第六章DILIUZHANG传感器
1 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B 2.(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.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ABC 3.(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CD 4.如图所示是一个测定液面高度的传感器,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( )
1
A.减小 C.不变
B.增大 D.无法确定
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,
解析根据电容的决定式C=故A正确,B、C、D错误。 答案A 5.
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 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A 6.
(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。
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答案BD
7.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 C.改变磁场 答案D B.改变温度 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,干手机内的电热器工作。
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;由C=答案D 2.(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( )
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,
电路中电流方向改变,B、C错误。
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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
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AB 3.
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A 4.
如图所示,厚度为h、宽度为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。
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
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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,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=子的个数。
,其中n代表导体板单位体积中电
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。
(4)当静电力和洛伦兹力平衡时:e=evB,UH=vBh。 又I=nevdh 由UH=k
,得k=
。
答案(1)低于 (2)evB (3)e (4)见解析
5.在一次实验中,一块霍尔材料制成的薄片宽lab=1.0×10-2 m、长lbc=4.0×10-2 m、厚h=1×10-3 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1.0×10-5 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=E·e=
·e,洛伦兹力F=evB,平衡时
·e=evB,得v=
≈6.7×10-4 m/s。
答案(1)a (2)6.7×10-4 m/s
6.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,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)。
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2019高中物理配套课后习题第六章 1 传感器及其工作原理
