人教版高中物理选修32同步练习传感器及其工作原理.docx
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人教版高中物理选修32同步练习传感器及其工作原理
第六章 传感器
DILIUZHANG|第六章 传感器
第1节 传感器及其工作原理
P41
一、选择题
1．下列说法不正确的是（ ）
A．传感器担负着信息采集的任务
B．干簧管是一种能够感知磁场的传感器
C．传感器不是电视遥控接收器的主要元件
D．传感器是把力、温度、光、声、化学成分等转换为电信号的主要工具
答案 C
解析 逐项分析如下：
选项
诊断
结论
A
传感器的任务就是采集信息
√
B
干簧管的主要构造是由平行不接触的两个极易被磁化的软磁性材料制成的簧片组成的，它靠近磁场时簧片被磁化后相互吸引而接触
√
C
电视遥控接收器是将遥控器发出的光信号转化为电信号的仪器
×
D
传感器是能把非电学量转换为电学量的元件
√
2．当你走近某些宾馆、酒楼的大门时，门就会自动为你打开；当你走进门之后，门又在你身后自动关上。
你觉得这种传感器可能是将下列哪种信息转换为控制门开、关的信息（ ）
A．温度B．运动C．人D．光
答案 D
解析 自动门的自动控制要求灵敏、可靠，若以温度控制，人的体温与夏季气温接近，则在夏季自动门将无法使用。
自动门实际使用的是红外线传感器，红外线属于不可见光，人在白天或黑夜均发出红外线，传感器接收到人体发出的红外线后传给自动控制装置的电动机，实现自动开、关门。
故选D。
3．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B．改变温度
C．改变磁场D．改变电容
答案 D
解析 手靠近干手机能使机内的传感器工作，是因为改变了传感器的电容，发送启动信号给控制芯片，控制芯片再启动电机工作和加热装置工作。
故选D。
4．（多选）如图所示是三种电容式传感器的示意图，关于这三个传感器，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．这三个传感器都是利用改变极板间的正对面积来改变电容的
答案 ABC
解析 甲、乙、丙中的电容器分别与θ、h、F有关，均能测量对应的物理量，甲、乙是通过改变极板间的正对面积改变电容，丙是通过改变极板间的距离改变电容，故D错误。
5．（多选）如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时（ ）
A．电压表的示数增大
B．R2中电流减小
C．小灯泡的功率增大
D．电路的路端电压增大
答案 ABC
解析 当照射光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，电压表的示数增大，A正确；干路电流增大，内电压增大，故电路路端电压减小，D错误；由路端电压减小，而R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B正确；干路电流增大，R2中电流减小，则流过小灯泡的电流增大，则小灯泡的功率增大，C正确，故选A、B、C。
6.
（多选）如图所示，电源的电动势为E，内阻为r，R1、R2、R3为定值电阻，RL为光敏电阻（光敏电阻被光照射时阻值变小），C为电容器。
闭合开关S，电路稳定后，用光照射RL，下列说法正确的是（ ）
A．电压表示数增大
B．电源的效率增大
C．电容器所带电荷量增加
D．R2消耗的功率增大
答案 CD
解析 由图可知，RL和R2串联后和R1并联，C与R3串联后与R2并联，电容器在稳定时相当于断路，R3相当于导线。
当光照增强时，光敏电阻阻值减小，总电阻减小，总电流增大；内阻的电压增大，外电压减小，故电压表示数减小，故A错误；电源的效率η＝
×100%，因路端电压减小，故电源的效率减小，故B错误；总电流增大，R1电流减小，R2电流增大，R2两端的电压增大，C与R3串联后与R2并联，故电容器极板间电压增大，电容器所带电荷量增加，故C正确；R2电流增大，R2两端的电压增大，根据P＝UI知R2功率增大，故D正确。
7．金属铂的电阻值对温度高低非常敏感，下图中可能表示金属铂电阻的U I图线的是（ ）
答案 B
解析 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，电流越大，热效应越强，导体温度越高，故其U I图线是非线性的且图线的斜率越来越大，故B正确。
8.
（多选）电容式传感器的用途非常广泛，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，当其中某一因素发生变化时就能引起电容的变化，如图是某种电容式传感器的示意图，关于这个传感器的作用，下列说法正确的是（ ）
A．可以通过电介质的左右移动来测量位移
B．可以通过电介质的左右移动并结合时间来测量速度
C．可以通过电介质的左右移动来测量极板受到的压力
D．可以通过电介质的左右移动并结合时间来测量极板的速度
答案 AB
解析 电容器可以由电介质的变化引起电容的变化测量位移x，也可以结合时间来测量位移变化的快慢即速度，故A、B选项正确；电介质的运动与极板的变化都影响电容的变化，故不能通过电介质的运动来测量极板受到的压力或极板的运动快慢，C、D错误。
9.
（多选）如图所示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（ ）
A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，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
答案 ABD
解析 磁体的磁极靠近霍尔元件的工作面时，B增强，由UH＝k
知UH将变大，A正确；在两极附近，磁场近似与地面垂直，所以霍尔元件的工作面应保持水平，B正确；在赤道上，磁场与地面平行，所以工作面应保持竖直，C错误；当改变磁场与工作面的夹角时，垂直于工作面的磁感应强度分量发生变化，UH将发生变化，D正确。
10.
