高中物理選擇性必修-第2冊(cè)-第5章-2常見(jiàn)傳感器的工作原理及應(yīng)用

第五章2常見(jiàn)傳感器的工作原理及應(yīng)用A組·基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)1.(多選)(2020年赤峰檢測(cè))有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將這三只元件分別接入如圖所示電路中的A、B兩點(diǎn)后，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說(shuō)法中正確的是()A．置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化較大的一定是熱敏電阻B．置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變化的一定是定值電阻C．用黑紙包住與不用黑紙包住相比，歐姆表示數(shù)變化較大的一定是光敏電阻D．用黑紙包住與不用黑紙包住相比，歐姆表示數(shù)相同的一定是定值電阻【答案】AC【解析】熱敏電阻的阻值隨溫度的變化而變化，定值電阻和光敏電阻的阻值不隨溫度發(fā)生變化，故A正確，B錯(cuò)誤；光敏電阻的阻值隨光照的變化而變化，而定值電阻和熱敏電阻的阻值不隨光照的變化而變化，故C正確，D錯(cuò)誤．2．(多選)對(duì)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，正確的敘述是()A．受熱后，電阻隨溫度的升高而迅速減小B．受熱后，電阻基本不變C．熱敏電阻可以用來(lái)測(cè)量很小范圍內(nèi)的溫度，反應(yīng)快，而且精確度高D．以上說(shuō)法都不對(duì)【答案】AC【解析】負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻隨溫度的升高其電阻減小，熱敏電阻可以用來(lái)測(cè)量很小范圍內(nèi)的溫度，反應(yīng)快，而且精確度高，A、C正確，B、D錯(cuò)誤．3．(2020年西安七十中檢測(cè))如圖所示，將一光敏電阻接入多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆擋，用光照射光敏電阻時(shí)，表針的偏角為θ；現(xiàn)用手掌擋住部分光線，表針的偏角為θ′，則可判斷()A．θ′＝θ B．θ′＜θC．θ′＞θ D．不能確定【答案】B【解析】光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而減小，用手掌擋住部分光線，阻值變大，指針自左向右偏轉(zhuǎn)角度變小，B正確．4．(多選)壓敏電阻的阻值會(huì)隨所受壓力的增大而減小．一同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷升降機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置，如圖甲所示，將壓敏電阻平放在升降機(jī)內(nèi)，受壓面朝上，在上面放一物體m，升降機(jī)靜止時(shí)電流表示數(shù)為I0.某過(guò)程中電流表的示數(shù)如圖乙所示，則在此過(guò)程中()A．物體處于失重狀態(tài)B．物體處于超重狀態(tài)C．升降機(jī)一定向上做勻加速運(yùn)動(dòng)D．升降機(jī)可能向下做勻減速運(yùn)動(dòng)【答案】BD【解析】由乙圖知電流強(qiáng)度變?yōu)樵瓉?lái)的兩倍，而加在壓敏電阻兩端的電壓不變，說(shuō)明壓敏電阻的阻值減小，即物體對(duì)壓敏電阻的壓力增大，物體所受支持力大于重力，升降機(jī)勻加速上升或勻減速下降，處于超重狀態(tài)，故選BD.5．(多選)數(shù)碼相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)在人們生活中的應(yīng)用越來(lái)越普及．在數(shù)碼攝像器材中，使用了一種新型的敏感元件，叫電荷耦合器(CCD)，下列關(guān)于CCD的說(shuō)法正確的是()A．它能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)B．它能將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)C．它是一種硅半導(dǎo)體芯片，上面布有數(shù)百萬(wàn)個(gè)光敏元件D．它是一種硅半導(dǎo)體芯片，上面布有數(shù)百萬(wàn)個(gè)熱敏元件【答案】AC【解析】CCD是一種硅半導(dǎo)體芯片，上面布有數(shù)百萬(wàn)個(gè)光敏元件，每個(gè)光敏元件都把它所受到的光轉(zhuǎn)換成相應(yīng)量的電荷，于是整塊CCD就把一幅圖像的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電信號(hào)，然后再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便于計(jì)算機(jī)處理，故A、C正確．6．(2020年汕頭澄海中學(xué)檢測(cè))有一電學(xué)元件，溫度升高時(shí)其電阻減小，這種元件可能是()A．金屬導(dǎo)體 B．