高中物理人教版选修3-2作业 传感器及其工作原理 Word版含解析

一、单项选择题
1.如图所示，截面为矩形的金属导体，放在磁场中，当导体中通有电流时，导体的上、下表面的电势有什么关系(　　)
A．φM>φN　　　　　　 B．φM＝φN
C．φM<φN D．无法判断
解析　电势差是由电荷定向移动形成的，找出电荷定向移动原因是解答本题的关键．霍尔效应形成的原因是带电粒子在磁场中受到洛伦兹力的作用，做定向移动形成的，根据左手定则，电子受到向下的洛伦兹力作用，向N板运动，于是金属导体的上、下表面分别带上了正电荷和负电荷，所以φM>φN，故选A项．
答案　A
2.如图所示，Rt为半导体热敏电阻，其他电阻都是普通的电阻，当灯泡L的亮度变暗时，说明(　　)
A．环境温度变高 B．环境温度变低
C．环境温度不变 D．都有可能
解析　L变暗，说明该支路电流减小，电阻增大，Rt变大，说明温度变低，B项正确．
答案　B
3.(2016·海南自主招生)传感器是把非电学量(如高度、温度、压力等)的变化转换成电学量变化的一种元件，它在自动控制中有着广泛的应用．如图是一种测定液面高度的电容式传感器的示意图．金属棒与导电液体构成一个电容器，将金属棒和导电液体分别与直流电源的两极相连接，从电容C和导电液与金属棒间的电压U的变化就能反映液面的升降情况，即(　　)
①电源接通后，电容C减小，反映h减小．
②电源接通后，电容C减小，反映h增大．
③电源接通再断开后，电压U减小，反映h减小．
④电源接通再断开后，电压U减小，反映h增大．
以上判断正确的是(　　)
A．①③ B．①④
C．②③ D．②④
解析　此电容器的两个极板分别是金属棒与电解液，h增大表示电容器的正对面积增大，所以电容就增大，充电后断开，电量Q不变，h减小，C减小，而U＝，则U增大，故①正确，②错误，③错误，故④正确．
答案　B
4.如图所示的电路可将声音信号转换为电信号，该电路中右侧固定不动的金属板b与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜a构成一个电容器，a、b通过导线与恒定电源两极相接．若声源S做简谐运动，则(　　)
A．a振动过程中，a、b板间的电场强度不变
B．a振动过程中，a、b板所带电荷量不变
C．a振动过程中，灵敏电流计中始终有方向不变的电流
D．a向右的位移最大时，a、b所构成的电容器的电容量最大
解析　由于平行板电容器两极板与电池两极相连接，因此两极板间的电压U保持不变，根据场强E＝，C＝，可判断A项错误，D项正确；再由Q＝CU，可知B项错误；由于Q变化，使电容器出现充电、放电现象，显然电流计中电流方向不断变化，C项错误．
答案　D
5．关于各种材料的电阻率，下列说法正确的是(　　)
A．纯金属的电阻率较合金的电阻率小
B．把一根长导线截成两段，每段的电阻率是原来的
C．任何材料的电阻率在任何条件下都不可能为零
D．任何材料的电阻率都随温度的升高而增大
解析　电阻率跟导体的材料有关，是反映材料导电性能好坏的物理量，纯金属的电阻率小，合金的电阻率较大，绝缘体的电阻率最大，故A项正确；电阻率只与导体的材料、温度、膨胀系数有关，故B项错误；超导体是当其温度降低到接近绝对零度的某个临界温度时，它的电阻率突然减为零，故C项错误；某些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响，常用来制作标准电阻，故D项错误．
答案　A
6.如图所示，将一光敏电阻接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
解析　有光照射光敏电阻时，阻值小表针偏角θ较大，挡住部分光后，电阻变大，指针偏角变小，B项正确．
答案　B
7.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升降机运动状态的装置，其工作原理如图所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动过程的某一段时间内，发现电流表的示数I不变，且I大于升降机静止时电流表的示数I0，在这段时间内(　　)
A．升降机可能匀减速下降 　　 B．升降机一定匀减速下降
C．升降机可能匀加速下降 　　 D．升降机一定匀加速下降
解析　设升降机匀加速下降，则重力mg大于压力FN，即压力FN变小，压敏电阻阻值变大，R总增大，由I总＝，知I总变小，知U外＝E－I总r变大，电流表读数变大，升降机也可能匀减速上升，也可能匀加速下降，故A、B、D三项错误，C项正确．
答案　C
8.如图所示，R3是光敏电阻，当开关S闭合后在没有光照射时，a、b两点等电势，当用光照射电阻R3时，则(　　)
A．R3的电阻变小，a点电势高于b点电势
B．R3的电阻变小，a点电势低于b点电势
C．R3的电阻变大，a点电势高于b点电势
D．R3的电阻变大，a点电势低于b点电势
解析　当光照射R3时，R3阻值变小，R4分压变大，则a点电势将会升高，所以a点电势高于b点电势．
答案　A
9.如图所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED相距不变，下列说法正确的是(　　)
A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大
B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小
C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变
