第五章 第2节常见传感器的工作原理及应用（Word版含答案）
文档属性
| 名称 | 第五章 第2节常见传感器的工作原理及应用（Word版含答案） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 773.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-03-24 18:55:27 | ||
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文档简介
2021-2022学年人教版（2019）选择性必修第二册第五章第2节常见传感器的工作原理及应用
能力突破练习
一、单选题
1． 设电路两端的电压保持不变，现将变阻器的滑片P向右移动过程中L1和L2两灯的亮度变化情况是（ ）
A．L1亮度不变，L2变暗 B．L1变暗，L2变亮 C．L1变亮，L2变暗 D．L1变暗，L2亮度不变
2． 将多用电表的选择开关置于欧姆挡，然后进行欧姆调零。如图所示，将一光敏电阻连在多用电表两表笔之间，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θ和θ'的关系
3． 下列实验过程中正确使用打点计时器的步骤顺序是（ ）
①启动电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一行小点
②关掉电源
③取下纸带，从能够看清的某个点开始，往后数若干个点，如果数出n个点，这些点划分出的间隔数是（n-1），由此计算出纸带从第1个点到第n个点的运动时间
④把纸带装好
⑤了解打点计时器的结构，然后把它固定在桌子上
⑥用刻度尺测量出从第1个点到第n个点的距离．
A．⑤④①②③⑥
B．⑤④①③⑥②
C．⑤④①⑥③②
D．⑤④①②⑥③
4． 在如图所示的电路中，电压表和电流表均为理想电表，将滑动变阻器R3的滑片P向a端移动过程中（ ）
A．电压表示数变大，电流表示数变小 B．R2消耗的功率变小
C．电源的总功率变大 D．电源效率变低
5． 已知磁敏电阻在无磁场时电阻很小，有磁场时电阻变大，并且磁场越强阻值越大．为探测磁场的有无，利用磁敏电阻作为传感器设计了如图所示电路．电源的电动势E和内阻r不变，在无磁场时调节变阻器R使小灯泡L正常发光，若探测装置从无磁场区进入磁场区，则
A．电压表的示数变小
B．磁敏电阻两端电压变小
C．小灯泡L变亮甚至烧毁
D．通过滑动变阻器的电流变大
6． 如图甲所示是一种速度传感器的工作原理图，在这个系统中B为一个能发射和接受超声波的固定小盒子，工作时小盒子 B 向被测物体发出短暂的超声波脉冲，脉冲被运动的物体反射后又被 B 盒接收，从 B 盒发射超声波开始计时，经时间t0再次发射超声波脉冲，图乙是连续两次发射的超声波的位移-时间图像，则下列说法正确的是（ ）
A．物体一定做匀加速直线运动
B．超声波的速度为
C．物体的平均速度为
D．物体的平均速度为
7． 如图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，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竖直
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将不发生变化
8． 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器记录器，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0.2m，则下述说法正确的是（ ）
A．该传送带每小时输送1800个工件 B．该传送带每小时输送7200个工件
C．传送带运动的速度是0.2m/s D．传送带运动的速度是0.1m/s
9． 霍尔元件能转换哪两个量
A．把温度这个热学量转换为电阻这个电学量
B．把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量
C．把力转换为电压这个电学量
D．把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量
10．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
二、多选题
11．电容式加速度传感器的原理结构如图所示，质量块右侧连接一轻质弹簧，左侧连接一电介质，弹簧与电容器固定在外框上，可认为质量块（含电介质）在竖直方向上受力平衡，在水平方向上只受弹簧的弹力．传感器在水平方向上运动，质量块可带动电介质左右移动从而改变电容．可知（ ）
A．当传感器做匀速运动时，电路中有恒定电流
B．当传感器做匀加速度运动时，电路中有恒定电流
C．若传感器原来向右匀速运动，突然减速时电容器的电容会减小
D．当传感器由静止突然向右加速的瞬间，电路中有顺时针方向的电流
12．光敏电阻自动计数器的示意图如图所示，图中虚线表示激光，圆柱体表示随为光敏电阻，R1为定值电阻，R2此光电计数器的基本工作原理是（ ）
A．当光照射R1时，信号处理系统获得高电压
B．当光照射R1时，信号处理系统获得低电压
C．信号处理系统每获一次低电压就计数一次
D．信号处理系统每获一次高电压就计数一次