光敏電阻C．熱敏電阻 D．霍爾元件【答案】C【解析】金屬導(dǎo)體的電阻一般隨溫度升高而增大，光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增大而減小，正溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而增大，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，霍爾元件的電壓隨磁感應(yīng)強(qiáng)度的增大而增大，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤．7．(2020年南通海安期末)下列說(shuō)法正確的是()A．光敏電阻能夠把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)B．干簧管是一種能夠感知靜電場(chǎng)的傳感器C．霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量D．電容式位移傳感器能夠把電動(dòng)勢(shì)這個(gè)電學(xué)量轉(zhuǎn)化為物體的位移這個(gè)力學(xué)量【答案】C【解析】光敏電阻能夠把光照強(qiáng)度這個(gè)光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量，故A錯(cuò)誤；干簧管是能夠感知磁場(chǎng)的傳感器，故B錯(cuò)誤；霍爾元件能夠把磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個(gè)電學(xué)量，故C正確；電容式位移傳感器是把位移這個(gè)力學(xué)量轉(zhuǎn)化為電容這個(gè)電學(xué)量的，故D錯(cuò)誤．8．(多選)(2020年江蘇靖江聯(lián)考調(diào)研)利用光敏電阻制作的光傳感器，記錄了傳送帶上工件的輸送情況，如圖甲所示為某工廠成品包裝車(chē)間的光傳感記錄器，光傳感器B能接收到發(fā)光元件A發(fā)出的光，每當(dāng)工件擋住A發(fā)出的光時(shí)，光傳感器就輸出一個(gè)電信號(hào)，并在屏幕上顯示出電信號(hào)與時(shí)間的關(guān)系，如圖乙所示．若傳送帶始終勻速運(yùn)動(dòng)，每?jī)蓚€(gè)工件間的距離為0.2m，A．傳送帶運(yùn)動(dòng)的速度是0.1B．傳送帶運(yùn)動(dòng)的速度是0.2C．該傳送帶每小時(shí)輸送3600個(gè)工件D．該傳送帶每小時(shí)輸送7200個(gè)工件【答案】BC【解析】從乙圖可知，每間隔1秒的時(shí)間光傳感器就輸出一個(gè)電信號(hào)，而在這一段時(shí)間內(nèi)傳送帶運(yùn)動(dòng)了兩個(gè)工件之間的距離，所以傳送帶運(yùn)動(dòng)的速度是v＝eq\f(0.2,1)m/s＝0.2m/s，故A錯(cuò)誤，B正確；傳送帶每小時(shí)傳送的距離為s＝vt＝0.2×3600m，工件個(gè)數(shù)為n＝eq\f(3600×0.2,0.2)個(gè)＝3600個(gè)，故C正確，D錯(cuò)誤．9．隨著電子技術(shù)的發(fā)展，霍爾傳感器被廣泛應(yīng)用在汽車(chē)的各個(gè)系統(tǒng)中．其中霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，情景簡(jiǎn)化如圖甲所示，被測(cè)量轉(zhuǎn)子的輪齒(具有磁性)每次經(jīng)過(guò)霍爾元件時(shí)，都會(huì)使霍爾電壓發(fā)生變化，傳感器的內(nèi)置電路會(huì)將霍爾電壓調(diào)整放大，輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，霍爾元件的原理如圖乙所示．下列說(shuō)法正確的是()A．霍爾電壓是由于元件中定向移動(dòng)的載流子受到電場(chǎng)力作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的B．若霍爾元件的前端電勢(shì)比后端低，則元件中的載流子為負(fù)電荷C．在其他條件不變的情況下，霍爾元件的厚度c越大，產(chǎn)生的霍爾電壓越高D．若轉(zhuǎn)速表顯示1800r/min，轉(zhuǎn)子上齒數(shù)為150個(gè)，則霍爾傳感器每分鐘輸出12個(gè)脈沖信號(hào)【答案】B【解析】載流子受磁場(chǎng)力而偏轉(zhuǎn)，故A錯(cuò)誤；由左手定則可判斷出載流子受力向前端偏轉(zhuǎn)，若前端電勢(shì)變低，意味著載流子帶負(fù)電，故B正確；霍爾電壓UH＝eq\f(BI,nqc)，c越大，UH越小，故C錯(cuò)誤；每個(gè)輪齒經(jīng)過(guò)，都會(huì)引發(fā)一次脈沖，則每分鐘脈沖數(shù)量為270000個(gè)，故D錯(cuò)誤．B組·能力提升10．(多選)(2020年芮城月考)有一種測(cè)量人體重的電子秤，其原理如圖中虛線內(nèi)所示，它主要由三部分構(gòu)成：踏板、壓力傳感器R(是一個(gè)阻值可隨壓力大小而變化的電阻器)、顯示體重的儀表G(實(shí)質(zhì)是理想電流表)．