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 | 612.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-04-12 20:18:04 | ||
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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
能力提升练习
一、单选题
1． 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
2． 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
3． 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
4． 如图是某电子秤的原理图，人只要站在踏板上，仪表G就能显示人的体重，踏板下面的传感器R实质是一个阻值可随压力大小而变化的电阻，显示体重的仪表G实质是理想电流表，如果不计踏板的质量，电阻R随人的体重G变化的函数关系式为R＝a－kG(a、k是常量，G和R的单位分别是N和Ω)．下列说法正确的是
A．传感器R不是力电传感器
B．如果要增加电子秤的量程，滑动变阻器R′接入电路中的电阻应调大
C．如果要增加电子秤的灵敏度，滑动变阻器R′接入电路中的电阻应调大
D．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘的零刻度处
5． 下列关于传感器的说法中正确的是（ ）
A．电子秤应用的是光传感器
B．电饭锅通过温度传感器实现温度的自动控制
C．干簧管是一种能够感知电场的传感器
D．霍尔元件能够把电学量转换为磁学量
6． 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
7． 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
8． 如图，电源的电动势为E，内阻为。R1为定值电阻，R2为滑动变阻器、B为水平放置的平行金属板，L为小灯泡，电表均为理想电表。开关S闭合后，A、B板间有一带电油滴恰好处于静止状态。则在滑动变阻器的触头P向下滑动的过程中
A．电压表的示数增大 B．油滴向上加速运动
C．板上的电荷量减少 D．两表示数变化量的比值变大
9． 如图所示，商店里使用的电子计价秤可将货物的质量、单价和金额清楚地显示在面板上，既方便了工作人员，又方便了顾客．电子计价秤使用的传感器是
A．红外线传感器 B．压力传感器
C．超声波传感器 D．温度传感器
10．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
二、多选题
11．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
12．如图所示，电源电动势为E，内阻为r，为定值电阻，为光敏电阻，当照射光强度增大时的阻值减小，为滑动变阻器，平行板电容器与定值电阻并联，则下列判断正确的是（ ）
A．仅增加光照强度时，电容器所带电荷量将减小
B．仅减弱光照强度，电源的输出功率一定减小
C．仅将滑动变阻器的滑片向上移动时，电容器储存的电场能将减小
D．仅将滑动变阻器的滑片向下移动时，电源的效率增大
13．如图所示，C1为中间插有电介质的电容器，a和b为其两极板，a板接地．M和N为两水平正对放置的平行金属板，当金属板带上一定电荷后使在两板间的一带电小球P处于静止状态．M板与b板用导线相连，N板接地．在以下方法中，能使P向上运动的是( )
A．稍微增大a、b间的距离
B．稍微增大M、N间的距离
C．取出a、b两极板间的电介质
D．换一块形状大小相同、介电常数更大的电介质
14．在图甲所示的电路中，L1、L2为规格相同的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，C是电容为的电容器，R是阻值为的定值电阻，电源E的内阻为电路稳定后，通过L1的电流为0.2A，下列结论正确的是（ ）
A． L1的电功率为0.18W
B．电源的效率为60%
C． L2的电阻为6Ω
D．电容器的带电荷量为
15．如图所示为某霍尔元件的工作原理示意图，该元件中电流I由正电荷的定向运动形成。下列说法正确的是（ ）
A．M点电势比N点电势高
B．用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度
C．用霍尔元件能够把磁学量转换为电学量
D．若保持电流I恒定，则霍尔电压UH与B成正比
三、解答题
16．有一种半导体材料称为“霍尔材料”，用它制成的元件称为霍尔元件，这种材料有可定向移动的电荷，称为载流子，每个载流子的电荷量大小为。霍尔元件在自动检测，控制领域得到广泛应用，如录像机中用来测量录像磁鼓的转速，电梯中用来检测电梯门是否关闭以自动控制升降电动机的电源的通断等。在一次实验中，一块“霍尔材料”制成的薄片宽，长，厚，水平放置在竖直向上的磁感应强度的匀强磁场中，bc方向通有的电流，如图所示，由于磁场的作用，稳定后，在沿宽度方向上产生的横向电压。
(1)都假定载流子是电子，ad、bc两端面中哪端电势较高；