13．电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力．感应线是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，压力越大电压越大．压电薄膜与电容器C、电阻R组成图甲所示的回路，红灯亮时，如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中产生两个脉冲电流，如图乙所示，即视为“闯红灯”，电子眼拍照．则红灯亮时（ ）
A．车轮停在感应线上时电阻R上有恒定电流
B．车轮经过感应线的过程中，电容器先充电后放电
C．车轮经过感应线的过程中，电阻R上的电流一直增大
D．汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，会被电子眼拍照
14．1957年，科学家首先提出了两类超导体的概念，一类称为I型超导体，主要是金属超导体，另一类称为Ⅱ型超导体（载流子为电子），主要是合金和陶瓷超导体．I型超导体对磁场有屏蔽作用，即磁场无法进入超导体内部，而Ⅱ型超导体则不同，它允许磁场通过．现将一块长方体Ⅱ型超导体通入稳恒电流I后放入匀强磁场中，如图所示．下列说法正确的是（ ）
A．超导体的内部产生了热能
B．超导体所受安培力等于其内部所有电荷定向移动所受洛伦兹力的合力
C．超导体表面上a、b两点的电势关系为
D．超导体中电流I越大，a、b两点的电势差越大
15．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图（a）所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球．小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图（b）所示，下列判断正确的是（ ）
A．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动
B．从t2到t3时间内，小车做变加速直线运动
C．从t1到t2时间内，小车做变加速直线运动
D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动
三、解答题
16．如图甲所示是一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定，电流表内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图乙所示，试根据丙图所给器材设计一个路灯自动光控电路。要求有光照时路灯不亮，无光照时路灯工作。
17．金属导体板垂直置于匀强磁场中，当电流通过导体板时，外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成电场，该电场对运动的电子有静电力的作用，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，在导体板这两个表面之间就会形成稳定的电势差，这种现象称为霍尔效应。利用霍尔效应可以测量磁场的磁感应强度。如图所示，若磁场方向与金属导体板的前后表面垂直，通过的电流I，可测得导体板上、下表面之间的电势差为U，且下表面电势高。已知导体板的长、宽、高分别为a、b、c，电子的电荷量为e，导体中单位体积内的自由电子数为n。求：
（1）导体中电子定向运动的平均速率v；
（2）磁感应强度B的大小和方向。
四、实验题
18．如图甲是汽车过桥时对不同类型桥面压力变化的实验。采用DIS方法对模型进行测量，其结果如图乙中电脑屏幕所示。
（1）图甲中的传感器为___________传感器；
（2）图甲中甲、乙、丙分别为三种不同类型的桥面。对于凸形桥甲，其相对应的压力图线应是图乙电脑屏幕上的___________（填a、b或c）；
（3）如增大小球在斜槽上的高度，则在图乙中大致画出小球通过凸形桥甲时的压力图线___________。
19．某些固体材料受到外力作用后，除了产生形变，其电阻率也会发生变化、这种现象称为“压阻效应”。已知Rx的阻值变化范围为几十欧姆到几百欧姆，某实验小组在室温下用伏安法探究压敏电阻阻值Rx随压力F变化的规律，实验室提供了如下器材可供选择：
A．压敏电阻，无压力时阻值R0＝400 Ω
B．直流电源，电动势6 V，内阻不计
C．电流表A，量程为0～100 mA，内阻不计
D．电压表V，量程为0～3 V，内阻为3 kΩ
E.定值电阻R1＝2 kΩ
F.滑动变阻器R，最大电阻值约50 Ω
G.开关S与导线若干
（1）甲同学设计了图甲实验电路原理图，请在图乙将实物连线图补充完整_________。
（2）某次压力测试，在电阻Rx上施加力F，闭合开关S，测得两个电表的读数分别为U和I，则压敏电阻的阻值Rx＝________。
（3）改变F的大小、测得不同的Rx值，绘成图像如图所示，可得其斜率k＝________(保留两位有效数字)。Rx阻值和压力F的关系式是Rx＝________(用Rx、F和k等表示)。
（4）按图甲实验电路进行实验，调节滑动变阻器使电压表保持满偏，在电阻Rx上施加力F，当电流表满偏时，压力F为________ N。(结果保留三位有效数字)
2021-2022学年人教版（2019）选择性必修第二册第五章第2节常见传感器的工作原理及应用（参考答案）
一、单选题
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 B B A A C C A C B C
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 CD BD BD BD CD
