2024鲁科版高中物理选择性必修第二册同步练习--第1节 常见传感器的工作原理
文档属性
| 名称 | 2024鲁科版高中物理选择性必修第二册同步练习--第1节 常见传感器的工作原理 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.2MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-11-10 09:21:55 | ||
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文档简介
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2024鲁科版高中物理选择性必修第二册同步
第5章 传感器及其应用
第1节 常见传感器的工作原理
基础过关练
题组一 传感器的工作原理
1.下列关于传感器工作的一般流程中正确的是 ( )
A.非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件
B.电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量
C.非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
D.非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量
题组二 光敏电阻
2.如图所示,将一光敏电阻连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θ和θ'的关系
题组三 热敏电阻
3.(2022四川自贡期末)如图所示,在电路中接一段钨丝,闭合开关,灯泡正常发光,当用打火机给钨丝加热时灯泡亮度明显变暗,根据钨丝的上述特性,可用钨丝来制作一个温度传感器。下面说法中正确的是 ( )
A.该传感器利用了钨丝的化学性质
B.该传感器利用了钨丝电阻随温度变化而变化的特性
C.该传感器能够把热学量(温度)转换为电学量(电阻)
D.该传感器能够把电学量(电阻)转换为热学量(温度)
题组四 磁敏元件
4.(2022江苏常州期末)磁传感器是将磁信号转变为电信号的仪器。如图所示,将探头放在磁场中,可以很方便地测量磁场的强弱和方向,探头可能是 ( )
A.感应线圈 B.热敏电阻
C.霍尔元件 D.干簧管
5.如图所示,截面为矩形的金属导体放在磁场中,当导体中通有图示电流时,导体上、下表面的电势关系为 ( )
A.φM>φN
B.φM=φN
C.φM<φN
D.无法判断 能力提升练
题组一 光敏电阻的应用
1.(2023河南洛阳新安一中月考)某学校新装了一批节能路灯,如图甲所示,该路灯通过光控开关实现自动控制:电灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变。如图乙为其内部电路简化原理图,电源电动势为E,内阻为r,R1为光敏电阻(光照强度增加时,其电阻值减小)。当随着傍晚到来光照逐渐减弱时,下列判断正确的是 ( )
A.A灯变亮,B灯变暗
B.电源的效率变大
C.电源内阻消耗的功率变大
D.R1上电流的变化量等于R0上电流变化量
2.(2021四川雅安开学考试)如图甲是某生产流水线上的产品输送及计数装置示意图。其中S为激光源,R1为光敏电阻(有光照射时,阻值较小;无光照射时,阻值较大),R2为定值保护电阻,a、b间接“示波器”(示波器的接入对电路无影响),水平传送带匀速前进,每当传送带上的产品通过S与R1之间时,射向光敏电阻的光线会被产品挡住。若传送带上的产品为均匀正方体,示波器显示的电压随时间变化的关系如图乙所示。已知计数器电路中电源两极间的电压恒为6 V,保护电阻R2的阻值为400 Ω。则( )
A.有光照射时光敏电阻R1的阻值为800 Ω
B.有光照射和无光照射时保护电阻R2两端的电压之比为1∶2
C.有光照射和无光照射时光敏电阻的阻值之比为1∶2
D.每1 h通过S与R1之间的产品个数为6 000个
题组二 热敏电阻的应用
3.(2023天津八所重点学校联考)在温控电路中,通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制。如图所示电路,R1为定值电阻,R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小),C为电容器,当环境温度降低时 ( )
A.电容器C的带电荷量增大
B.电压表的示数增大
C.电容器C两极板间的电场强度减小
D.R1消耗的功率增大
