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 | 581.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-03-26 20:08:07 | ||
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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
每节自检
一、单选题
1． 霍尔元件是一种应用霍尔效用的磁传感器，有一个沿y轴方向的磁场，磁感应强度（B0、k均为正的常数），将一传感器固定在霍尔元件上，沿y轴方向元件的厚度为d，保持通过霍尔元件的电流I不变（方向如图中箭头所示）．当元件沿y轴方向移动时，a、b是垂直于z轴方向上元件的前后两侧面，在这两个侧面产生的电势差为U，则下列说法正确的是
A．若图中霍尔元件是电子导电，则后侧面电势高
B．若I不变，电势差U越大，则该处的磁感应强度B越小
C．若磁感应强度B不变，前后两侧面的电势差U越小，则电流I取值越大
D．k越大，传感器灵敏度越高
2． 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
3． 如图甲是判断检测电流大小是否发生变化的装置，该检测电流在铁芯中产生磁场，其磁感应强度与检测电流成正比，现给金属材料制成的霍尔元件（如图乙，其长、宽、高分别为a、b、d）通以恒定工作电流I，通过右侧电压表的示数来判断的大小是否发生变化，下列说法正确的是（ ）
A．N端应与电压表的“+”接线柱相连
B．要提高检测灵敏度可适当减小宽度b
C．如果仅将检测电流反向，电压表的“+”、“—”接线柱连线位置无需改动
D．当霍尔元件尺寸给定，工作电流I不变时，电压表示数变大，说明检测电流变大
4． 福州一中的同学总是对身边的的事物充满好奇，某同学对智能手机中的电子指南针（电子罗盘）产生了兴趣，通过查资料得知其原理是利用重力传感器和霍尔效应来确定地磁场的方向。如图，某个智能手机中固定着一个导电物质为电子的霍尔元件，各边长度如图所示。元件的上表面与手机平面平行，始终通有从C到D方向的恒定电流I，当手机水平转动时，霍尔元件上下表面A、B之间的电势差也发生改变，不考虑地磁场的磁偏角，小范围内的地磁场可视为匀强磁场，下列说法正确的是（ ）
A．当C端朝着正西方向时，UAB>0
B．当C端朝着正西方向时，仅增大元件的厚度c，则A、B两表面的电势差增大
C．CD沿着竖直方向时，A、B两表面的电势差UAB一定为零
D．当C端从正西方向缓慢转动90°到正北方向时，A、B两表面的电势差不断减小
5． 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
6． 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
7． 利用霍尔元件可以进行微小位移的测量。如图甲所示，将固定有霍尔元件的物体置于两块磁性强弱相同、同极相对放置的磁体缝隙中，建立如图乙所示的空间坐标系。保持沿x方向通过霍尔元件的电流I不变，当物体沿z轴方向移动时，由于不同位置处磁感应强度B不同，霍尔元件将在y轴方向的上、下表面间产生不同的霍尔电压UH。当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度B为0，UH为0，将该点作为位移的零点。在小范围内，磁感应强度B的大小和坐标z成正比，这样就可以把电压表改装成测量物体微小位移的仪表。下列说法中正确的是（ ）
A．该仪表只能测量位移的大小，无法确定位移的方向
B．该仪表的刻度线是不均匀的
C．若霍尔元件中导电的载流子为电子，则当 z>0时，上表面电势高
D．电流I越大，霍尔电压UH越大
8． 如图所示的电路中，R1、R2、R3分别是热敏电阻、可变电阻、光敏电阻，热敏电阻随着温度的升高电阻减小，光敏电阻随着光照的增强电阻减小，L1、L2是两个相同的灯泡，闭合电键K后，两个灯泡均能正当发光，电源的电动势、内阻恒定，过一会儿，发现两个灯泡都变亮了，可能原因是
A．对R3的光照变强了
B．环境的温度变高厂
C．可变电阻R2的阻值变大了
D．可变电阻R2的阻值变小了
9． 如图所示，R是光敏电阻，当它受到的光照强度增大时，电阻减小，则( )
A．灯泡L变暗
B．光敏电阻R上的电压增大
C．电压表V的读数增大
D．电容器C的带电荷量增大
10．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知升降机静止时电流表的示数为I1。下列判断正确的是（ ）
A．从0到t1时间内，升降机一定静止
