2024-2025學(xué)年高中物理第六章傳感器第1節(jié)傳感器及其工作原理課時(shí)作業(yè)新人教版選修3-2

PAGEPAGE1第1節(jié)傳感器及其工作原理[隨堂檢測(cè)]1．2007年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了法國(guó)和德國(guó)的兩位科學(xué)家，以表彰他們發(fā)覺(jué)“巨磁電阻效應(yīng)”．基于巨磁電阻效應(yīng)開(kāi)發(fā)的用于讀取硬盤(pán)數(shù)據(jù)的技術(shù)，被認(rèn)為是納米技術(shù)的第一次真正應(yīng)用．在下列有關(guān)其他電阻應(yīng)用的說(shuō)法中，錯(cuò)誤的是()A．熱敏電阻可應(yīng)用于溫度測(cè)控裝置中B．光敏電阻是一種光電傳感器C．電阻絲可應(yīng)用于電熱設(shè)備中D．電阻在電路中主要起到通過(guò)直流、阻礙溝通的作用解析：選D.熱敏電阻對(duì)溫度很敏感，光敏電阻對(duì)光照很敏感，電阻絲可用于電加熱，A、B、C正確；溝通電、直流電均可通過(guò)電阻，電阻對(duì)它們均可產(chǎn)生阻礙作用，D錯(cuò)誤．2．很多飲水機(jī)，可以保證出水溫度恒定，實(shí)行的方法是()A．持續(xù)加溫B．設(shè)定程式，固定各次加溫時(shí)間及加熱時(shí)間間隔C．水溫低于設(shè)定溫度時(shí)加熱，達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，停止加熱D．人工限制加溫按鈕解析：選C.飲水機(jī)溫度限制系統(tǒng)以調(diào)整飲水機(jī)溫度為目的，其輸入?yún)?shù)主要是水溫信號(hào)和設(shè)置的設(shè)定溫度．輸出信號(hào)主要是溫度顯示、聲光報(bào)警和執(zhí)行加熱．工作時(shí)傳感器將溫度傳給單片機(jī)，當(dāng)水溫低于設(shè)定溫度時(shí)，單片機(jī)限制加熱模塊加熱，當(dāng)溫度高于設(shè)定溫度，繼電器斷開(kāi)，加熱停止．從而實(shí)現(xiàn)溫度限制的目標(biāo).故選C.3．(多選)如圖所示是一種油箱內(nèi)油面高度檢測(cè)裝置的示意圖．圖中油量表由電流表改裝而成，金屬杠桿的一端接浮標(biāo)，另一端觸點(diǎn)O接滑動(dòng)變阻器R.當(dāng)油箱內(nèi)油面下降時(shí)，下列分析正確的有()A．觸點(diǎn)O向下滑動(dòng)B．觸點(diǎn)O向上滑動(dòng)C．電路中的電流增大了D．電路中的電流減小了解析：選BD.當(dāng)滑箱內(nèi)油面下降時(shí)，浮標(biāo)下降，由杠桿可以看出觸點(diǎn)O向上滑動(dòng)，變阻器R的阻值變大，電流減小，所以選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤，B、D正確．4．如圖所示是霍爾元件的工作原理示意圖，假如用d表示薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)，對(duì)于一個(gè)霍爾元件d、k為定值，假如保持電流I恒定，則可以驗(yàn)證UH隨B的變更狀況，以下說(shuō)法中錯(cuò)誤的是()A．將永磁體的一個(gè)磁極漸漸靠近霍爾元件的工作面時(shí)，UH將變大B．在測(cè)定地球兩極的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平C．在測(cè)定地球赤道上的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平D．變更磁感線與霍爾元件工作面的夾角，UH將發(fā)生變更解析：選C.