5.2 常见传感器的工作原理及应用 同步练习—2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册（word含答案）
文档属性
| 名称 | 5.2 常见传感器的工作原理及应用 同步练习—2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册（word含答案） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 182.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-10-27 05:52:20 | ||
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文档简介
5.2 常见传感器的工作原理及应用
1．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转换为电信号的过程，下列属于这类传感器的是( )
A．红外报警装置
B．走廊照明灯的声控开关
C．自动洗衣机中的压力传感装置
D．电饭煲中控制加热和保温的温控器
2．(多选)下列关于光传感火灾报警器的说法中正确的是( )
A．发光二极管、光电三极管都是由半导体材料制成的
B．光电三极管与光敏电阻一样都是光敏感元件，都是将光信号转换为电信号
C．发光二极管发出的是脉冲微光
D．如果把挡板撤去，火灾报警器照样工作
3.(多选)(2020年赤峰检测)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
4．(多选)对负温度系数的热敏电阻，正确的叙述是( )
A．受热后，电阻随温度的升高而迅速减小
B．受热后，电阻基本不变
C．热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度，反应快，而且精确度高
D．以上说法都不对
5．(多选)(2020年宁夏大学附属中学月考)家用电热灭蚊器电热部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等导体材料组成的电阻器，其电阻率ρ与温度t的关系如图所示．由于这种特性，PTC元件具有发热、控温双重功能，若电热灭蚊器环境温度低于t ，以下判断正确的是( )
A．通电后，其电功率先增大后减小
B．通电后，其电功率先减小后增大
C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t 或t 不变
D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t ～t 间的某一值不变
6．将如图所示装置安装在沿直轨道运动的火车车厢中，使杆沿轨道方向固定，就可以对火车运动的加速度进行检测．闭合开关S，当系统静止时，穿在光滑绝缘杆上的小球停在O点，固定在小球上的变阻器滑片停在变阻器BC的正中央，此时，电压表指针指在表盘刻度中央．
当火车在水平方向有加速度时，小球在光滑绝缘杆上移动，滑片P随之在变阻器上移动，电压表指针发生偏转．已知，当火车向左加速运动时，电压表的指针向右偏．则( )
A．电压表指针向左偏，说明火车可能在向右做加速运动
B．电压表指针向右偏，说明火车可能在向右做加速运动
C．电压表指针向左偏，说明火车可能在向右做减速运动
D．电压表指针向左偏，说明火车可能在向左做加速运动
7．办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开或关，利用的传感器是( )
A．生物传感器 B．红外传感器
C．温度传感器 D．压力传感器
8．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，表针的偏角为θ；现用手掌挡住部分光线，表针的偏角为θ′，则可判断( )
A．θ′＝θ B．θ′＜θ
C．θ′＞θ D．不能确定
9．(多选)压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小．一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m，升降机静止时电流表示数为I0.某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过程中( )
A．物体处于失重状态
B．物体处于超重状态
C．升降机一定向上做匀加速运动
D．升降机可能向下做匀减速运动
10．(多选)数码相机和数码摄像机在人们生活中的应用越来越普及．在数码摄像器材中，使用了一种新型的敏感元件，叫电荷耦合器(CCD)，下列关于CCD的说法正确的是( )
A．它能将光信号转换成模拟电信号
B．它能将模拟电信号转换为数字电信号
C．它是一种硅半导体芯片，上面布有数百万个光敏元件
D．它是一种硅半导体芯片，上面布有数百万个热敏元件
11．(2020年汕头澄海中学检测)有一电学元件，温度升高时其电阻减小，这种元件可能是( )
A．金属导体 B．光敏电阻
C．热敏电阻 D．霍尔元件
12．(2020年南通海安期末)下列说法正确的是( )
A．光敏电阻能够把电信号转换成光信号
B．干簧管是一种能够感知静电场的传感器
C．霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量
D．电容式位移传感器能够把电动势这个电学量转化为物体的位移这个力学量
13．(多选)(2020年江苏靖江联考调研)利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示．若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2 m，则下列说法正确的是( )