B．从t1到t2时间内，升降机可能做匀加速直线运动
C．从t1到t2时间内，升降机运动时的加速度在变化
D．从t2到t3时间内，升降机可能向下匀加速运动
二、多选题
11．如图所示，电容器极板间有一可移动的电介质板，介质与被测物体相连，接入电路后，通过极板上物理量的变化可确定被测物体的位置，则以下说法正确的是（ ）
A．若电容器极板间的电压不变，变大，电容器极板上带电量减小
B．若电容器极板电量不变，变小，电容器极板间电压变小
C．若电容器极板间的电压不变，变大，有电流流向电容器的正极板
D．若电容器极板间的电压不变，变大，有电流流向电容器的负极板
12．家用电热灭蚊器中电热部分的主要元件是PTC，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的用电器，其电阻率与温度的关系如图所示，由于这种特性，因此，PTC元件具有发热、控温双重功能.对此，下列判断中正确的是（ ）
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，温度能自动保持在t1或t2不变
D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度能自动保持在t1～t2的某一值不变
13．图为某种电子秤工作原理的示意图，被称物体的质量可按照一定的换算关系通过电流表的示数获得．秤盘中放入物体后，连杆P将从a点向下滑动，最终停在a、b间的某一位置．关于该电子秤，下列说法正确的是（ ）
A．物体质量越小，电流表的示数越大
B．物体质量越大，电流表的示数越大
C．物体质量越大，电路中的总电阻越大
D．物体质量越小，电路中的总电阻越大
14．如图所示，竖直正对的平行板电容器带等量异种电荷，带正电的右板与静电计相连，左板接地．假设两极板所带的电荷量不变，电场中P点固定一带正电的点电荷，下列说法正确的是
A．若仅将左板上移少许，则静电计指针偏角变小
B．若仅将左板右移少许，则静电计指针偏角变小
C．若仅将左板上移少许，则P点电势升高
D．若仅将左板右移少许，则P的点电荷电势能增大
15．如图所示,平行板电容器带有等量异种电荷,与静电计相连,静电计金属外壳和电容器下极板都接地,在两极板间有一个固定在P点的点电荷,以表示两板间的电场强度,表示点电荷在P点的电势能,表示静电计的偏角,表示两极板间电压，若保持下极板不动,将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置,则( )
A．减小,不变
B．增大,增大
C．减小,不变
D．增大,不变
三、解答题
16．如图所示电路，电源电压不变，电表均为理想电表，R1＝30．开关S1、S2都断开或都闭合所形成的两个电路状态中，电压表示数之比为3∶8；R2消耗的最大功率和最小功率之比为4∶1；R3的最小功率为0.9W．求：
（1）电阻R2的值；
（2）电流表的最大示数。
17．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。
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．发光晶体二极管是家用电器上指示灯的一种电子元件，它的电路符号如甲图所示。正常使用时，带“+”号的一端接高电势，带“－”的一端接低电势。某同学用实验的方法测得它两端的电压UD和通过它的电流I的数据，并记录在下表中
UD/V 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.6 2.8 3.0
I/mA 0 0.9 2.3 4.3 6.8 13.0 19.0 24.0 28.0 37.0
(1)在乙图中的虚线内画出该同学的实验电路图___________。所用的实验器材有：量程为5V的电压表V，其内阻约为10kΩ；量程为50mA的电流表mA，内阻约为100Ω；直流电源E；滑动变阻器R；开关S；导线若干；
(2)在丙图中的方格纸上用描点法画出二极管的伏安特性曲线___________，并由此判断，该二极管的电阻随所加电压的增大而___________（填“增大”或“减小”）；
(3)上述测量发光晶体二极管电阻的电路是___________（填“纯电阻”或“非纯电阻”）电路。已知该发光二极管的最佳工作电压为2.7V，现用6V稳压电源供电，需要串联一个电阻R才能使二极管工作在最佳状态，试运用伏安特性曲线计算R的阻值为___________Ω（取整数）。
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 D B D D C C D A D C
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 ABD AC BD BC AC