設(shè)踏板的質(zhì)量可忽略不計(jì)，已知理想電流表的量程為3A，電源電動(dòng)勢(shì)為12V，內(nèi)阻為2Ω，電阻R隨壓力變化的大小關(guān)系式為R＝30－0.01F(F和R的單位分別是N和ΩA．該秤能測(cè)量的最大體重是1400NB．該秤能測(cè)量的最大體重是2800NC．該秤零刻度線(即踏板空載時(shí)的刻度線)應(yīng)標(biāo)在電流表G刻度盤(pán)0.375AD．該秤零刻度線(即踏板空載時(shí)的刻度線)應(yīng)標(biāo)在電流表G刻度盤(pán)0.400【答案】BC【解析】分析題意可知，理想電流表的量程為3A，故電路中電流為3A時(shí)，電子秤測(cè)量的體重最大，根據(jù)閉合電路歐姆定律可知，I＝eq\f(E,R＋r)，解得R＝2Ω，其中R＝30－0.01F，聯(lián)立解得F＝2800N，A錯(cuò)誤，B正確；踏板空載時(shí)F＝0，代入R＝30－0.01F，解得R＝30Ω，根據(jù)歐姆定律得，I＝0.375A，該秤零刻度線(即踏板空載時(shí)的刻度線11．(多選)霍爾元件的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小，頻率高(可達(dá)1MHz)，耐震動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及煙霧等的污染或腐蝕，所以得到了廣泛的應(yīng)用．如圖甲是常見(jiàn)的兩種霍爾元件，圖乙為其工作的原理圖．在霍爾元件中通以大小恒定的電流，方向由a向b，將一磁體靠近時(shí)，在c、f兩端將會(huì)有一定的電勢(shì)差，下列說(shuō)法正確的是()A．磁場(chǎng)無(wú)論是什么方向，c、f兩端都會(huì)有電勢(shì)差B．只要保持磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不變，無(wú)論怎樣改變磁場(chǎng)的方向，c、f兩端的電勢(shì)差都不會(huì)發(fā)生變化C．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小不變時(shí)，c、f兩端的電勢(shì)差會(huì)隨所加磁場(chǎng)方向的變化而變化D．在加上某一方向的磁場(chǎng)后，如果c、f兩端有電勢(shì)差，其數(shù)值會(huì)隨磁感應(yīng)強(qiáng)度的增大而增大【答案】CD【解析】霍爾元件的工作原理是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷會(huì)產(chǎn)生力的作用，但當(dāng)電荷運(yùn)動(dòng)的方向與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，就不會(huì)受到磁場(chǎng)力的作用，c、f兩端就不會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差，A、B錯(cuò)誤，C正確；當(dāng)有磁場(chǎng)時(shí)，如果c、f兩端產(chǎn)生電勢(shì)差，由UH＝keq\f(IB,d)可得，電勢(shì)差的數(shù)值會(huì)隨磁感應(yīng)強(qiáng)度的增大而增大，D正確．12．在第三次工業(yè)革命的今天，新材料的發(fā)現(xiàn)和運(yùn)用尤為重要．我國(guó)某科研機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)一種新型的半導(dǎo)體材料，目前已經(jīng)知道這種半導(dǎo)體材料的載流子(參與導(dǎo)電的“帶電粒子”)的電荷量的值是e(電子電荷量的絕對(duì)值)，但不知道它的電性和載流子的數(shù)密度n(單位體積中載流子的數(shù)量)．為了測(cè)定這種材料中的載流子是帶正電還是帶負(fù)電，以及載流子的數(shù)密度，科學(xué)家把這種材料先加工成一塊長(zhǎng)方體樣品，這塊樣品的長(zhǎng)、寬和厚度分別為a、b、d(如圖所示)．現(xiàn)將這塊樣品接入電路中，且把靠外的平面標(biāo)記為M，靠里的平面標(biāo)記為N，然后在垂直于大平面的方向加上一個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，接通開(kāi)關(guān)S，調(diào)節(jié)可變電阻R.使電路中產(chǎn)生合適的電流．然后用電壓表判定M、N兩個(gè)面的電勢(shì)高低并測(cè)定M、N間的電壓(也叫霍爾電壓)，從而得到這種半導(dǎo)體材料載流子的電性和數(shù)密度．(1)當(dāng)M的電勢(shì)比N的電勢(shì)低時(shí)，材料中的載流子帶________________(填“正”或“負(fù)”)電；(2)為了測(cè)定載流子的數(shù)密度n，除題目中已給出的數(shù)據(jù)外，還需要測(cè)定的物理量有________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(寫(xiě)出物理量的含義并設(shè)定相應(yīng)的符號(hào))．(3)根據(jù)題設(shè)條件和你測(cè)定的物理量，寫(xiě)出載流子的數(shù)密度的表達(dá)式n＝________________.【答案】(1)負(fù)(2)電路