(2)薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率多大；
(3)这块“霍尔材料”中单位体积内的载流子个数为多少。
17．如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻不计，不称物体时，滑动触头P在A端，滑动变阻器接入电路中的有效电阻最大，电流较小；称重物时，在压力作用下滑动触头下移，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大。这样把电流对应的质量值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的质量，若滑动变阻器上A、B间长度为l，最大阻值为，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k。
（1）试导出所称重物重力G与电路中电流I的函数关系
（2）该装置达到最大量程时电流表示数是多少？
四、实验题
18．为了研究光敏电阻在室内正常光照射和室外强光照射时电阻的大小关系，某同学用如图甲所示的电路进行实验，得出两种U I图线，如图乙所示。
（1）根据U I图线可知正常光照射时光敏电阻的阻值为_______Ω，强光照射时的阻值为_______Ω；
（2）若实验中所用电压表的内阻约为5 kΩ，毫安表的内阻约为100 Ω，考虑到电表内阻对实验结果的影响，此实验中_______（选填“正常光照射时”或“强光照射时”）测得的电阻误差较大。若测量这种光照下的电阻，则需将实物图中毫安表的连接方式采用_______（选填“内接”或“外接”）法进行实验，实验结果较为准确。
19．某实验小组在“测定金属丝电阻率”的实验过程中：
(1)正确操作获得金属丝的直径以及电压表的读数如图所示，则它们的读数依次是___mm、____V．
(2)如图是测量电阻丝阻值的原理图，根据原理图在如图所示的实物图中画出连线________．
(3)利用上面的电路图测出的电阻值比真实值_____(填“偏大”或“偏小”），这种误差叫作系统误差．
(4)若调节滑动变阻器，通过多次测量求平均值的方法得到电阻丝的阻值为R，请写出求电阻 丝的电阻率的表达式为____( L、d分别表示电阻丝长度、直径，结果用已知字母表示)．
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 A D B B D B B B A
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 BD CD AC CD BCD
三、解答题
16．(1)ad；(2)；(3)个
17．（1）（2）
四、实验题
18． 3000 200 强光照射时 外接
19． 1．700 2.25 偏小
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能力提升练习
一、单选题
1． 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
2． 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
3． 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
4． 如图是某电子秤的原理图，人只要站在踏板上，仪表G就能显示人的体重，踏板下面的传感器R实质是一个阻值可随压力大小而变化的电阻，显示体重的仪表G实质是理想电流表，如果不计踏板的质量，电阻R随人的体重G变化的函数关系式为R＝a－kG(a、k是常量，G和R的单位分别是N和Ω)．下列说法正确的是
A．传感器R不是力电传感器
B．如果要增加电子秤的量程，滑动变阻器R′接入电路中的电阻应调大
C．如果要增加电子秤的灵敏度，滑动变阻器R′接入电路中的电阻应调大
D．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘的零刻度处
5． 下列关于传感器的说法中正确的是（ ）
A．电子秤应用的是光传感器
B．电饭锅通过温度传感器实现温度的自动控制
C．干簧管是一种能够感知电场的传感器
D．霍尔元件能够把电学量转换为磁学量
6． 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
7． 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
8． 如图，电源的电动势为E，内阻为。R1为定值电阻，R2为滑动变阻器、B为水平放置的平行金属板，L为小灯泡，电表均为理想电表。开关S闭合后，A、B板间有一带电油滴恰好处于静止状态。则在滑动变阻器的触头P向下滑动的过程中
A．电压表的示数增大 B．油滴向上加速运动
C．板上的电荷量减少 D．两表示数变化量的比值变大
9． 如图所示，商店里使用的电子计价秤可将货物的质量、单价和金额清楚地显示在面板上，既方便了工作人员，又方便了顾客．电子计价秤使用的传感器是
A．红外线传感器 B．压力传感器
C．超声波传感器 D．温度传感器
10．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
二、多选题