A．传送带运动的速度是0.1 m/s
B．传送带运动的速度是0.2 m/s
C．该传送带每小时输送3 600个工件
D．该传送带每小时输送7 200个工件
14．随着电子技术的发展，霍尔传感器被广泛应用在汽车的各个系统中．其中霍尔转速传感器在测量发动机转速时，情景简化如图甲所示，被测量转子的轮齿(具有磁性)每次经过霍尔元件时，都会使霍尔电压发生变化，传感器的内置电路会将霍尔电压调整放大，输出一个脉冲信号，霍尔元件的原理如图乙所示．下列说法正确的是( )
A．霍尔电压是由于元件中定向移动的载流子受到电场力作用发生偏转而产生的
B．若霍尔元件的前端电势比后端低，则元件中的载流子为负电荷
C．在其他条件不变的情况下，霍尔元件的厚度c越大，产生的霍尔电压越高
D．若转速表显示1 800 r/min，转子上齿数为150个，则霍尔传感器每分钟输出12个脉冲信号
15．(多选)有一种测量人体重的电子秤，其原理如图中虚线内所示，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随压力变化的大小关系式为R＝30－0.01F(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2 800 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
16．(多选)霍尔元件的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高(可达1 MHz)，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及烟雾等的污染或腐蚀，所以得到了广泛的应用．如图甲是常见的两种霍尔元件，图乙为其工作的原理图．在霍尔元件中通以大小恒定的电流，方向由a向b，将一磁体靠近时，在c、f两端将会有一定的电势差，下列说法正确的是( )
A．磁场无论是什么方向，c、f两端都会有电势差
B．只要保持磁感应强度大小不变，无论怎样改变磁场的方向，c、f两端的电势差都不会发生变化
C．当磁感应强度大小不变时，c、f两端的电势差会随所加磁场方向的变化而变化
D．在加上某一方向的磁场后，如果c、f两端有电势差，其数值会随磁感应强度的增大而增大
17．一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度T变化的关系如图中实线①所示．由于环境温度以及熨烫的衣物厚度、干湿等情况不同，熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大的范围内波动，易损坏衣物．有一种用主要成分为BaTiO 被称为“PTC”的特殊材料作发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点．“PTC”材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示．根据图线解答：
(1)为什么原处于冷态的“PTC”电熨斗刚通电时比普遍电熨斗升温快？
________________________________________________________ .
(2)通电一段时间后，电熨斗温度T自动地稳定在________________18．在第三次工业革命的今天，新材料的发现和运用尤为重要．我国某科研机构发现一种新型的半导体材料，目前已经知道这种半导体材料的载流子(参与导电的“带电粒子”)的电荷量的值是e(电子电荷量的绝对值)，但不知道它的电性和载流子的数密度n(单位体积中载流子的数量)．为了测定这种材料中的载流子是带正电还是带负电，以及载流子的数密度，科学家把这种材料先加工成一块长方体样品，这块样品的长、宽和厚度分别为a、b、d(如图所示)．现将这块样品接入电路中，且把靠外的平面标记为M，靠里的平面标记为N，然后在垂直于大平面的方向加上一个磁感应强度大小为B的匀强磁场，接通开关S，调节可变电阻R.使电路中产生合适的电流．然后用电压表判定M、N两个面的电势高低并测定M、N间的电压(也叫霍尔电压)，从而得到这种半导体材料载流子的电性和数密度．
(1)当M的电势比N的电势低时，材料中的载流子带________________(填“正”或“负”)电；
(2)为了测定载流子的数密度n，除题目中已给出的数据外，还需要测定的物理量有________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________(写出物理量的含义并设定相应的符号)．
(3)根据题设条件和你测定的物理量，写出载流子的数密度的表达式n＝________________.
参考答案
1 A
2 AB
3 AC
4 AC
5 AD
6 A
7 B
8 B
9 BD
10 AC
11 C
12 C
13 BC
14 B
15 BC
16 CD
17 (1)冷态时“PTC”材料的电阻较小，电功率较大，所以升温快 (2)T T
【解析】由题图知，“PTC”材料在T ～T 温度内，电阻随温度升高而减小，在电源电压一定时电功率增大，故升温快；当温度超过T 时，电阻随温度升高迅速增大，电功率减小，当发热功率小于散热功率时，温度不升反降，直到发热功率等于散热功率时，温度可保持在一定的范围内不变，即可控制在T ～T 范围之内．
18 (1)负 (2)电路中的电流强度I，MN间电压U (3)
【解析】(1)M的电势比N的电势低，说明N极板带正电荷，结合左手定则可知，载流子带负电，导致M极板带负电．
(2)(3)载流子的洛伦兹力与电场力平衡，即F洛＝F电，
evB＝e ，
故U＝Bbv，
根据电流的微观表达式，有I＝nebdv，
联立解得n＝.