三、解答题
16．
17．（1）；（2），方向为垂直于前后表面向里
四、实验题
18． 力电 c
19． 400＋kF(Ω) 184
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能力突破练习
一、单选题
1． 设电路两端的电压保持不变，现将变阻器的滑片P向右移动过程中L1和L2两灯的亮度变化情况是（ ）
A．L1亮度不变，L2变暗 B．L1变暗，L2变亮 C．L1变亮，L2变暗 D．L1变暗，L2亮度不变
2． 将多用电表的选择开关置于欧姆挡，然后进行欧姆调零。如图所示，将一光敏电阻连在多用电表两表笔之间，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θ和θ'的关系
3． 下列实验过程中正确使用打点计时器的步骤顺序是（ ）
①启动电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出一行小点
②关掉电源
③取下纸带，从能够看清的某个点开始，往后数若干个点，如果数出n个点，这些点划分出的间隔数是（n-1），由此计算出纸带从第1个点到第n个点的运动时间
④把纸带装好
⑤了解打点计时器的结构，然后把它固定在桌子上
⑥用刻度尺测量出从第1个点到第n个点的距离．
A．⑤④①②③⑥
B．⑤④①③⑥②
C．⑤④①⑥③②
D．⑤④①②⑥③
4． 在如图所示的电路中，电压表和电流表均为理想电表，将滑动变阻器R3的滑片P向a端移动过程中（ ）
A．电压表示数变大，电流表示数变小 B．R2消耗的功率变小
C．电源的总功率变大 D．电源效率变低
5． 已知磁敏电阻在无磁场时电阻很小，有磁场时电阻变大，并且磁场越强阻值越大．为探测磁场的有无，利用磁敏电阻作为传感器设计了如图所示电路．电源的电动势E和内阻r不变，在无磁场时调节变阻器R使小灯泡L正常发光，若探测装置从无磁场区进入磁场区，则
A．电压表的示数变小
B．磁敏电阻两端电压变小
C．小灯泡L变亮甚至烧毁
D．通过滑动变阻器的电流变大
6． 如图甲所示是一种速度传感器的工作原理图，在这个系统中B为一个能发射和接受超声波的固定小盒子，工作时小盒子 B 向被测物体发出短暂的超声波脉冲，脉冲被运动的物体反射后又被 B 盒接收，从 B 盒发射超声波开始计时，经时间t0再次发射超声波脉冲，图乙是连续两次发射的超声波的位移-时间图像，则下列说法正确的是（ ）
A．物体一定做匀加速直线运动
B．超声波的速度为
C．物体的平均速度为
D．物体的平均速度为
7． 如图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，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竖直
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将不发生变化
8． 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器记录器，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0.2m，则下述说法正确的是（ ）
A．该传送带每小时输送1800个工件 B．该传送带每小时输送7200个工件
C．传送带运动的速度是0.2m/s D．传送带运动的速度是0.1m/s
9． 霍尔元件能转换哪两个量
A．把温度这个热学量转换为电阻这个电学量
B．把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量
C．把力转换为电压这个电学量
D．把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量
10．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
二、多选题
11．电容式加速度传感器的原理结构如图所示，质量块右侧连接一轻质弹簧，左侧连接一电介质，弹簧与电容器固定在外框上，可认为质量块（含电介质）在竖直方向上受力平衡，在水平方向上只受弹簧的弹力．传感器在水平方向上运动，质量块可带动电介质左右移动从而改变电容．可知（ ）
A．当传感器做匀速运动时，电路中有恒定电流
B．当传感器做匀加速度运动时，电路中有恒定电流
C．若传感器原来向右匀速运动，突然减速时电容器的电容会减小
D．当传感器由静止突然向右加速的瞬间，电路中有顺时针方向的电流
12．光敏电阻自动计数器的示意图如图所示，图中虚线表示激光，圆柱体表示随为光敏电阻，R1为定值电阻，R2此光电计数器的基本工作原理是（ ）
A．当光照射R1时，信号处理系统获得高电压
B．当光照射R1时，信号处理系统获得低电压
C．信号处理系统每获一次低电压就计数一次
D．信号处理系统每获一次高电压就计数一次
13．电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力．感应线是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，压力越大电压越大．压电薄膜与电容器C、电阻R组成图甲所示的回路，红灯亮时，如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中产生两个脉冲电流，如图乙所示，即视为“闯红灯”，电子眼拍照．则红灯亮时（ ）