電子最終在電場(chǎng)力和洛倫茲力作用下處于平衡狀態(tài)，有evB＝eq\f(eUH,L)，解得UH＝vBL，則將永磁體的一個(gè)磁極漸漸靠近霍爾元件的工作面時(shí)，B增大，則UH將變大，故A正確；地球赤道上方的地磁場(chǎng)方向水平，兩極處的磁場(chǎng)方向豎直，在測(cè)地球赤道上方的地磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)保持豎直，在測(cè)量?jī)蓸O磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)水平，故B正確，C錯(cuò)誤；變更磁感線與霍爾元件工作面的夾角，需將磁場(chǎng)進(jìn)行分解，在垂直于工作面方向上的磁感應(yīng)強(qiáng)度小于原磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，則UH將發(fā)生變更，故D正確．5．傳感器是把非電學(xué)量(如速度、溫度、壓力等)的變更轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的變更的一種元件，在自動(dòng)限制中有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用．有一種測(cè)量人的體重的電子秤，其測(cè)量部分的原理圖如圖中的虛線框所示，它主要由壓力傳感器R(電阻值會(huì)隨所受壓力大小發(fā)生變更的可變電阻)、顯示體重大小的儀表A(實(shí)質(zhì)是志向的電流表)組成．壓力傳感器表面能承受的最大壓強(qiáng)為1×107Pa，且已知壓力傳感器R的電阻與所受壓力的關(guān)系如表所示．設(shè)踏板和壓桿的質(zhì)量可以忽視不計(jì)，接通電源后，壓力傳感器兩端的電壓恒為4.8V，取g＝10m/s2.請(qǐng)回答：壓力F/N0250500750100012501500…電阻R/Ω300270240210180150120…(1)該秤零起點(diǎn)(即踏板空載時(shí))的刻度線應(yīng)標(biāo)在電流表刻度盤(pán)________A處．(2)假如某人站在該秤踏板上，電流表刻度盤(pán)的示數(shù)為20mA，則這個(gè)人的體重是________kg.解析：(1)由圖表知，踏板空載時(shí)，壓力傳感器電阻R＝300Ω，此時(shí)A中電流I＝eq\f(U,R)＝eq\f(4.8,300)A＝1.6×10－2A.(2)當(dāng)電流I＝20mA＝20×10－3A時(shí)，壓力傳感器的電阻R＝eq\f(U,I)＝eq\f(4.8,20×10－3)Ω＝240Ω，對(duì)應(yīng)表格中，這個(gè)人的質(zhì)量為50kg.答案：(1)1.6×10－2(2)50[課時(shí)作業(yè)]一、單項(xiàng)選擇題1．當(dāng)你走近某些賓館、酒店的大門(mén)時(shí)，門(mén)就會(huì)自動(dòng)為你打開(kāi)；當(dāng)你走進(jìn)門(mén)之后，門(mén)又在你身后自動(dòng)關(guān)上．你覺(jué)得這可能是將下列哪種外界信息轉(zhuǎn)換為有用的信息()A．溫度 B．運(yùn)動(dòng)C．可見(jiàn)光 D．紅外線解析：選D.自動(dòng)門(mén)的自動(dòng)限制要求靈敏、牢靠，若以溫度限制，人的體溫與夏季氣溫接近，則在夏季自動(dòng)門(mén)將無(wú)法運(yùn)用．自動(dòng)門(mén)實(shí)際運(yùn)用的是紅外線傳感器，紅外線不屬于可見(jiàn)光，人在白天或黑夜均發(fā)出紅外線，傳感器接收到人體發(fā)出的紅外線后傳給自動(dòng)限制裝置的電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)、關(guān)門(mén)．故選項(xiàng)D正確．2．如圖所示，某半導(dǎo)體熱敏電阻的I－U圖線可能是()解析：選B.熱敏電阻I－U圖線是非線性的，并且隨電流增大溫度上升，電阻減小，故A、C、D錯(cuò)誤，B正確．3.如圖所示，將一光敏電阻接在多用電表兩表筆上，將多用電表的選擇開(kāi)關(guān)置于歐姆擋，用光照耀光敏電阻時(shí)，表針自左向右的偏角為θ；現(xiàn)用手掌攔住部分光線，表針自左向右的偏角為θ′，則可推斷()A．θ′＝θB．θ′<θC．θ′>θD．不能確定解析：選B.光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增加而減小，用手掌攔住部分光線，阻值變大，由歐姆擋的特點(diǎn)知，指針左偏，故指針自左向右的偏轉(zhuǎn)角度變?。?.