11．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
12．如图所示，电源电动势为E，内阻为r，为定值电阻，为光敏电阻，当照射光强度增大时的阻值减小，为滑动变阻器，平行板电容器与定值电阻并联，则下列判断正确的是（ ）
A．仅增加光照强度时，电容器所带电荷量将减小
B．仅减弱光照强度，电源的输出功率一定减小
C．仅将滑动变阻器的滑片向上移动时，电容器储存的电场能将减小
D．仅将滑动变阻器的滑片向下移动时，电源的效率增大
13．如图所示，C1为中间插有电介质的电容器，a和b为其两极板，a板接地．M和N为两水平正对放置的平行金属板，当金属板带上一定电荷后使在两板间的一带电小球P处于静止状态．M板与b板用导线相连，N板接地．在以下方法中，能使P向上运动的是( )
A．稍微增大a、b间的距离
B．稍微增大M、N间的距离
C．取出a、b两极板间的电介质
D．换一块形状大小相同、介电常数更大的电介质
14．在图甲所示的电路中，L1、L2为规格相同的小灯泡，这种小灯泡的伏安特性曲线如图乙所示，C是电容为的电容器，R是阻值为的定值电阻，电源E的内阻为电路稳定后，通过L1的电流为0.2A，下列结论正确的是（ ）
A． L1的电功率为0.18W
B．电源的效率为60%
C． L2的电阻为6Ω
D．电容器的带电荷量为
15．如图所示为某霍尔元件的工作原理示意图，该元件中电流I由正电荷的定向运动形成。下列说法正确的是（ ）
A．M点电势比N点电势高
B．用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度
C．用霍尔元件能够把磁学量转换为电学量
D．若保持电流I恒定，则霍尔电压UH与B成正比
三、解答题
16．有一种半导体材料称为“霍尔材料”，用它制成的元件称为霍尔元件，这种材料有可定向移动的电荷，称为载流子，每个载流子的电荷量大小为。霍尔元件在自动检测，控制领域得到广泛应用，如录像机中用来测量录像磁鼓的转速，电梯中用来检测电梯门是否关闭以自动控制升降电动机的电源的通断等。在一次实验中，一块“霍尔材料”制成的薄片宽，长，厚，水平放置在竖直向上的磁感应强度的匀强磁场中，bc方向通有的电流，如图所示，由于磁场的作用，稳定后，在沿宽度方向上产生的横向电压。
(1)都假定载流子是电子，ad、bc两端面中哪端电势较高；
(2)薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率多大；
(3)这块“霍尔材料”中单位体积内的载流子个数为多少。
17．如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻不计，不称物体时，滑动触头P在A端，滑动变阻器接入电路中的有效电阻最大，电流较小；称重物时，在压力作用下滑动触头下移，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大。这样把电流对应的质量值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的质量，若滑动变阻器上A、B间长度为l，最大阻值为，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k。
（1）试导出所称重物重力G与电路中电流I的函数关系
（2）该装置达到最大量程时电流表示数是多少？
四、实验题
18．为了研究光敏电阻在室内正常光照射和室外强光照射时电阻的大小关系，某同学用如图甲所示的电路进行实验，得出两种U I图线，如图乙所示。
（1）根据U I图线可知正常光照射时光敏电阻的阻值为_______Ω，强光照射时的阻值为_______Ω；
（2）若实验中所用电压表的内阻约为5 kΩ，毫安表的内阻约为100 Ω，考虑到电表内阻对实验结果的影响，此实验中_______（选填“正常光照射时”或“强光照射时”）测得的电阻误差较大。若测量这种光照下的电阻，则需将实物图中毫安表的连接方式采用_______（选填“内接”或“外接”）法进行实验，实验结果较为准确。
19．某实验小组在“测定金属丝电阻率”的实验过程中：
(1)正确操作获得金属丝的直径以及电压表的读数如图所示，则它们的读数依次是___mm、____V．
(2)如图是测量电阻丝阻值的原理图，根据原理图在如图所示的实物图中画出连线________．
(3)利用上面的电路图测出的电阻值比真实值_____(填“偏大”或“偏小”），这种误差叫作系统误差．
(4)若调节滑动变阻器，通过多次测量求平均值的方法得到电阻丝的阻值为R，请写出求电阻 丝的电阻率的表达式为____( L、d分别表示电阻丝长度、直径，结果用已知字母表示)．
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 A D B B D B B B A
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 BD CD AC CD BCD
三、解答题
16．(1)ad；(2)；(3)个
17．（1）（2）
四、实验题
18． 3000 200 强光照射时 外接
19． 1．700 2.25 偏小
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