5.2 常见传感器的工作原理及应用
一、单选题
1.自行车速度计的工作原理主要依靠的就是安装在前轮上的一块磁铁,当磁铁运动到霍尔传感器附近时,就产生了霍尔电压,霍尔电压通过导线传入一个小型放大器中,放大器就能检测到霍尔电压,这样便可测出在某段时间内的脉冲数.当自行车以某个速度匀速直线行驶时,检测到单位时间内的脉冲数为N,已知磁铁和霍尔传感器到前轮轮轴的距离均为R1,前轮的半径为R2,脉冲的宽度为,峰值为Um,下列说法正确的是
A.车速越快,脉冲的峰值Um越大
B.车速越快,脉冲的宽度越大
C.车速为
D.车速为
2.如图所示,在滑动变阻器的滑片向左滑动的过程中,理想电压表、电流表的示数将发生变化,电压表V1、V2示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2,已知电阻R阻值大于电源内阻r,则( )
A.电流表A的示数减小
B.电压表V2的示数增大
C.电压表V1的示数减小
D.ΔU1大于ΔU2
3.下面说法中不正确的是( )
A.传感器一般不能直接带动执行机构实现控制动作
B.力传感器的敏感元件是应变片
C.应变片能把物体形变转变为电压
D.双金属片两层金属的膨胀系数完全相同
4.在自动控制中,传感器发挥着重要作用,它能够将感知到的非电信息转换成对应的电信息。下列通过测量电阻的变化来确定外界非电学量变化的敏感元件是( )
A.光敏电阻 B.干簧管 C.霍尔元件 D.话筒动圈元件
二、多选题
5.在如图所示的电路中,闭合开关S,在将滑动变阻器的滑片P向下移动的过程中,以下说法正确的是( )
A.电压表和电流表的示数都增大 B.电源的总功率变小
C.灯L1变亮,灯L2变暗 D.电容器的带电量减少
6.霍尔元件的示意图如图所示,它由长×宽×厚a×b×d、单位体积内自由电子数为n的N型半导体制成(设电子电荷量为e)。在一矩形霍尔元件的1、2间通入电流I同时外加与元件工作面垂直的磁场B,当接线端3、4间霍尔电压UH达到稳定值后,UH的大小与I和B以及霍尔元件厚度d之间满足关系式,其中比例系数RH称为霍尔系数,仅与材料性质有关。下列说法正确的是( )
A.接线端3的电势比接线端4的电势低
B.自由电子受到的洛伦兹力大小为
C.式中霍尔系数可表示为
D.在测定地球赤道上方的地磁场强弱时,霍尔元件的工作面应保持与地面平行
7.利用图示装置通过静电计指针偏角的变化情况可以探究有关平行板电容器问题,开始时,两金属板A、B竖直平行且正对,开关S闭合。下列说法正确的是( )
A.若仅将A板缓慢竖直向上平移,则静电计指针的偏转角度增大
B.若S断开后,仅将A板缓慢竖直向上平移,则静电计指针的偏转角度增大
C.若S断开后,仅在A、B板间插入玻璃板,则静电计指针的偏转角度增大
D.若S断开后,仅将A板缓慢水平向左平移,则静电计指针的偏转角度增大
8.如图是采用智能照明系统,在自然光不足时接通电源启动日光灯,而在自然光充足时,自动关闭日光灯,其原理图如图所示.R为一光敏电阻,L为一带铁芯的螺线管,在螺线管上方有一用细弹簧系着的轻质衔铁,一端用铰链固定在墙上可以自由转动,另一端用一绝缘棒链接两动触头.有关这套智能照明系统工作原理描述正确的是( )
A.光照越强,光敏电阻阻值越大,衔铁被吸引下来
B.在光线不足时,光敏电阻阻值变大,衔铁被弹簧拉上去
C.上面两接线柱应该和日光灯电路连接
D.下面两接线柱应该和日光灯电路连接
9.电饭锅的结构如图所示,如果感温磁体的“居里温度”为103 ℃时,下列说法中正确的是( )
A.常温下感温磁体具有较强的磁性
B.当温度超过103 ℃时,感温磁体的磁性较强
C.饭熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会达到103 ℃,这时开关按钮会跳起
D.常压下只要锅内有水,锅内的温度就不可能达到103 ℃,开关按钮就不会自动跳起
10.如图所示,一平行板电容器与一电源始终相连,此时在电容器两板间的P点有一个带电粒子恰好处于静止状态,则当电容器下极板向上移动少许时,下列说法中正确的是( )
A.电容器两板间的电场强度减小 B.电容器的电容增大
C.该带电粒子带负电 D.粒子将向下运动
11.电容式传感器是用来将各种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,从而又可推出另一个物理量的值的变化,如图所示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.丁图的传感器可以用来测量速度
三、实验题
12.在做《测定金属的电阻率》的实验中,若待测电阻丝的电阻约为5 Ω,要求测量结果尽量准确,备有以下器材:
A.电池组(3 V、内阻l Ω)
B.电流表(0~3 A,内阻0.0125 Ω)
C.电流表(0~0.6 A,内阻0.125 Ω)
D.电压表(0~3 V,内阻4 kΩ)
E.电压表(0-15 V,内阻15 kΩ)
F.滑动变阻器(0-20 Ω,允许最大电流l A)
G.滑动变阻器(0~2000 Ω,允许最大电流0.3 A)
H.开关、导线
(1)上述器材中电流表应选用的是_______,电压表应选用的是______,滑动变阻器应选用的是_______ .(只填写字母代号)
(2)本实验应采用安培表_____接法,则测量值比真实值偏_________ (选填“大”或“小”).根据测量数据得到的伏安特性曲线如图所示,图中MN段向上弯曲的主要原因是___________________.