(2024·蘇州高二檢測(cè))如圖所示的電路中，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，LED為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)出的光越強(qiáng))，且R與LED距離不變，下列說(shuō)法正確的是()A．當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率增大B．當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向左移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率減小C．當(dāng)滑動(dòng)觸頭P向右移動(dòng)時(shí)，L消耗的功率可能不變D．無(wú)論怎樣移動(dòng)滑動(dòng)觸頭P，L消耗的功率都不變解析：選A.滑動(dòng)觸頭P左移，使其電阻減小，流過(guò)二極管的電流增大，從而發(fā)光增加，使光敏電阻R減小，最終達(dá)到增大流過(guò)燈泡電流的效果．5．(2024·福建莆田一中月考)居民樓的樓道里，夜里只是間或有人經(jīng)過(guò)，電燈假如總是亮著會(huì)造成很大奢侈．科研人員利用“光敏”材料制成“光控開(kāi)關(guān)”，天黑時(shí)自動(dòng)閉合，天亮?xí)r自動(dòng)斷開(kāi)；利用“聲敏”材料制成“聲控開(kāi)關(guān)”，當(dāng)有人走動(dòng)發(fā)出聲音時(shí)自動(dòng)閉合，無(wú)人走動(dòng)時(shí)自動(dòng)斷開(kāi)．若將這兩種開(kāi)關(guān)協(xié)作運(yùn)用，下列電路符合要求的是()解析：選D.依據(jù)題意可得，聲控開(kāi)關(guān)和光控開(kāi)關(guān)串聯(lián)后共同限制燈泡，即用導(dǎo)線將各元件依次連接起來(lái)．故選D.6．(2024·包頭高二檢測(cè))溫度傳感器廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空調(diào)、電冰箱等家用電器中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變更的特性來(lái)工作的．如圖甲所示，電源的電動(dòng)勢(shì)E＝9V，內(nèi)阻不計(jì)；G為靈敏電流表，內(nèi)阻Rg保持不變；R為熱敏電阻，其電阻阻值與溫度的變更關(guān)系如圖乙所示．閉合開(kāi)關(guān)S，當(dāng)R的溫度等于20℃時(shí)，電流表示數(shù)I1＝2mA；當(dāng)電流表的示數(shù)I2＝3.6mA時(shí)，熱敏電阻的溫度是()A．60℃ B．80℃C．100℃ D．120℃解析：選D.在20℃時(shí)，E＝(Rg＋R1)I1，得Rg＝500Ω；設(shè)溫度為t時(shí)，E＝(Rg＋R2)I2，代入數(shù)據(jù)得R2＝2000Ω，從題圖乙中可以看出t＝120℃，故選D.7．如圖所示為測(cè)定壓力的電容式傳感器，將平行板電容器、靈敏電流表(零刻度在中間)和電源串聯(lián)成閉合回路，當(dāng)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)，膜片發(fā)生形變，引起電容的變更，導(dǎo)致靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)，在對(duì)膜片起先施加壓力使膜片電極從圖中的虛線推到圖中實(shí)線位置并保持固定的過(guò)程中，靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)狀況為(電流從電流表正接線柱流入時(shí)指針向右偏)()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動(dòng)D．向左偏到某一刻度后不動(dòng)解析：選A.壓力F作用時(shí)，極板間距d變小，由C＝eq\f(εrS,4πkd)知，電容器電容C變大，又依據(jù)Q＝CU，極板帶電荷量變大，所以電容器應(yīng)充電，電流從靈敏電流表正接線柱流入，所以指針將向右偏．