A．车轮停在感应线上时电阻R上有恒定电流
B．车轮经过感应线的过程中，电容器先充电后放电
C．车轮经过感应线的过程中，电阻R上的电流一直增大
D．汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，会被电子眼拍照
14．1957年，科学家首先提出了两类超导体的概念，一类称为I型超导体，主要是金属超导体，另一类称为Ⅱ型超导体（载流子为电子），主要是合金和陶瓷超导体．I型超导体对磁场有屏蔽作用，即磁场无法进入超导体内部，而Ⅱ型超导体则不同，它允许磁场通过．现将一块长方体Ⅱ型超导体通入稳恒电流I后放入匀强磁场中，如图所示．下列说法正确的是（ ）
A．超导体的内部产生了热能
B．超导体所受安培力等于其内部所有电荷定向移动所受洛伦兹力的合力
C．超导体表面上a、b两点的电势关系为
D．超导体中电流I越大，a、b两点的电势差越大
15．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图（a）所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球．小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图（b）所示，下列判断正确的是（ ）
A．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动
B．从t2到t3时间内，小车做变加速直线运动
C．从t1到t2时间内，小车做变加速直线运动
D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动
三、解答题
16．如图甲所示是一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定，电流表内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图乙所示，试根据丙图所给器材设计一个路灯自动光控电路。要求有光照时路灯不亮，无光照时路灯工作。
17．金属导体板垂直置于匀强磁场中，当电流通过导体板时，外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而形成电场，该电场对运动的电子有静电力的作用，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，在导体板这两个表面之间就会形成稳定的电势差，这种现象称为霍尔效应。利用霍尔效应可以测量磁场的磁感应强度。如图所示，若磁场方向与金属导体板的前后表面垂直，通过的电流I，可测得导体板上、下表面之间的电势差为U，且下表面电势高。已知导体板的长、宽、高分别为a、b、c，电子的电荷量为e，导体中单位体积内的自由电子数为n。求：
（1）导体中电子定向运动的平均速率v；
（2）磁感应强度B的大小和方向。
四、实验题
18．如图甲是汽车过桥时对不同类型桥面压力变化的实验。采用DIS方法对模型进行测量，其结果如图乙中电脑屏幕所示。
（1）图甲中的传感器为___________传感器；
（2）图甲中甲、乙、丙分别为三种不同类型的桥面。对于凸形桥甲，其相对应的压力图线应是图乙电脑屏幕上的___________（填a、b或c）；
（3）如增大小球在斜槽上的高度，则在图乙中大致画出小球通过凸形桥甲时的压力图线___________。
19．某些固体材料受到外力作用后，除了产生形变，其电阻率也会发生变化、这种现象称为“压阻效应”。已知Rx的阻值变化范围为几十欧姆到几百欧姆，某实验小组在室温下用伏安法探究压敏电阻阻值Rx随压力F变化的规律，实验室提供了如下器材可供选择：
A．压敏电阻，无压力时阻值R0＝400 Ω
B．直流电源，电动势6 V，内阻不计
C．电流表A，量程为0～100 mA，内阻不计
D．电压表V，量程为0～3 V，内阻为3 kΩ
E.定值电阻R1＝2 kΩ
F.滑动变阻器R，最大电阻值约50 Ω
G.开关S与导线若干
（1）甲同学设计了图甲实验电路原理图，请在图乙将实物连线图补充完整_________。
（2）某次压力测试，在电阻Rx上施加力F，闭合开关S，测得两个电表的读数分别为U和I，则压敏电阻的阻值Rx＝________。
（3）改变F的大小、测得不同的Rx值，绘成图像如图所示，可得其斜率k＝________(保留两位有效数字)。Rx阻值和压力F的关系式是Rx＝________(用Rx、F和k等表示)。
（4）按图甲实验电路进行实验，调节滑动变阻器使电压表保持满偏，在电阻Rx上施加力F，当电流表满偏时，压力F为________ N。(结果保留三位有效数字)
2021-2022学年人教版（2019）选择性必修第二册第五章第2节常见传感器的工作原理及应用（参考答案）
一、单选题
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 B B A A C C A C B C
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 CD BD BD BD CD
三、解答题
16．
17．（1）；（2），方向为垂直于前后表面向里
四、实验题
18． 力电 c
19． 400＋kF(Ω) 184
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