试卷第1页,共3页
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参考答案:
1.C
【解析】
【分析】
依据单位时间内的脉冲数,即可知转动周期,再结合角速度与周期,与线速度与角速度关系,即可求解;根据左手定则得出电子的偏转方向,抓住电子所受的电场力和洛伦兹力平衡得出霍尔电压的表达式,从而进行分析.
【详解】
A、B、根据得,Um=Bdv,由电流的微观定义式:I=nesv,n是单位体积内的电子数,e是单个导电粒子所带的电量,s是导体的横截面积,v是导电粒子运动的速度.整理得:.联立解得:,可知用霍尔元件可以测量磁场的磁感应强度,保持电流不变,霍尔电压Um与车速大小无关;故A,B均错误.
C、D、由题意如果在单位时间内得的脉冲数为N时,则自行车的转速为,则车速为;故C正确,D错误.
故选C.
【点睛】
所谓霍尔效应,是指磁场作用于载流金属导体时,产生横向电势差的物理现象.霍尔效应在新课标教材中作为课题研究材料,解答此题所需的知识都是考生应该掌握的.对于开放性物理试题,要有较强的阅读能力和获取信息能力.
2.D
【解析】
【详解】
A.当滑动变阻器滑片向左滑动时,接入电路的电阻减小,根据闭合电路欧姆定律,电路中电流增大,则A的示数增大,故A错误;
B.电路中电流增大,电源的内电压增大,则路端电压减小,所以V2的示数减小,故B错误;
C.电路中电流增大,根据欧姆定律知,电压表V1的示数增大,故C错误;
D.路端电压减小,R的电压增大,则ΔU1大于ΔU2,故D正确;
故选D。
3.D
【解析】
【详解】
传感器输出信号比较微弱,一般不能直接带动执行机构实现控制动作,A正确;力传感器中的应变片在力的作用下发生形变,输出相应的电压信号,B、C正确;双金属片两层金属膨胀系数不同,在温度升高时才会发生弯曲,D错误.
本题选择错误答案,故选D.
4.A
【解析】
【分析】
【详解】
光敏电阻可以把光照强度转化为电阻这个电学量;干簧管能将磁场的变化转化为电路的通断;霍尔元件是能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量的元件;动圈式话筒的动圈,是利用线圈在磁场中切割磁感线,将声音信号转化为电信号。
故选A。
5.CD
【解析】
【分析】
根据电路结构明确滑片移动过程中,总电阻的变化;由闭合电路欧姆定律可得出路端电压及电流的变化;则可得出总功率的变化;由电容器的性质分析电容器带电量的变化.