F不變時(shí)，極板保持固定后，充電結(jié)束，指針回到零刻度．故選A.8．(2024·北京師大附中月考)在輸液時(shí)，藥液有時(shí)會(huì)從針口流出體外，為了剛好發(fā)覺(jué)，設(shè)計(jì)了一種報(bào)警裝置，電路如圖所示．M是貼在針口處的傳感器，接觸到藥液時(shí)其電阻RM發(fā)生變更，導(dǎo)致S兩端電壓U增大，裝置發(fā)出警報(bào)，此時(shí)()A．RM變大，且R越大，U增大越明顯B．RM變大，且R越小，U增大越明顯C．RM變小，且R越大，U增大越明顯D．RM變小，且R越小，U增大越明顯解析：選C.當(dāng)RM變大時(shí)，回路的總電阻R總變大，依據(jù)I總＝eq\f(E,R總)，得干路中的電流變小，S兩端的電壓U＝I總RS變小，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；當(dāng)RM變小時(shí)，回路的總電阻R總＝eq\f(1,\f(1,R)＋\f(1,RM))＋RS變小，依據(jù)I總＝eq\f(E,R總)，得干路中的電流變大，S兩端的電壓U＝I總RS變大，而且R越大，RM變小時(shí)，對(duì)回路的總電阻變更的影響越明顯，故選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．9．為監(jiān)測(cè)某化工廠的污水排放量，技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖所示的流量計(jì)．該裝置由絕緣材料制成，長(zhǎng)、寬、高分別為a、b、c，左右兩端開(kāi)口．在垂直于上下底面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在前后兩個(gè)內(nèi)側(cè)面分別固定有金屬板作為電極．污水充溢管口從左向右流經(jīng)該裝置時(shí)，電壓表將顯示兩個(gè)電極間的電壓U.若用Q表示污水流量(單位時(shí)間內(nèi)排出的污水體積)，下列說(shuō)法中正確的是()A．若污水中正離子較多，則前表面比后表面電勢(shì)高B．若污水中負(fù)離子較多，則前表面比后表面電勢(shì)高C．污水中離子濃度越高，電壓表的示數(shù)將越大D．污水流量Q與U成正比，與a、b無(wú)關(guān)解析：選D.這個(gè)題目與課本中本節(jié)課介紹的霍爾元件工作原理相像，等效為金屬桿切割類(lèi)的問(wèn)題，依據(jù)U＝Bbv，v為污水的流速，b為等效切割的長(zhǎng)度．依據(jù)左手定則可以推斷出，無(wú)論污水中正離子較多還是污水中負(fù)離子較多，總是后表面比前表面電勢(shì)高，故A、B錯(cuò)誤；由U＝Bbv可以看出，電壓表的示數(shù)與污水中離子濃度無(wú)關(guān)，所以C錯(cuò)誤；由U＝Bbv和Q＝bcv可知Q＝eq\f(cU,B)，污水流量Q與U成正比，與a、b無(wú)關(guān)，D正確．二、多項(xiàng)選擇題10．?dāng)?shù)字跑道已在北京奧運(yùn)會(huì)田徑競(jìng)走、跳遠(yuǎn)和三級(jí)跳等重點(diǎn)奧運(yùn)項(xiàng)目中投入運(yùn)用，數(shù)字跑道和數(shù)字跑鞋為運(yùn)動(dòng)健兒們?cè)诳茖W(xué)訓(xùn)練和競(jìng)賽中發(fā)揮了主動(dòng)作用．該跑道采納了大面積柔性壓力陣列傳感器、現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)和分布式信息處理技術(shù)，可實(shí)時(shí)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員步頻、步距、足部觸地時(shí)間、離地時(shí)間、速度、發(fā)力大小、發(fā)力角度等信息，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了訓(xùn)練信息采集和技術(shù)診斷分析系統(tǒng)，為田徑項(xiàng)目供應(yīng)了一種全新的科學(xué)化訓(xùn)練平臺(tái)．