高中物理人教版 (新课标)选修31 传感器及其工作原理达标测试

2013-2014学年高中物理 第六章第一节 传感器及其工作原理知能演练轻松闯关 新人教版选修3-2

1．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：选CD.干簧管能感知磁场，是因为当两个干簧所处位置的磁场方向相同时，就会吸引，所以相当于开关的作用，C正确，当磁场靠近或远离的时候，就会实现闭合或断开电路，起到自动控制的作用，D正确，A、B错误．故选CD.

2．霍尔元件能转换哪个物理量(　　)

A．把温度这个热学量转换成电阻这个电学量

B．把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量

C．把力这个力学量转换成电压这个电学量

D．把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量

解析：选B.霍尔元件是将磁感应强度转换成电学量的．

3．电容式传感器是用来将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，从而引起电容的变化，如图是四种电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用下列说法正确的是(　　)

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．丁图的传感器只能用来测量速度

答案：ABC

4.

(2013·大同一中高二月考)如图所示，R3是光敏电阻，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．R3的电阻变小，a点电势高于b点电势

B．R3的电阻变小，a点电势低于b点电势

C．R3的电阻变大，a点电势高于b点电势

D．R3的电阻变大，a点电势低于b点电势

解析：选A.光照射R3时，由光敏电阻特性，R3的电阻变小，通过R3的电流增加，R3的电压减小，R4的电压增加，a点电势高于b点电势，故选A.

5．随着生活质量的提高，自动干手机已进入我们的生活．洗手后，将湿手靠近自动干手机，机内的传感器便驱动电热器加热，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．改变了湿度　　　　　　 B．改变了温度

C．改变了磁场   D．改变了电容

解析：选D.根据自动干手机工作的特征，即手靠近，电热器开始工作，手撤离，电热器停止工作，不难判断出传感器的种类．人是导体，可以和其他导体构成电容器，因此物理学上有人体电容之说，手靠近干手机相当于连接进一个电容器，故可以确认干手机内设置有电容式传感器，手靠近改变了电容．能否利用温度和湿度来驱使电热器工作呢？理论上可行，但作为干手机，这种传感器的设置有很大的缺陷，干手机周围的环境(如温度、湿度)一年四季都在变化，与手靠近无关，假如温度、湿度发生变化干手机就马上工作，岂不成了“室内烘干机”，故选D.

一、选择题

1．(单选)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做成的

B．金属材料也可以制成传感器

C．干簧管是一种能够感知电场的传感器

D．传感器一定是通过感知电压的变化来传递信号的

答案：B

2．(多选)(2011·高考江苏卷)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错误；热敏电阻和霍尔元件都可作为传感器，B、C正确；干电池是电源，D错误．故选BC.

3．(单选)传感器的种类多种多样，其性能也各不相同，空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内使用的传感器是(　　)

A．生物传感器   B．红外传感器

C．温度传感器   D．压力传感器

解析：选C.空调机根据温度调节工作状态，所以内部使用了温度传感器，故选C.

4.

(多选)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(　　)

A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大的一定是热敏电阻

B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化的一定是定值电阻

C．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数变化较大的一定是光敏电阻

D．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数相同的一定是定值电阻

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的阻值不随温度变化；光敏电阻的阻值随光照变化而变化，定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照变化．故选AC.

5.

(多选)如图为电阻R随温度T变化的图线，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的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高

D．图线2的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高

解析：选BD.热敏电阻是由半导体材料制成的，其稳定性差，测温范围小，但灵敏度高，其电阻随着温度的升高而减小．金属电阻阻值随温度的升高而增大，图线1是金属电阻，图线2是热敏电阻．故选BD.

6．(多选)

如图是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持I恒定，则可以验证UH随B的变化情况．以下说法中正确的是(工作面是指较大的平面)(　　)

A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，UH将变大

B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平

C．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平

D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化

解析：选ABD.将永磁体的N极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，B增大，I恒定，由公式UH＝知UH将变大，选项A正确；地球两极的磁场方向在竖直方向上，所以霍尔元件的工作面应保持水平，使B与工作面垂直，选项B正确；地球赤道上的磁场成水平方向，只有霍尔元件的工作面在竖直方向时，B与工作面垂直，选项C错误；改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，B垂直工作面的大小发生变化，UH将发生变化，选项D正确．故选ABD.

7．(单选)

如图所示为测定压力的电容式传感器，将平行板电容器、灵敏电流表(零刻度在中间)和电源串联成闭合电路，当压力F作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流表指针偏转，在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线推到图中实线位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)(　　)

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动

D．向左偏到某一刻度后不动

解析：选A.压力F作用时，极板间距d变小，由C＝，电容器电容C变大，又根据Q＝CU，极板带电荷量变大，所以电容器应充电，灵敏电流计中产生由正接线柱流入的电流，所以指针将右偏．F不变时，极板保持固定后，充电结束，指针回到零刻度，故选A.