4.(2023山东临沂期中)某同学利用伏安法描绘某热敏电阻阻值随温度的变化关系。所用器材:电源E(内阻不计)、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(可视为理想电表)。
(1)实验电路图如图甲所示;
甲
(2)实验时,将热敏电阻置于温度控制室中,记录不同温度下电压表和毫安表的示数,计算出相应的热敏电阻阻值。实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图乙所示。
乙
(3)在某次操作中,升高温控室的温度,要想仍保持毫安表的示数不变,需要将滑动变阻器的滑片向 移动。(选填“左”或“右”)
(4)将热敏电阻从温控室取出置于室温下,室温为20 ℃,把此热敏电阻、毫安表(可视为理想电表)和一节干电池(电动势为1.5 V,内阻不计)串联成闭合回路,毫安表的示数为 mA。(保留两位有效数字)
丙
(5)利用实验中的热敏电阻可以制作温度报警器,其电路的一部分如图丙所示。当丙图中热敏电阻的输出电压小于等于3 V时,便触发报警系统报警。若要求开始报警时环境温度为60 ℃,则图中电阻箱R的阻值应为 Ω。若要调高报警温度,电阻箱R的阻值需要调
(选填“大”或“小”)。
题组三 磁敏元件的分析与计算
5.(2022安徽安庆二中段考)如图所示,载流子为电子的霍尔元件样品置于磁场中,表面与磁场方向垂直,图中的1、2、3、4是霍尔元件上的四个接线端。当开关S1、S2闭合后,三个电表都有明显示数,下列说法正确的是 ( )
A.通过霍尔元件的磁场方向向下
B.接线端2的电势低于接线端4的电势
C.同时将电源E1、E2反向,电压表的示数将改变
D.若适当减小R1、增大R2,则电压表示数一定增大
6.(2023江西临川一中质量监测)如图所示,是霍尔元件的工作原理示意图。磁场垂直于霍尔元件的工作面向上,通入图示方向的电流I,C、D两侧面间会产生电势差,下列说法中正确的是 ( )
A.电势差的大小仅与磁感应强度有关
B.若霍尔元件的载流子是自由电子,则电势φC>φD
C.仅增大电流I时,电势差变大
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水平
第5章 传感器及其应用
第1节 常见传感器的工作原理
基础过关练
1.C 2.B 3.BC 4.C 5.A
1.C 传感器工作的一般流程为非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量,因此A、B、D错,C对。
2.B 因为多用电表选择开关置于欧姆挡,所以测量的是光敏电阻的阻值,光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小,开始时有光照射,光敏电阻的阻值较小,当用手掌挡住部分光线时,光敏电阻的阻值增大,因为多用电表测电阻时的零刻度线在表盘的右侧,所以多用电表测电阻时,阻值越大,指针张角越小,所以选项B正确。
3.BC 由题目中的现象可知钨丝的电阻随温度的升高而增大,随温度的降低而减小,利用该特性可以制成温度传感器,该传感器能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量,B、C对,A、D错。
4.C 将探头放在磁场中,可以测量磁场的强弱和方向,过程中磁信号转变为电信号,所以探头可能是霍尔元件,故选C。
5.A 霍尔效应形成的原因是带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用而定向移动。根据左手定则,金属导体中的自由电子受到向下的洛伦兹力作用,向导体的下表面N运动,则导体的上表面M带正电荷,所以φM>φN,故选A。
能力提升练
1.B 2.D 3.AB 5.AB 6.BC
1.B 光照逐渐减弱时,光敏电阻阻值增大,电路总电阻增大,总电流减小,内电压减小,外电压增大,A灯支路中电流增大,故A灯变亮;支路R0上的电流减小,R0两端的电压减小,又因为外电压增大,所以B灯两端电压增大,所以B灯变亮,故A错误。因为外电阻变大,根据η===1-,可知电源的效率变大,故B正确。因为内电压减小,所以电源内阻消耗的功率变小,故C错误。对于有电阻R0的支路,有ΔI0=ΔIB+ΔI1,其中ΔI0<0,ΔIB>0,所以|ΔI0|<|ΔI1|,故D错误。