三、解答题
16．（1）40 ；（2）1.4A
17．
四、实验题
18． 力电 c
19． 减小 纯电阻
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每节自检
一、单选题
1． 霍尔元件是一种应用霍尔效用的磁传感器，有一个沿y轴方向的磁场，磁感应强度（B0、k均为正的常数），将一传感器固定在霍尔元件上，沿y轴方向元件的厚度为d，保持通过霍尔元件的电流I不变（方向如图中箭头所示）．当元件沿y轴方向移动时，a、b是垂直于z轴方向上元件的前后两侧面，在这两个侧面产生的电势差为U，则下列说法正确的是
A．若图中霍尔元件是电子导电，则后侧面电势高
B．若I不变，电势差U越大，则该处的磁感应强度B越小
C．若磁感应强度B不变，前后两侧面的电势差U越小，则电流I取值越大
D．k越大，传感器灵敏度越高
2． 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
3． 如图甲是判断检测电流大小是否发生变化的装置，该检测电流在铁芯中产生磁场，其磁感应强度与检测电流成正比，现给金属材料制成的霍尔元件（如图乙，其长、宽、高分别为a、b、d）通以恒定工作电流I，通过右侧电压表的示数来判断的大小是否发生变化，下列说法正确的是（ ）
A．N端应与电压表的“+”接线柱相连
B．要提高检测灵敏度可适当减小宽度b
C．如果仅将检测电流反向，电压表的“+”、“—”接线柱连线位置无需改动
D．当霍尔元件尺寸给定，工作电流I不变时，电压表示数变大，说明检测电流变大
4． 福州一中的同学总是对身边的的事物充满好奇，某同学对智能手机中的电子指南针（电子罗盘）产生了兴趣，通过查资料得知其原理是利用重力传感器和霍尔效应来确定地磁场的方向。如图，某个智能手机中固定着一个导电物质为电子的霍尔元件，各边长度如图所示。元件的上表面与手机平面平行，始终通有从C到D方向的恒定电流I，当手机水平转动时，霍尔元件上下表面A、B之间的电势差也发生改变，不考虑地磁场的磁偏角，小范围内的地磁场可视为匀强磁场，下列说法正确的是（ ）
A．当C端朝着正西方向时，UAB>0
B．当C端朝着正西方向时，仅增大元件的厚度c，则A、B两表面的电势差增大
C．CD沿着竖直方向时，A、B两表面的电势差UAB一定为零
D．当C端从正西方向缓慢转动90°到正北方向时，A、B两表面的电势差不断减小
5． 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
6． 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
7． 利用霍尔元件可以进行微小位移的测量。如图甲所示，将固定有霍尔元件的物体置于两块磁性强弱相同、同极相对放置的磁体缝隙中，建立如图乙所示的空间坐标系。保持沿x方向通过霍尔元件的电流I不变，当物体沿z轴方向移动时，由于不同位置处磁感应强度B不同，霍尔元件将在y轴方向的上、下表面间产生不同的霍尔电压UH。当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度B为0，UH为0，将该点作为位移的零点。在小范围内，磁感应强度B的大小和坐标z成正比，这样就可以把电压表改装成测量物体微小位移的仪表。下列说法中正确的是（ ）
A．该仪表只能测量位移的大小，无法确定位移的方向
B．该仪表的刻度线是不均匀的
C．若霍尔元件中导电的载流子为电子，则当 z>0时，上表面电势高
D．电流I越大，霍尔电压UH越大
8． 如图所示的电路中，R1、R2、R3分别是热敏电阻、可变电阻、光敏电阻，热敏电阻随着温度的升高电阻减小，光敏电阻随着光照的增强电阻减小，L1、L2是两个相同的灯泡，闭合电键K后，两个灯泡均能正当发光，电源的电动势、内阻恒定，过一会儿，发现两个灯泡都变亮了，可能原因是
A．对R3的光照变强了
B．环境的温度变高厂
C．可变电阻R2的阻值变大了
D．可变电阻R2的阻值变小了
9． 如图所示，R是光敏电阻，当它受到的光照强度增大时，电阻减小，则( )
A．灯泡L变暗
B．光敏电阻R上的电压增大
C．电压表V的读数增大
D．电容器C的带电荷量增大
10．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知升降机静止时电流表的示数为I1。下列判断正确的是（ ）
A．从0到t1时间内，升降机一定静止
B．从t1到t2时间内，升降机可能做匀加速直线运动
C．从t1到t2时间内，升降机运动时的加速度在变化
D．从t2到t3时间内，升降机可能向下匀加速运动
二、多选题
