧管接入电路中相当于电阻的作用B.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C.干簧管接入电路中相当于开关的作用D.干簧管是作为电控元件以实现自动控制的解析 干簧管能感知磁场,是因为当两个簧片所处位置的磁场方向相同时,两个簧片被磁化而接通,所以是做开关来使用的,当磁场靠近或远离的时候,就会实现闭合或断开。答案 CD4.如图所示是一个测定液面高度的传感
3、器,在导线芯的外面涂上一层绝缘物质,放在导电液体中,导线芯和导电液构成电容器的两极,把这两极接入外电路,当外电路的电流变化说明电容值减小时,则导电液体的深度 h 变化为( )A.减小 B.增大2C.不变 D.无法确定解析 根据电容的决定式 C= 知,其他量不变时,电容减小,两极板正对面积减小,则知深度 h 减小, rS4 kd故 A 正确,B、C、D 错误。答案 A5.如图所示,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( )A.当滑片 P 向左移动时,L 消耗的功率增大
4、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 消耗的功率都不变解析 当滑片 P 向左移动时,使其电阻减小,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。答案 A6.(多选)电阻 R 随温度 T 变化的图线如图所示。下列说法中正确的是( )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 是热敏电阻的图线,它是用半导体材料制成的C.图线 1 对应的
5、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。答案 BD37.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,手靠近干手机能使传感器工作,是因为( )A.改变湿度 B.改变温度C.改变磁场 D.改变电容解析 手靠近干手机后,使电容式传感器的电容改变,干手机内的电热器
6、工作。答案 D能力提升1.传感器是把非电学量(如位移、压力、流量、声强等)转换成电学量的一种元件。如图所示,一种电容式传感器,电路可将声音信号转化为电信号。电路中 a、 b 构成一个电容器, b 是固定不动的金属板, a 是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜。若声源 S 发出频率恒定的声波使a 振动,则 a 在振动过程中( )A.a、 b 板之间的电场强度不变B.a、 b 板所带的电荷量不变C.电路中始终有方向不变的电流D.向右位移最大时,电容器的电容最大解析 a、 b 始终跟电源相连,电势差 U 不变,由于 a、 b 间距离变化,由 E= 知电场强度变化,A 错误;Ud由 C=
7、 知 d 变化时 C 变化, a 向右位移最大时,电容最大,D 正确;由 Q=CU 知 a、 b 所带电荷量变化,电 rS4 kd路中电流方向改变,B、C 错误。答案 D2.(多选)演示位移传感器的工作原理如图乙所示,物体 M 在导轨上平移时,带动滑动变阻器的金属滑杆 P,通过电压表显示的数据来反映物体位移的大小 x。假设电压表是理想电压表,则下列说法正确的是( )A.物体 M 运动时,电源内的电流不会发生变化B.物体 M 运动时,电压表的示数会发生变化C.物体 M 不动时,电路中没有电流D.物体 M 不动时,电压表没有示数4解析 电压表不分流,故触头移动不会改变电路的总电阻,也就不会改变电路
8、中的总电流,故 A 正确,电压表测量触头 P 与左侧电阻之间的电压,故电压表示数随物体 M 的移动而变化,故 B 正确,C、D 错误。答案 AB3.如图所示, R3是光敏电阻(光照时电阻变小),当开关 S 闭合后,在没有光照射时, a、 b 两点等电势。当用光照射电阻 R3时,则( )A.a 点电势高于 b 点电势B.a 点电势低于 b 点电势C.a 点电势等于 b 点电势D.a 点电势和 b 点电势的大小无法比较解析 R3是光敏电阻,当有光照射时 R3电阻变小, R3两端电压减小,故 a 点电势升高,因其他电阻的阻值不变,所以 a 点电势高于 b 点电势。答案 A4.如图所示,厚度为 h、宽
9、度为 d 的导体板放在垂直于它的磁感应强度为 B 的匀强磁场中,当电流通过导体板时,在导体板的上侧面 A 和下侧面 A之间会产生电势差,这种现象称为霍尔效应。实验表明,当磁场不太强时,电势差 UH、电流 I 和 B 的关系为 UH=k ,式中的比例系数 k 称为霍尔系数。IBd霍尔效应可解释如下:外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧,在导体板的另一侧会出现多余的正电荷,从而形成与磁场垂直的电场。与磁场垂直的电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力。当静电力与洛伦兹力达到平衡时,导体板上下两侧面之间就会形成稳定的电势差。电流 I 是自由电子的定向移动形成的,电子的平均定向速率为 v,
10、电荷量为 e。回答下列问题:(1)达到稳定状态时,导体板上侧面 A 的电势 (选填“高于”“低于”或“等于”)下侧面A的电势。 (2)电子所受洛伦兹力的大小为 。 (3)当导体板上、下两侧面之间的电势差为 UH时,电子所受静电力的大小为 。 (4)由静电力和洛伦兹力平衡的条件,证明霍尔系数 k= ,其中 n 代表导体板单位体积中电子的个数。1ne5解析 (1)电子向左做定向移动,由左手定则知电子受洛伦兹力的方向向上,故上侧面 A 积聚电子,下侧面 A积聚正电荷,上侧面的电势低于下侧面的电势。(2)F 洛 =evB。(3)F 电 =Ee= e。UHh(4)当静电力和洛伦兹力平衡时: e =evB
11、,UH=vBh。UHh又 I=nevdh由 UH=k ,得 k= 。IBd dUHIB= dvBhnevdhB=1ne答案 (1)低于 (2)evB (3) e (4)见解析UHh5.在一次实验中,一块霍尔材料制成的薄片宽 lab=1.010-2 m、长 lbc=4.010-2 m、厚 h=110-3 m,水平放置在方向竖直向上的磁感应强度大小为 B=1.5 T 的匀强磁场中, bc 方向通有 I=3.0 A 的电流,如图所示,沿薄片宽度产生 1.010-5 V 的横向电压。(1)假定载流子是电子, a、 b 两端中的哪端电势较高?(2)薄片上形成电流 I 的载流子定向运动的速率多大?(保留两
12、位有效数字)解析 (1)根据左手定则可确定 a 端电势高。(2)设电子沿电流反方向所在直线定向移动的速率为 v,横向电压为 Uab,横向电场强度为 E,则静电力为 F 电 =Ee= e,洛伦兹力 F=evB,平衡时 e=evB,得 v= 6 .710-4 m/s。Uablab Uablab UablabB答案 (1)a (2)6.710-4 m/s6.用如图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 kg 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
13、,其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出。现将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 10 N(g 取 10 m/s2)。(1)若传感器 a 的示数为 14 N,b 的示数为 6 N,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?6解析 (1)如图所示,依题意得左侧弹簧对滑块向右的推力 F1=14 N,右侧弹簧对滑块的向左的推力F2=6 N,滑块所受合力产生加速度 a1,根据牛顿第二定律有F1-F2=ma1可得 a1= m/s2=4 m/s2F1-F2m =14-62a1与 F1同方向,即向前(向右)。(2)a 传感器的读数恰为零,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=20 N。滑块所受合力产生加速度 a2,由牛顿第二定律得F 合 =F2=ma2可得 a2= =10 m/s2,方向向左。F2m答案 (1)4 m/s2 方向向右 (2)以方向向左、大小为 10 m/s2的加速度运动7