（多选）如图所示为一种微小位移传感器的原理图。
1是待测物体，软铁芯2插在线圈3中并且可以随着物体1在线圈中平移，Y为频率一定的正弦交流信号源，A为交流电流表。
现将开关S闭合，下列说法正确的是（ ）
A．该传感器可以将待测物体位移的变化量转换成电路中电流的变化量
B．若待测物体向右平移，交流电流表的示数将减小
C．若待测物体向左平移，交流电流表的示数将减小
D．若将信号源换成电压一定的直流电源，该传感器仍可测量出待测物体位移的变化量
答案 AC
解析 电感对交流电有阻碍作用，在其他条件不变的情况下，线圈自感系数越大其感抗也越大，被测物体的位移变化会引起线圈自感系数变化从而使得电路中的电流变化，所以该传感器将待测物体位移的变化量转换成电路中电流的变化量，A正确；当待测物体向右平移时，电感线圈中软铁芯插入深度减小，线圈自感系数减小，感抗减小，交流电流表的示数将增大，当待测物体向左平移时，交流电流表的示数将减小，B错误，C正确；由于电感对直流电的阻碍作用不随线圈自感系数变化而变化，所以将信号源换成电压一定的直流电源时，该传感器就不能工作，D错误。
11.
传感器是一种采集信息的重要器件，如图是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力作用于膜片电极上时，下列说法中正确的是（ ）
①若F向下压膜片电极，电路中有从a到b的电流；
②若F向下压膜片电极，电路中有从b到a的电流；
③若F向下压膜片电极，电路中不会有电流产生；
④若电流表有示数，说明压力F发生变化；
⑤若电流表有示数，说明压力F不会发生变化。
A．②④B．①④C．③⑤D．①⑤
答案 A
解析 在电容器、电流表和电源串联成的闭合电路中，电容器两极板间电压U不变，当F向下压膜片电极时，电容器极板间距d变小，由C＝
知，电容器电容C变大，根据Q＝CU知，极板带电量将增大，电容器充电，电路中有从b到a的电流，说法②正确；若电流表有示数，说明电容器有充放电，极板带电量发生变化，根据Q＝CU知，电容器电容C发生变化，从而判断出作用在可动膜片电极上的压力F发生变化，说法④正确。
故A正确。
12.
电磁流量计广泛应用于测量可导电流体（如污水）在管中的流量（在单位时间内通过管内横截面的流体的体积）。
为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c。
流量计的两端与输送流体的管道相连接（图中虚线）。
图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料。
现于流量计所在处加磁感强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面。
当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值。
已知流体的电阻率为ρ，不计电流表的内阻，则可求得流量为（ ）
A.
B.
C.
D.
答案 A
解析 设管中流体的流速为v，则在Δt时间内流体在管中向前移动的距离为vΔt，这样如图1加灰的流体在Δt时间内都将流过横截面，设此横截面积为S，则加灰的流体体积ΔV＝SvΔt，除以时间Δt，则得到流体在该管中的流量为Q＝
＝Sv。
对于题干所给的流量计，横截面积S＝bc，故流过流量计的流量Q＝vbc，对于给定的流量计，b与c是常量，可见测流量实质上是测流速。
当可导电流体稳定地流经流量计，流体将切割磁感线，这样在流量计的上、下两面产生感应电动势E＝vBc，其中B是垂直于流量计前后两面的匀强磁场的磁感应强度，c是流过流量计流体的厚度，v是可导电流体在流量计中的流速。
在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，如图2所示，则将有电流流过闭合电路，这个闭合电路中的电动势就是由可导电流体沿流量计流动切割磁感线而产生的感应电动势，电阻包括外接的电阻R和可导电流体的电阻r＝ρ
，根据闭合电路欧姆定律，得到闭合电路中的电流I＝
，Q＝vbc＝
，A正确。
二、非选择题
13.
如图所示，是自动控制电路的原理图，a、b间电压恒定，R1为光敏电阻，R2为定值电阻。
当电路中的光敏电阻不受光的照射时用电器可以正常工作。
（1）当光敏电阻受光的照射时，其阻值和电流表的示数如何变化？
（2）用电器工作状态怎样？
答案
（1）减小 减小
（2）不能正常工作
解析 受光照射时，光敏电阻的阻值会减小为原来的
～
，所以当光照射时电路总阻值变小，干路电流增大很多，并联部分的电压变得很小，R2两端电压增大很多，用电器不能正常工作，电流表示数变得很小。
14.
如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d，高为b，有一磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向如图所示，金属块单位体积内的自由电子数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高？
电势差是多少？
答案 下表面电势高 电势差为
解析 当电子在金属块中定向移动时，受到洛伦兹力的作用会向上表面聚集，下表面剩余等量的正电荷，在金属块中形成电场，其中上表面带负电荷，电势低，随着正、负电荷的不断向下、上表面积累，电场增强，当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时（即qE＝qvB），电荷将不再向上或向下偏转，上、下表面间形成稳定电压。
设其稳定电压为U。
当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时，即q
＝qvB，又因为导体中的电流I＝neSv＝nevbd，故U＝
。
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