2.D 由甲图可知,R1、R2串联,当有光照射时,光敏电阻R1的阻值较小,电路的总电阻较小,根据I=可知,电路中的电流较大,R2两端的电压较大;根据串联电路总电压等于各分电压之和可知,R1两端的电压较小,由图像知R1两端的电压较低时为U1=2 V,则U2=U-U1=6 V-2 V=4 V,电路中的电流为I==0.01 A,光敏电阻的阻值为R1==200 Ω,故A不正确;无光照射时,由图像可得U1'=4 V,U2'=U-U1'=6 V-4 V=2 V,所以有光照射和无光照射时保护电阻R2两端的电压之比U2∶U2'=2∶1,故B不正确;由于I'==0.005 A,此时光敏电阻的阻值为R1'==800 Ω,所以有光照射和无光照射时光敏电阻的阻值之比为R1∶R1'=200∶800=1∶4,故C不正确;由图像可知,每经过0.6 s,就有一个产品通过计数装置,则1 h通过S与R1之间的产品个数为n==6 000个,故D正确。
3.AB 当环境温度降低时,R2阻值变大,电路的总电阻变大,由I=知I变小,又U=E-Ir,电压表的读数增大,选项B正确;由P1=I2R1可知,R1消耗的功率P1变小,选项D错误;电容器两极板间的电压U2=U-U1,由U1=IR1可知U1变小,U2变大,由场强公式E'=知E'变大,由Q=CU2可知Q增大,选项A正确,C错误。
4.答案 (3)左 (4)0.54 (5)400 小
解析 (3)升高温控室的温度,热敏电阻阻值减小,要想仍保持毫安表的示数不变,需要减小RT两端电压,则需要将滑动变阻器的滑片向左移动。
(4)室温为20 ℃,由R-t图像可知热敏电阻阻值为2.8 kΩ,则毫安表的示数为I== A≈0.54 mA。
(5)根据串联电压与电阻成正比,可得=,环境温度为60 ℃时,RT=600 Ω,解得电阻箱的阻值应为R==×600 Ω=400 Ω。温度升高时,该热敏电阻阻值减小,根据串联电压与电阻成正比,若要调高报警温度,电阻箱R的阻值需要调小。
5.AB 由安培定则可判断出左侧线圈产生的磁场方向向上,经铁芯后在霍尔元件处的磁场方向向下, 故A正确;霍尔元件处的磁场方向向下,由左手定则可知,霍尔元件中的自由电子受到的洛伦兹力向右,电子偏向接线端2,则接线端2的电势低于接线端4的电势,故B正确;同时将电源E1、E2反向接入电路,磁场反向,电流反向,霍尔元件中电子受到的洛伦兹力不变,电压表的示数不变,故C错误;若适当减小R1,电流产生的磁场增强,通过霍尔元件的磁场增强,增大R2,流过霍尔元件的电流减弱,霍尔元件两端电压U=k可能减小,电压表示数可能减小,故D错误。
6.BC 根据C、D间存在电势差,可知C、D之间存在电场,电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡状态,设霍尔元件的长宽高分别为a、b、c,有=qvB,又由I=nqvS=nqvbc可得UCD=,n的值取决于材料,故UCD不仅与材料有关,还与厚度c成反比,同时还与磁感应强度B、电流I有关,A错误,C正确。根据左手定则,电子向D侧面偏转,D表面带负电,C表面带正电,所以C表面的电势高,则UCD>0,即有φC>φD,B正确。在测定地球赤道上方的地磁场强弱时,应将元件的工作面保持竖直,让磁场与霍尔元件工作面垂直,D错误。
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第5章 传感器及其应用
第1节 常见传感器的工作原理
基础过关练
题组一 传感器的工作原理
1.下列关于传感器工作的一般流程中正确的是 ( )
A.非电学量→敏感元件→转换电路→电学量→转换元件
B.电学量→敏感元件→转换电路→转换元件→非电学量
C.非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
D.非电学量→转换电路→转换元件→敏感元件→电学量
题组二 光敏电阻
2.如图所示,将一光敏电阻连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θ和θ'的关系
题组三 热敏电阻
3.(2022四川自贡期末)如图所示,在电路中接一段钨丝,闭合开关,灯泡正常发光,当用打火机给钨丝加热时灯泡亮度明显变暗,根据钨丝的上述特性,可用钨丝来制作一个温度传感器。下面说法中正确的是 ( )
A.该传感器利用了钨丝的化学性质
B.该传感器利用了钨丝电阻随温度变化而变化的特性
C.该传感器能够把热学量(温度)转换为电学量(电阻)
D.该传感器能够把电学量(电阻)转换为热学量(温度)
题组四 磁敏元件
4.(2022江苏常州期末)磁传感器是将磁信号转变为电信号的仪器。如图所示,将探头放在磁场中,可以很方便地测量磁场的强弱和方向,探头可能是 ( )
A.感应线圈 B.热敏电阻
C.霍尔元件 D.干簧管
5.如图所示,截面为矩形的金属导体放在磁场中,当导体中通有图示电流时,导体上、下表面的电势关系为 ( )
A.φM>φN
B.φM=φN
C.φM<φN
D.无法判断 能力提升练
题组一 光敏电阻的应用