根据电阻定律，结合闭合电路欧姆定律，确定洛伦兹力与电场力的关系，还要测量MN间的电压U与通过的电流I.
1．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转换为电信号的过程，下列属于这类传感器的是( )
A．红外报警装置
B．走廊照明灯的声控开关
C．自动洗衣机中的压力传感装置
D．电饭煲中控制加热和保温的温控器
2．(多选)下列关于光传感火灾报警器的说法中正确的是( )
A．发光二极管、光电三极管都是由半导体材料制成的
B．光电三极管与光敏电阻一样都是光敏感元件，都是将光信号转换为电信号
C．发光二极管发出的是脉冲微光
D．如果把挡板撤去，火灾报警器照样工作
3.(多选)(2020年赤峰检测)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
4．(多选)对负温度系数的热敏电阻，正确的叙述是( )
A．受热后，电阻随温度的升高而迅速减小
B．受热后，电阻基本不变
C．热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度，反应快，而且精确度高
D．以上说法都不对
5．(多选)(2020年宁夏大学附属中学月考)家用电热灭蚊器电热部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等导体材料组成的电阻器，其电阻率ρ与温度t的关系如图所示．由于这种特性，PTC元件具有发热、控温双重功能，若电热灭蚊器环境温度低于t ，以下判断正确的是( )
A．通电后，其电功率先增大后减小
B．通电后，其电功率先减小后增大
C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t 或t 不变
D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t ～t 间的某一值不变
6．将如图所示装置安装在沿直轨道运动的火车车厢中，使杆沿轨道方向固定，就可以对火车运动的加速度进行检测．闭合开关S，当系统静止时，穿在光滑绝缘杆上的小球停在O点，固定在小球上的变阻器滑片停在变阻器BC的正中央，此时，电压表指针指在表盘刻度中央．
当火车在水平方向有加速度时，小球在光滑绝缘杆上移动，滑片P随之在变阻器上移动，电压表指针发生偏转．已知，当火车向左加速运动时，电压表的指针向右偏．则( )
A．电压表指针向左偏，说明火车可能在向右做加速运动
B．电压表指针向右偏，说明火车可能在向右做加速运动
C．电压表指针向左偏，说明火车可能在向右做减速运动
D．电压表指针向左偏，说明火车可能在向左做加速运动
7．办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开或关，利用的传感器是( )
A．生物传感器 B．红外传感器
C．温度传感器 D．压力传感器
8．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，表针的偏角为θ；现用手掌挡住部分光线，表针的偏角为θ′，则可判断( )
A．θ′＝θ B．θ′＜θ
C．θ′＞θ D．不能确定
9．(多选)压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小．一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m，升降机静止时电流表示数为I0.某过程中电流表的示数如图乙所示，则在此过程中( )
A．物体处于失重状态
B．物体处于超重状态
C．升降机一定向上做匀加速运动
D．升降机可能向下做匀减速运动
10．(多选)数码相机和数码摄像机在人们生活中的应用越来越普及．在数码摄像器材中，使用了一种新型的敏感元件，叫电荷耦合器(CCD)，下列关于CCD的说法正确的是( )
A．它能将光信号转换成模拟电信号
B．它能将模拟电信号转换为数字电信号
C．它是一种硅半导体芯片，上面布有数百万个光敏元件
D．它是一种硅半导体芯片，上面布有数百万个热敏元件
11．(2020年汕头澄海中学检测)有一电学元件，温度升高时其电阻减小，这种元件可能是( )
A．金属导体 B．光敏电阻
C．热敏电阻 D．霍尔元件
12．(2020年南通海安期末)下列说法正确的是( )
A．光敏电阻能够把电信号转换成光信号
B．干簧管是一种能够感知静电场的传感器
C．霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量
D．电容式位移传感器能够把电动势这个电学量转化为物体的位移这个力学量
13．(多选)(2020年江苏靖江联考调研)利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示．若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2 m，则下列说法正确的是( )