D．无论怎样移动触头P，L消耗的功率都不变
解析　滑动触头P向左移动时，使其电阻减小，流过发光二极管的电流增大，从而发光增强，使光敏电阻R阻值减小，最终达到增大通过灯泡电流的效果，使L消耗的功率增大，A项正确．
答案　A
二、不定项选择题
10.把定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件分别接入如图所示电路中A、B两点后，用黑纸包住元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是(　　)
A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻
B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻
C．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻
D．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻
解析　热敏电阻随温度的变化其阻值变化，定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度变化．光敏电阻其阻值随光照的变化而变化，定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照变化．
答案　AC
11.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．电压表的读数增大
C．电容器C两板间的电场强度减小 D．R1消耗的功率增大
解析　当环境温度降低时，R2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U增大，B项正确；又由U1＝IR1及P1＝I2R1可知U1变小，R1消耗的功率P1变小，D项错误；电容器两板间的电压U2＝U－U1，U2变大，由场强E′＝，Q＝CU2可知Q、E′都增大，故A项正确，C项错误．
答案　AB
三、计算及论述题
12.在原子反应堆中抽动液态金属或在医疗器械中抽动血液等导电液体时，常使用电磁泵．某种电磁泵的结构如图所示，把装有液态钠的矩形截面导管(导管是环形的，图中只画出其中一部分)水平放置于匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B，方向与导管垂直，让电流I按如图方向纵向穿过液态钠且电流方向与B垂直．设导管截面高为a，宽为b，导管有长为l的一部分置于磁场中，由于磁场对液态钠的作用力使液态钠获得驱动而不断沿管子向前推进．整个系统是完全密封的，只有金属钠本身在其中流动，其余的部件是固定不动的．
(1)假定在液态钠不流动的条件下，求导管横截面上由磁场驱动力所形成的附加压强p与上述各量的关系式；
(2)设液态钠中每个自由电荷所带电荷量为q，单位体积内参与导电的自由电荷数为n，求在横穿液态钠的电流I的方向上参与导电的自由电荷定向移动的平均速度.
解析　(1)由安培力计算公式可得液态钠所受磁场驱动力F＝BIa①
管道横截面积S＝ab②
由压强公式，垂直于导管横截面方向上磁场力产生的附加压强p＝③
由①②③式，得p＝
(2)由电流定义式I＝④
在时间t内通过的总电荷量Q＝nqblt⑤
由④⑤式，得参与导电的自由电荷定向移动的平均速率
＝.
答案　(1)p＝　(2)
13.如图所示，厚度为h、宽度为d的金属导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中，当电流通过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A′之间会产生电势差，这种现象称为霍尔效应．实验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为U＝，式中的比例系数k称为霍尔系数．
此现象可解释如下：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，从而形成横向电场．横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力，当静电力与洛伦兹力达到平衡时，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差．
设电流I是由电子的定向移动形成的，电子的平均定向移动速度为v、电荷量为e，回答下列问题：
(1)达到稳定状态时，导体板上侧面A的电势________(填“高于”“低于”或“等于”)下侧面A′的电势．
(2)电子所受洛伦兹力的大小为________．
(3)当导体板上下两侧面之间的电势差为U时，电子所受静电力的大小为________．
(4)由静电力和洛伦兹力平衡的条件，证明霍尔系数k＝，其中n代表导体板单位体积中电子的个数．
解析　(1)电子向左定向移动，由左手定则，知电子所受洛伦兹力向上，故上侧面A积聚电子，下侧面A′积聚正电荷，上侧面电势低于下侧面．
(2)洛伦兹力F＝evB.
(3)电子所受的静电力为eE＝e.
(4)电子受纵向静电力和洛伦兹力的作用，二力平衡，有
eE＝e＝evB，U＝hvB，
通过导体的电流I＝nev·d·h，
由U＝k，有hvB＝k·，
得k＝.
答案　(1)低于　(2)evB　(3)　(4)见解析