1.(2023河南洛阳新安一中月考)某学校新装了一批节能路灯,如图甲所示,该路灯通过光控开关实现自动控制:电灯的亮度可自动随周围环境的亮度改变而改变。如图乙为其内部电路简化原理图,电源电动势为E,内阻为r,R1为光敏电阻(光照强度增加时,其电阻值减小)。当随着傍晚到来光照逐渐减弱时,下列判断正确的是 ( )
A.A灯变亮,B灯变暗
B.电源的效率变大
C.电源内阻消耗的功率变大
D.R1上电流的变化量等于R0上电流变化量
2.(2021四川雅安开学考试)如图甲是某生产流水线上的产品输送及计数装置示意图。其中S为激光源,R1为光敏电阻(有光照射时,阻值较小;无光照射时,阻值较大),R2为定值保护电阻,a、b间接“示波器”(示波器的接入对电路无影响),水平传送带匀速前进,每当传送带上的产品通过S与R1之间时,射向光敏电阻的光线会被产品挡住。若传送带上的产品为均匀正方体,示波器显示的电压随时间变化的关系如图乙所示。已知计数器电路中电源两极间的电压恒为6 V,保护电阻R2的阻值为400 Ω。则( )
A.有光照射时光敏电阻R1的阻值为800 Ω
B.有光照射和无光照射时保护电阻R2两端的电压之比为1∶2
C.有光照射和无光照射时光敏电阻的阻值之比为1∶2
D.每1 h通过S与R1之间的产品个数为6 000个
题组二 热敏电阻的应用
3.(2023天津八所重点学校联考)在温控电路中,通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制。如图所示电路,R1为定值电阻,R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小),C为电容器,当环境温度降低时 ( )
A.电容器C的带电荷量增大
B.电压表的示数增大
C.电容器C两极板间的电场强度减小
D.R1消耗的功率增大
4.(2023山东临沂期中)某同学利用伏安法描绘某热敏电阻阻值随温度的变化关系。所用器材:电源E(内阻不计)、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(可视为理想电表)。
(1)实验电路图如图甲所示;
甲
(2)实验时,将热敏电阻置于温度控制室中,记录不同温度下电压表和毫安表的示数,计算出相应的热敏电阻阻值。实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图乙所示。
乙
(3)在某次操作中,升高温控室的温度,要想仍保持毫安表的示数不变,需要将滑动变阻器的滑片向 移动。(选填“左”或“右”)
(4)将热敏电阻从温控室取出置于室温下,室温为20 ℃,把此热敏电阻、毫安表(可视为理想电表)和一节干电池(电动势为1.5 V,内阻不计)串联成闭合回路,毫安表的示数为 mA。(保留两位有效数字)
丙
(5)利用实验中的热敏电阻可以制作温度报警器,其电路的一部分如图丙所示。当丙图中热敏电阻的输出电压小于等于3 V时,便触发报警系统报警。若要求开始报警时环境温度为60 ℃,则图中电阻箱R的阻值应为 Ω。若要调高报警温度,电阻箱R的阻值需要调
(选填“大”或“小”)。
题组三 磁敏元件的分析与计算
5.(2022安徽安庆二中段考)如图所示,载流子为电子的霍尔元件样品置于磁场中,表面与磁场方向垂直,图中的1、2、3、4是霍尔元件上的四个接线端。当开关S1、S2闭合后,三个电表都有明显示数,下列说法正确的是 ( )
A.通过霍尔元件的磁场方向向下
B.接线端2的电势低于接线端4的电势
C.同时将电源E1、E2反向,电压表的示数将改变
D.若适当减小R1、增大R2,则电压表示数一定增大
6.(2023江西临川一中质量监测)如图所示,是霍尔元件的工作原理示意图。磁场垂直于霍尔元件的工作面向上,通入图示方向的电流I,C、D两侧面间会产生电势差,下列说法中正确的是 ( )
A.电势差的大小仅与磁感应强度有关
B.若霍尔元件的载流子是自由电子,则电势φC>φD
C.仅增大电流I时,电势差变大
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水平
第5章 传感器及其应用
第1节 常见传感器的工作原理
基础过关练
1.C 2.B 3.BC 4.C 5.A
1.C 传感器工作的一般流程为非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量,因此A、B、D错,C对。
2.B 因为多用电表选择开关置于欧姆挡,所以测量的是光敏电阻的阻值,光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小,开始时有光照射,光敏电阻的阻值较小,当用手掌挡住部分光线时,光敏电阻的阻值增大,因为多用电表测电阻时的零刻度线在表盘的右侧,所以多用电表测电阻时,阻值越大,指针张角越小,所以选项B正确。