A．传送带运动的速度是0.1 m/s
B．传送带运动的速度是0.2 m/s
C．该传送带每小时输送3 600个工件
D．该传送带每小时输送7 200个工件
14．随着电子技术的发展，霍尔传感器被广泛应用在汽车的各个系统中．其中霍尔转速传感器在测量发动机转速时，情景简化如图甲所示，被测量转子的轮齿(具有磁性)每次经过霍尔元件时，都会使霍尔电压发生变化，传感器的内置电路会将霍尔电压调整放大，输出一个脉冲信号，霍尔元件的原理如图乙所示．下列说法正确的是( )
A．霍尔电压是由于元件中定向移动的载流子受到电场力作用发生偏转而产生的
B．若霍尔元件的前端电势比后端低，则元件中的载流子为负电荷
C．在其他条件不变的情况下，霍尔元件的厚度c越大，产生的霍尔电压越高
D．若转速表显示1 800 r/min，转子上齿数为150个，则霍尔传感器每分钟输出12个脉冲信号
15．(多选)有一种测量人体重的电子秤，其原理如图中虚线内所示，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随压力变化的大小关系式为R＝30－0.01F(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2 800 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
16．(多选)霍尔元件的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高(可达1 MHz)，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及烟雾等的污染或腐蚀，所以得到了广泛的应用．如图甲是常见的两种霍尔元件，图乙为其工作的原理图．在霍尔元件中通以大小恒定的电流，方向由a向b，将一磁体靠近时，在c、f两端将会有一定的电势差，下列说法正确的是( )
A．磁场无论是什么方向，c、f两端都会有电势差
B．只要保持磁感应强度大小不变，无论怎样改变磁场的方向，c、f两端的电势差都不会发生变化
C．当磁感应强度大小不变时，c、f两端的电势差会随所加磁场方向的变化而变化
D．在加上某一方向的磁场后，如果c、f两端有电势差，其数值会随磁感应强度的增大而增大
17．一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度T变化的关系如图中实线①所示．由于环境温度以及熨烫的衣物厚度、干湿等情况不同，熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大的范围内波动，易损坏衣物．有一种用主要成分为BaTiO 被称为“PTC”的特殊材料作发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点．“PTC”材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示．根据图线解答：
(1)为什么原处于冷态的“PTC”电熨斗刚通电时比普遍电熨斗升温快？
________________________________________________________ .
(2)通电一段时间后，电熨斗温度T自动地稳定在________________
(1)当M的电势比N的电势低时，材料中的载流子带________________(填“正”或“负”)电；
(2)为了测定载流子的数密度n，除题目中已给出的数据外，还需要测定的物理量有________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________(写出物理量的含义并设定相应的符号)．
(3)根据题设条件和你测定的物理量，写出载流子的数密度的表达式n＝________________.
参考答案
1 A
2 AB
3 AC
4 AC
5 AD
6 A
7 B
8 B
9 BD
10 AC
11 C
12 C
13 BC
14 B
15 BC
16 CD
17 (1)冷态时“PTC”材料的电阻较小，电功率较大，所以升温快 (2)T T
【解析】由题图知，“PTC”材料在T ～T 温度内，电阻随温度升高而减小，在电源电压一定时电功率增大，故升温快；当温度超过T 时，电阻随温度升高迅速增大，电功率减小，当发热功率小于散热功率时，温度不升反降，直到发热功率等于散热功率时，温度可保持在一定的范围内不变，即可控制在T ～T 范围之内．
18 (1)负 (2)电路中的电流强度I，MN间电压U (3)
【解析】(1)M的电势比N的电势低，说明N极板带正电荷，结合左手定则可知，载流子带负电，导致M极板带负电．
(2)(3)载流子的洛伦兹力与电场力平衡，即F洛＝F电，
evB＝e ，
故U＝Bbv，
根据电流的微观表达式，有I＝nebdv，
联立解得n＝.
根据电阻定律，结合闭合电路欧姆定律，确定洛伦兹力与电场力的关系，还要测量MN间的电压U与通过的电流I.