【详解】
滑动变阻器和灯L2的并联,则有
将滑动变阻器的滑片P向下移动的过程中,R减小,则R并也减小,根据闭合电路欧姆定律
电路中的总电流I增大,灯L1变亮;
电压表的示数
U=E-Ir
因此,电压表的示数减小;
L2的两端的电压
U2=E-I(r+R1)
L2的两端的电压减小根据部分电路欧姆定律,流过灯L2的电流减小,灯L2变暗;
电路总电流增大,流过L2的电流减小,则流过滑动变阻器的电流增大,电流表示数增大。电路总电流增大,则电源的总功率增大;
电容两端电压减小,根据电容的定义式,可知电容器的带电量减小。
故应选CD。
【点睛】
本题考查了闭合电路欧姆定律和串并联电路的动态分析。要注意本类题目的解题思路为:局部-整体-局部。
6.AC
【解析】
【详解】
A.由题意可知自由电子定向移动的方向为由2→1,根据左手定则可知自由电子将在接线端3所在的一面集聚,所以接线端3的电势比接线端4的电势低,故A正确;
B.当3、4之间的电压稳定时,自由电子定向移动过程中所受洛伦兹力f与电场力平衡,即
①
故B错误;
C.根据电流的微观表达式有
②
根据洛伦兹力公式有
③
联立①②③以及题给UH的表达式可得
故C正确;
D.赤道上方地磁场方向平行于地面,又因为磁场方向与工作面垂直,所以在测定地球赤道上方的地磁场强弱时,霍尔元件的工作面应保持与地面垂直,故D错误。
故选AC。
7.BD
【解析】
【分析】
【详解】
A.开关S闭合,两板间的电压不变,所以将A板竖直向上平移,静电计指针张角不变,故A错误;
B.断开电键,电容器带电量不变,仅将A板缓慢竖直向上平移,AB正对面积变小,根据可知电容减小,而电容器的电量Q不变,根据知,电势差增大,指针张角增大。故B正确;
C.若S断开后,仅在A、B板间插入玻璃板,相对介电常数增大,根据电容的决定式得知电容C增大,而电容器的电量Q不变,由电容的定义式分析得知板间电势差U减小,则静电计指针张角减小,故C错误;
D.若S断开后,仅将A板缓慢水平向左平移,板间距离d增大,根据电容的决定式得知电容C减小,而电容器的电量Q不变,由电容的定义式分析得知板间电势差U增大,则静电计指针张角增大。故D正确。
故选BD。
8.BC
【解析】
【详解】
A项:由光敏电阻的特点可知,光照越强,光敏电阻阻值越小,则电路中的电流值越大,衔铁被吸引下来,故A错误;
B项:由光敏电阻的特点可知,在光线不足时,光敏电阻的阻值变大,电路中的电流减小,衔铁被弹簧拉上去,故B正确;
C、D项:由题意可知,在自然光不足时接通电源启动日光灯,在自然光充足时,自动关闭日光灯,结合A、B分析可知,当衔铁被弹簧拉上去时,照明电路被接通,所以上面两接线柱应和日光灯电路连接,故C正确,D错误.
9.ACD
【解析】
【详解】
AB.常温下感温磁体具有较强的磁性,当温度超过103℃时,感温磁铁就会失去磁性,故A正确,B错误;
C.饭熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会达到103 ℃,这时开关按钮会跳起,故C正确;
D.常压下只要锅内有水,锅内的温度就不可能达到103 ℃,开关按钮就不会自动跳起,故D正确。
故选ACD。
10.BC
【解析】
【分析】
【详解】
ACD.在电容器两板间的P点有一个带电粒子恰好处于静止状态,可知
所以粒子带负电;
由
可知,电容器两板间电势差不变,当电容器下极板向上移动少许时,电容器两板间的电场强度增大,电场力大于重力,粒子将向上运动,故AD错误,C正确;
B.由电容的决定式
电容器下极板向上移动少许时,电容增大,故B正确。
故选BC。
11.ABC
【解析】
【详解】
A.从甲图可以看出,θ变化,能引起动片与定片正对面积变化,由
可知引起电容变化,由
可知引起电信号变化,故甲图的传感器可以用来测量角度,故A正确;
B.从乙图可以看出,液体深度h变化,能引起正对面积变化,由
可知引起电容变化,由
可知引起电信号变化,故乙图的传感器可以用来测量液面的高度,故B正确;
C.从丙图可以看出,压力的变化,能引起两极间距离变化,由
可知引起电容变化,由
可知引起电信号变化,故丙图的传感器可以用来测量压力,故C正确;
D.从丁图可以看出,s的变化,能引起介电常数的变化,由
可知引起电容变化,由
可知引起电信号变化,故丁图的传感器可以用来测量距离x,故D错误.
故选ABC.
12. C D F 外 小 随着电阻丝中的电流增大,温度升高,电阻率增大,电阻增大
【解析】
【详解】
(1)由于电源电压为3V,所以电压表选择D,电路中的电流大约,所以电流表选择C,滑动变阻器用小阻值的F便于操作.
(2)待测电阻的阻值远小于电压表的内阻,属于小电阻,所以电流表采取外接法,根据,由于电压表的分流,使得测量值比真实值偏小.图中MN段向上弯曲的主要原因是随着电阻丝中的电流增大,温度升高,电阻率增大,电阻增大
答案第1页,共2页
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