11．如图所示，电容器极板间有一可移动的电介质板，介质与被测物体相连，接入电路后，通过极板上物理量的变化可确定被测物体的位置，则以下说法正确的是（ ）
A．若电容器极板间的电压不变，变大，电容器极板上带电量减小
B．若电容器极板电量不变，变小，电容器极板间电压变小
C．若电容器极板间的电压不变，变大，有电流流向电容器的正极板
D．若电容器极板间的电压不变，变大，有电流流向电容器的负极板
12．家用电热灭蚊器中电热部分的主要元件是PTC，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的用电器，其电阻率与温度的关系如图所示，由于这种特性，因此，PTC元件具有发热、控温双重功能.对此，下列判断中正确的是（ ）
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，温度能自动保持在t1或t2不变
D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度能自动保持在t1～t2的某一值不变
13．图为某种电子秤工作原理的示意图，被称物体的质量可按照一定的换算关系通过电流表的示数获得．秤盘中放入物体后，连杆P将从a点向下滑动，最终停在a、b间的某一位置．关于该电子秤，下列说法正确的是（ ）
A．物体质量越小，电流表的示数越大
B．物体质量越大，电流表的示数越大
C．物体质量越大，电路中的总电阻越大
D．物体质量越小，电路中的总电阻越大
14．如图所示，竖直正对的平行板电容器带等量异种电荷，带正电的右板与静电计相连，左板接地．假设两极板所带的电荷量不变，电场中P点固定一带正电的点电荷，下列说法正确的是
A．若仅将左板上移少许，则静电计指针偏角变小
B．若仅将左板右移少许，则静电计指针偏角变小
C．若仅将左板上移少许，则P点电势升高
D．若仅将左板右移少许，则P的点电荷电势能增大
15．如图所示,平行板电容器带有等量异种电荷,与静电计相连,静电计金属外壳和电容器下极板都接地,在两极板间有一个固定在P点的点电荷,以表示两板间的电场强度,表示点电荷在P点的电势能,表示静电计的偏角,表示两极板间电压，若保持下极板不动,将上极板向下移动一小段距离至图中虚线位置,则( )
A．减小,不变
B．增大,增大
C．减小,不变
D．增大,不变
三、解答题
16．如图所示电路，电源电压不变，电表均为理想电表，R1＝30．开关S1、S2都断开或都闭合所形成的两个电路状态中，电压表示数之比为3∶8；R2消耗的最大功率和最小功率之比为4∶1；R3的最小功率为0.9W．求：
（1）电阻R2的值；
（2）电流表的最大示数。
17．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。
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．发光晶体二极管是家用电器上指示灯的一种电子元件，它的电路符号如甲图所示。正常使用时，带“+”号的一端接高电势，带“－”的一端接低电势。某同学用实验的方法测得它两端的电压UD和通过它的电流I的数据，并记录在下表中
UD/V 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.6 2.8 3.0
I/mA 0 0.9 2.3 4.3 6.8 13.0 19.0 24.0 28.0 37.0
(1)在乙图中的虚线内画出该同学的实验电路图___________。所用的实验器材有：量程为5V的电压表V，其内阻约为10kΩ；量程为50mA的电流表mA，内阻约为100Ω；直流电源E；滑动变阻器R；开关S；导线若干；
(2)在丙图中的方格纸上用描点法画出二极管的伏安特性曲线___________，并由此判断，该二极管的电阻随所加电压的增大而___________（填“增大”或“减小”）；
(3)上述测量发光晶体二极管电阻的电路是___________（填“纯电阻”或“非纯电阻”）电路。已知该发光二极管的最佳工作电压为2.7V，现用6V稳压电源供电，需要串联一个电阻R才能使二极管工作在最佳状态，试运用伏安特性曲线计算R的阻值为___________Ω（取整数）。
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 D B D D C C D A D C
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 ABD AC BD BC AC
三、解答题
16．（1）40 ；（2）1.4A
17．
四、实验题
18． 力电 c
19． 减小 纯电阻
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