8.

(单选)如图所示，将一光敏电阻接入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时，表针自左向右的偏转角度为θ；现用手掌挡住部分光线，表针自左向右的偏转角度为θ′，则可判断(　　)

A．θ′＝θ   B．θ′＜θ

C．θ′＞θ   D．不能确定

解析：选B.光照减弱时，光敏电阻值变大，指针偏角变小，故选B.

☆9.(单选)

为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计．该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口，在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极．污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U.若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是(　　)

A．若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高

B．若污水中负离子较多，则前表面比后表面电势高

C．污水中离子浓度越高，电压表的示数将越大

D．污水流量Q与U成正比，与a、b无关

解析：选D.这个题目主要考查电磁感应知识，与课本中本节课介绍的霍尔元件工作原理相似，等效为金属杆切割类的问题，根据U＝Bbv，v为污水的流速，b为等效切割的长度，一定要注意这个等效关系，否则就会得出错误的结论．根据右手定则可以判断出，无论污水中正离子较多还是污水中负离子较多，总是后表面比前表面电势高，电压表的示数不仅仅与污水中离子浓度有关，还与流速等因素有关．由U＝Bbv和Q＝bcv可知Q＝cU/B，污水流量Q与U成正比，与a、b无关．故选D.

☆10.(多选)(2013·广东省实验中学高二检测)有一种测量人体重的电子秤，其原理如图中的虚线所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)．设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3 A，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，电阻R随压力变化的函数式为R＝30－0.02F(F和R的单位分别是N和Ω)．下列说法正确的是(　　)

A．该秤能测量的最大体重是1 400 N

B．该秤能测量的最大体重是1 300 N

C．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处

D．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.400 A处

解析：选AC.设电流达到Imax＝3 A时压力传感器的阻值为Rm，由闭合电路欧姆定律得Imax＝

所以Rm＝－r＝ Ω＝2 Ω

根据R＝30－0.02F得，与Rm＝2 Ω对应的压力为

Fmax＝＝ N＝1 400 N，选项A正确，B错误．

当压力为零时，压力传感器的电阻为R0，

则由R＝30－0.02F知R0＝30 Ω.

这时电流为I0＝＝ A＝0.375 A，选项C正确，D错误．故选AC.

二、非选择题

11.

计算机键盘上的每一个按键下面都有一个电容传感器．电容的计算公式是C＝ε，其中常量ε＝9.0×10－12F·m－1，S表示两金属片的正对面积，d表示两金属片间的距离．当某一键被按下时，d发生改变，引起电容器的电容发生改变，从而给电子线路发出相应的信号．

已知两金属片的正对面积为50 mm2，键未被按下时，两金属片间的距离为0.60 mm.只要电容变化达0.25 pF，电子线路就能发出相应的信号．那么为使按键得到反应，至少需要按下多大距离？

解析：未按下时电容C1＝0.75 pF，再由＝得＝和C2＝1.00 pF，得Δd＝0.15 mm.

答案：0.15 mm

☆12.

(2013·盐城高二检测)一块N型半导体薄片(称霍尔元件)，其横截面为矩形，体积为b×c×d，如图所示．已知其单位体积内的电子数为n、电阻率为ρ、电子电荷量e.将此元件放在匀强磁场中，磁场方向沿z轴方向，并通有沿x轴方向的电流I.

(1)此元件的C、C′两个侧面中，哪个面电势高？

(2)试证明在磁感应强度一定时，此元件的C、C′两个侧面的电势差与其中的电流成正比．

(3)磁强计是利用霍尔效应来测量磁感应强度B的仪器．其测量方法为：将导体放在匀强磁场之中，用毫安表测量通过的电流I，用毫伏表测量C、C′间的电压UCC′，就可测得B.若已知其霍尔系数k＝＝10 mV/mA·T.并测得UCC′＝0.6 mV，I＝3 mA.试求该元件所在处的磁感应强度B的大小．

解析：(1)因电子的运动方向与电流的方向相反，再由左手定则可知，电子向C′面偏移，所以C面电势较高．

(2)假设定向移动速度为v：I＝q/t

q＝nebdvt，可得：I＝nebdv

稳定时有：Bev＝e UCC′/b

可得：UCC′＝I式中各量均为定值，所以侧面的电势差与其中的电流成正比．

(3)由上可知B＝代入得：B＝0.02 T.

答案：(1)C面较高　(2)见解析　(3)0.02 T