下列關(guān)于數(shù)字跑道的說(shuō)法正確的是()A．傳感器須要有敏感元件和轉(zhuǎn)換電路等組成B．壓力陣列傳感器應(yīng)當(dāng)是一種力電傳感器C．奧運(yùn)會(huì)中應(yīng)用的傳感器智能化程度很高，干脆感應(yīng)的是電學(xué)量，不須要力電轉(zhuǎn)換D．奧運(yùn)會(huì)中應(yīng)用的傳感器智能化程度盡管很高，但傳感器都是將非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量解析：選ABD.依據(jù)題目情景敘述，跑道上運(yùn)用的是壓力傳感器，全部的傳感器都要先通過(guò)敏感元件采集信息，然后再由轉(zhuǎn)換電路將采集到的力、熱、光等非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為便于測(cè)量的電壓或電流等電學(xué)量．當(dāng)轉(zhuǎn)換電路采納計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理，并輸出數(shù)字信息時(shí)，這種傳感器就可以稱得上是智能傳感器了，故選ABD.11．如圖所示為光敏電阻自動(dòng)計(jì)數(shù)器的示意圖，其中R1為光敏電阻，R2為定值電阻，此光電計(jì)數(shù)器的基本工作原理是()A．當(dāng)有光照耀R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得高電壓B．當(dāng)有光照耀R1時(shí)，信號(hào)處理系統(tǒng)獲得低電壓C．信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次D．信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計(jì)數(shù)一次解析：選AC.當(dāng)有光照耀R1時(shí)，光敏電阻R1的阻值減小，R2兩端的電壓增大；當(dāng)有物體通過(guò)時(shí)，相當(dāng)于無(wú)光照，R1阻值增大，R2兩端電壓減小，所以信號(hào)處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計(jì)數(shù)一次，因此A、C正確．12．如圖所示，R是光敏電阻，當(dāng)它受到的光照強(qiáng)度增大時(shí)()A．燈泡L變暗B．光敏電阻R上的電壓增大C．電壓表V的讀數(shù)減小D．電容器C所帶電荷量增大解析：選CD.光照強(qiáng)度增大時(shí)，R的阻值減小，依據(jù)閉合電路歐姆定律知總電流I＝eq\f(E,R＋r＋RL)增大，燈泡L變亮，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；光敏電阻R上的電壓UR＝E－I(r＋RL)減小，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；電壓表的讀數(shù)U＝E－Ir減小，選項(xiàng)C正確；電容器C兩端的電壓等于燈泡兩端的電壓，燈泡兩端的電壓UL＝IRL增大，所以電容器C所帶電荷量Q＝CUL增大，選項(xiàng)D正確．13．(2024·山東菏澤一中月考)某溫度檢測(cè)、光電限制加熱裝置原理如圖所示．圖中RT為熱敏電阻(隨溫度上升阻值減小)，用來(lái)探測(cè)加熱電阻絲R的溫度，RG為光敏電阻(隨光照強(qiáng)度增大阻值減小)，接收小燈泡L的光照，除RT、RG外，其他電阻均為定值電阻．當(dāng)R處溫度降低時(shí)()A．L變亮B．通過(guò)R3的電流減小C．E2的路端電壓增大D．R消耗的功率減小解析：選BC.當(dāng)R處溫度降低時(shí)，熱敏電阻RT阻值變大，由閉合電路歐姆定律可知，左側(cè)電路中的電流減小，通過(guò)小燈泡L的電流減小，小燈泡L的光照強(qiáng)度減小，光敏電阻RG的阻值變大，對(duì)右側(cè)電路，由閉合電路歐姆定律可知，通過(guò)R2的電流變小，右側(cè)電路中的電源E2的路端電壓變大，R兩端電壓變大，通過(guò)R的電流也變大，R消耗的功率變大，通過(guò)R3的電流變小，選項(xiàng)B、C正確．14．霍爾元件是一種基于霍爾