人教版 (新课标)选修31 传感器及其工作原理复习练习题

6.1传感器及其工作原理

1．(2011年高考江苏物理卷)美国科学家Willard S．Boyle与George E．Smith因电荷耦合器件(CCD)的重要发明荣获2009年度诺贝尔物理学奖．CCD是将光学量转变成电学量的传感器．下列器件可作为传感器的有(  )

A．发光二极管       B．热敏电阻

C．霍尔元件   D．干电池

解析：选BC.发光二极管有单向导电性，A错；热敏电阻和霍尔元件都可作为传感器，B、C对；干电池是电源，D错．

2．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

答案：C

3.有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图6－1－11所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是(  )

图6－1－11

A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻

B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻

C．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻

D．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻

解析：选AC.热敏电阻的阻值随温度变化而变化，定值电阻和光敏电阻不随温度变化；光敏电阻的阻值随光照变化而变化，定值电阻和热敏电阻不随之变化．

4.如图6－1－12所示是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因是电容器两板间的(  )

图6－1－12

A．距离变化        B．正对面积变化

C．介质变化   D．电压变化

解析：选A.平行板电容器的电容C∝εrS/d，本题中的介质没有变化，正对面积也没有变化，引起电容变化的因素是板间距离d.

5.如图6－1－13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有什么关系(  )

图6－1－13

A．UM＞UN       B．UM＝UN

C．UM＜UN   D．无法判断

解析：选A.霍尔效应形成的原因是带电粒子在磁场中受到洛伦兹力的作用，做定向移动形成的，根据左手定则，电子受到向下的洛伦兹力作用，向N板运动，则M板剩下正电荷，所以UM＞UN.故选A.

一、选择题

1．利用半导体材料可以制成(  )

A．标准电阻   B．热敏电阻

C．光敏电阻   D．温度报警器

答案：BCD

2．街旁的路灯，江海里的航标都要求在夜晚亮，白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的(  )

 A．压敏性   B．光敏性

C．热敏性   D．三种特性都利用

答案：B

3.如图6－1－14是观察电阻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6－1－14

A．如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显

B．如果R为金属热电阻，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)，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)，读数变化不明显

解析：选C.若为金属热电阻，温度升高后，电阻变大，读数变化不明显，A、B错误．若为热敏电阻，读数将明显变化，C对D错．

4．金属铂的电阻值对温度高低非常敏感，图6－1－15中可能表示金属铂电阻的U－I图线是(  )

图6－1－15

解析：选B.金属铂导体的电阻对温度的变化很敏感，电阻随温度的升高而增大，在一定温度下其U－I图线是非线性的且图线的斜率越来越大，故B正确．

5.如图6－1－16所示为一测定液面高低的传感器示意图，A为固定的导体芯，B为导体芯外面的一层绝缘物质，C为导电液体，把传感器接到图示电路中，已知灵敏电流表指针偏转方向与电流方向相同．如果发现指针正向右偏转，则导电液体深度h的变化为(  )

图6－1－16

A．正在增大   B．正在减小

C．不变   D．无法确定

解析：选B.由电源极性及电流方向可知，A、B构成的电容器上的电荷量减小，据C＝，电容C在减小，可推知正对面积S减小，即h在减小．

6.如图6－1－17所示，由电源、小灯泡、金属电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变暗，发生这一现象的主要原因是(  )

图6－1－17

A．小灯泡的电阻发生了变化

B．小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化

C．电阻丝的电阻率随温度发生了变化

D．电源的电压随温度发生了变化

解析：选C.温度升高，金属电阻丝电阻率增大，电阻增大，电路中电流减小，灯泡亮度减弱．

7.如图6－1－18所示，Rt为半导体热敏电阻，其他电阻都是普通的电阻，当灯泡L的亮度变暗时，说明(  )

图6－1－18

A．环境温度变高

B．环境温度变低

C．环境温度不变

D．都有可能

解析：选B.当灯泡L的亮度变暗时，说明通过灯泡L的电流变小，Rt变大，只有环境温度变低，Rt才变大，所以选B.

8.如图6－1－19所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，当温度降低时，电阻变大，L为小灯泡，当温度降低时(  )

图6－1－19

A．R1两端的电压增大

B．电流表的示数增大

C．小灯泡的亮度变强

D．小灯泡的亮度变弱

解析：选C.R2与灯L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，电阻R2增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，灯L两端电压增大，灯泡亮度变强，R1两端电压减小，故C正确，其余各项均错．

9．如图6－1－20所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器的基本工作原理是(  )

图6－1－20

A．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压

B．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压

C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次

D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次

解析：选AC.当光照射到光敏电阻R1上时，R1电阻减小，电路中电流增大，R2两端电压升高，信号处理系统得到高电压，计数器每由高电压转到低电压，就计一个数，从而达到自动计数目的，由以上分析选项A、C正确．

10．电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装置，由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而又可推出另一物理量的值，如图6－1－21所示是四种电容式传感器的示意图，关于这四种传感器的作用，下列说法不正确的是(  )

图6－1－21

A．甲图的传感器可以用来测量角度

B．乙图的传感器可以用来测量液面的高度

C．丙图的传感器可以用来测量压力

D．丁图的传感器可以用来测量速度

解析：选D.甲图角度变化能导致极板正对面积变化；乙图高度变化能导致极板正对面积变化；丙图F变化能导致极板间距变化；丁图物体位置变化导致电介质变化．所以，甲、乙、丙、丁分别是测角度、高度、压力、位移的物理量．

二、非选择题

11．按图6－1－22所示接好电路，合上S1、S2，发现小灯泡不亮，原因是________；用电吹风对热敏电阻吹一会儿热风，会发现小灯泡________，原因是________；停止吹风，会发现________；把热敏电阻放入冷水中会发现________．

图6－1－22

解析：依靠热敏电阻的性质进行分析，由于热敏电阻在常温时阻值较大，左侧电路电流较小，电磁铁磁性较弱吸不住衔铁；当用电吹风对热敏电阻加热使其阻值变小，电路中电流增大，电磁铁吸住衔铁，使右侧电路接通，小灯泡亮了；停止吹风后，小灯泡不会立即熄灭，因为热敏电阻温度仍然较高，当把热敏电阻放入冷水后，热敏电阻温度降低很快，阻值变大，故小灯泡熄灭．

答案：见解析

12.角速度计可测得航天器自转的角速度ω，其结构如图6－1－23所示，当系统绕OO′轴转动时，元件A在光滑杆上发生滑动，并输出电信号成为航天器的制导信号源．已知A质量为m，弹簧的劲度系数为k，原长为L0，电源电动势为E，内阻不计，滑动变阻器总长为L，电阻分布均匀，系统静止时滑动变阻器滑动触头P在中点，与固定接头Q正对，当系统以角速度ω转动时，求：

图6－1－23

(1)弹簧形变量x与ω的关系式．

(2)电压表的示数U与角速度ω的函数关系．

解析：当系统绕OO′轴转动时，A在光滑杆上发生滑动，使弹簧发生形变，触头P也随之移动．

(1)由牛顿第二定律有F＝mω2R，R＝L0＋x，

即kx＝mω2(L0＋x)，x＝mω2L0/(k－mω2)．

(2)电压表的示数U＝E＝.

答案：(1)x＝mω2L0/(k－mω2) (2)U＝