3.BC 由题目中的现象可知钨丝的电阻随温度的升高而增大,随温度的降低而减小,利用该特性可以制成温度传感器,该传感器能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量,B、C对,A、D错。
4.C 将探头放在磁场中,可以测量磁场的强弱和方向,过程中磁信号转变为电信号,所以探头可能是霍尔元件,故选C。
5.A 霍尔效应形成的原因是带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用而定向移动。根据左手定则,金属导体中的自由电子受到向下的洛伦兹力作用,向导体的下表面N运动,则导体的上表面M带正电荷,所以φM>φN,故选A。
能力提升练
1.B 2.D 3.AB 5.AB 6.BC
1.B 光照逐渐减弱时,光敏电阻阻值增大,电路总电阻增大,总电流减小,内电压减小,外电压增大,A灯支路中电流增大,故A灯变亮;支路R0上的电流减小,R0两端的电压减小,又因为外电压增大,所以B灯两端电压增大,所以B灯变亮,故A错误。因为外电阻变大,根据η===1-,可知电源的效率变大,故B正确。因为内电压减小,所以电源内阻消耗的功率变小,故C错误。对于有电阻R0的支路,有ΔI0=ΔIB+ΔI1,其中ΔI0<0,ΔIB>0,所以|ΔI0|<|ΔI1|,故D错误。
2.D 由甲图可知,R1、R2串联,当有光照射时,光敏电阻R1的阻值较小,电路的总电阻较小,根据I=可知,电路中的电流较大,R2两端的电压较大;根据串联电路总电压等于各分电压之和可知,R1两端的电压较小,由图像知R1两端的电压较低时为U1=2 V,则U2=U-U1=6 V-2 V=4 V,电路中的电流为I==0.01 A,光敏电阻的阻值为R1==200 Ω,故A不正确;无光照射时,由图像可得U1'=4 V,U2'=U-U1'=6 V-4 V=2 V,所以有光照射和无光照射时保护电阻R2两端的电压之比U2∶U2'=2∶1,故B不正确;由于I'==0.005 A,此时光敏电阻的阻值为R1'==800 Ω,所以有光照射和无光照射时光敏电阻的阻值之比为R1∶R1'=200∶800=1∶4,故C不正确;由图像可知,每经过0.6 s,就有一个产品通过计数装置,则1 h通过S与R1之间的产品个数为n==6 000个,故D正确。
3.AB 当环境温度降低时,R2阻值变大,电路的总电阻变大,由I=知I变小,又U=E-Ir,电压表的读数增大,选项B正确;由P1=I2R1可知,R1消耗的功率P1变小,选项D错误;电容器两极板间的电压U2=U-U1,由U1=IR1可知U1变小,U2变大,由场强公式E'=知E'变大,由Q=CU2可知Q增大,选项A正确,C错误。
4.答案 (3)左 (4)0.54 (5)400 小
解析 (3)升高温控室的温度,热敏电阻阻值减小,要想仍保持毫安表的示数不变,需要减小RT两端电压,则需要将滑动变阻器的滑片向左移动。
(4)室温为20 ℃,由R-t图像可知热敏电阻阻值为2.8 kΩ,则毫安表的示数为I== A≈0.54 mA。
(5)根据串联电压与电阻成正比,可得=,环境温度为60 ℃时,RT=600 Ω,解得电阻箱的阻值应为R==×600 Ω=400 Ω。温度升高时,该热敏电阻阻值减小,根据串联电压与电阻成正比,若要调高报警温度,电阻箱R的阻值需要调小。
5.AB 由安培定则可判断出左侧线圈产生的磁场方向向上,经铁芯后在霍尔元件处的磁场方向向下, 故A正确;霍尔元件处的磁场方向向下,由左手定则可知,霍尔元件中的自由电子受到的洛伦兹力向右,电子偏向接线端2,则接线端2的电势低于接线端4的电势,故B正确;同时将电源E1、E2反向接入电路,磁场反向,电流反向,霍尔元件中电子受到的洛伦兹力不变,电压表的示数不变,故C错误;若适当减小R1,电流产生的磁场增强,通过霍尔元件的磁场增强,增大R2,流过霍尔元件的电流减弱,霍尔元件两端电压U=k可能减小,电压表示数可能减小,故D错误。
6.BC 根据C、D间存在电势差,可知C、D之间存在电场,电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡状态,设霍尔元件的长宽高分别为a、b、c,有=qvB,又由I=nqvS=nqvbc可得UCD=,n的值取决于材料,故UCD不仅与材料有关,还与厚度c成反比,同时还与磁感应强度B、电流I有关,A错误,C正确。根据左手定则,电子向D侧面偏转,D表面带负电,C表面带正电,所以C表面的电势高,则UCD>0,即有φC>φD,B正确。在测定地球赤道上方的地磁场强弱时,应将元件的工作面保持竖直,让磁场与霍尔元件工作面垂直,D错误。
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