2019-2020学年人教版物理选修3-2 6.1传感器及其工作原理课时训练（Word版）（含解析）
文档属性
| 名称 | 2019-2020学年人教版物理选修3-2 6.1传感器及其工作原理课时训练（Word版）（含解析） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 105.5KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-05-01 22:06:23 | ||
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文档简介
2019-2020学年人教版物理选修3-2
6.1传感器及其工作原理课时训练
一、不定项选择题
1．关于传感器，下列说法正确的是( )
A．所有传感器的材料都是由半导体材料制成的
B．金属材料也可以制成传感器
C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的
D．以上说法都不正确
2．随着电子技术的发展，霍尔传感器被广泛应用在汽车的各个系统中。其中霍尔转速传感器在测量发动机转速时，情景简化如图甲所示，被测量转子的轮齿(具有磁性)每次经过霍尔元件时，都会使霍尔电压发生变化，传感器的内置电路会将霍尔电压调整放大，输出一个脉冲信号，霍尔元件的原理如图乙所示。下列说法正确的是( )
A．霍尔电压是由于元件中定向移动的载流子受到电场力作用发生偏转而产生的
B．若霍尔元件的前端电势比后端低，则元件中的载流子为负电荷
C．在其他条件不变的情况下，霍尔元件的厚度c越大，产生的霍尔电压越高
D．若转速表显示1 800 r/min，转子上齿数为150个，则霍尔传感器每分钟输出12个脉冲信号
3．[多选]对负温度系数的热敏电阻，正确的叙述是( )
A．受热后，电阻随温度的升高而迅速减小
B．受热后，电阻基本不变
C．热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度，反应快，而且精确度高
D．以上说法都不对
4.[多选]如图所示是某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻、R2为定值电阻，A、B接监控装置，则( )
A．当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压升高
B．当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压降低
C．当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
D．当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
5.如图所示是观察电阻值随温度变化情况示意图。现在把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况，下列说法正确的是( )
A．如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显
B．如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显
C．如果R为NTC热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变小，读数变化非常明显
D．如果R为NTC热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变小，读数变化不明显
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
7.如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时( )
A．R1两端的电压增大
B．电流表的示数增大
C．小灯泡的亮度变强
D．小灯泡的亮度变弱
8．[多选]霍尔元件的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高(可达1 MHz)，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及烟雾等的污染或腐蚀，所以得到了广泛的应用。如图甲是常见的两种霍尔元件，图乙为其工作的原理图。在霍尔元件中通以大小恒定的电流，方向由a向b，将一磁体靠近时，在c、f两端将会有一定的电势差，下列说法正确的是( )
A．磁场无论是什么方向，c、f两端都会有电势差
B．只要保持磁感应强度大小不变，无论怎样改变磁场的方向，c、f两端的电势差都不会发生变化
C．当磁感应强度大小不变时，c、f两端的电势差会随所加磁场方向的变化而变化
D．在加上某一方向的磁场后，如果c、f两端有电势差，其数值会随磁感应强度的增大而增大
9．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
10．如图(a)所示的电路中，电源为恒压电源，光敏电阻R2加上图(b)所示的光照时，R2两端的电压变化规律是选项图中的( )
二、非选择题
11.如图所示，小铅球P系在细金属丝下，悬挂在O点，开始时小铅球P沿竖直方向处于静止状态。当将小铅球P放入水平流动的水中时，球向左摆动一定的角度θ，水流速度越大，θ越大。为了测定水流对小球作用力的大小，在水平方向固定一根电阻丝BC，其长为L，它与金属丝接触良好，不计摩擦和金属丝的电阻，C端在O点正下方处，且OC＝h。图中还有电动势为E的电源(内阻不计)和一只电压表。请你连接一个电路，使得当水速增大时，电压表示数增大。
12．在第三次工业革命的今天，新材料的发现和运用尤为重要。我国某科研机构发现一种新型的半导体材料，目前已经知道这种半导体材料的载流子(参与导电的“带电粒子”)的电荷量的值是e(电子电荷量的绝对值)，但不知道它的电性和载流子的数密度n(单位体积中载流子的数量)。为了测定这种材料中的载流子是带正电还是带负电，以及载流子的数密度，科学家把这种材料先加工成一块长方体样品，这块样品的长、宽和厚度分别为a、b、d(如图所示)。现将这块样品接入电路中，且把靠外的平面标记为M，靠里的平面标记为N，然后在垂直于大平面的方向加上一个磁感应强度大小为B的匀强磁场，接通开关S，调节可变电阻R。使电路中产生合适的电流。然后用电压表判定M、N两个面的电势高低并测定M、N间的电压(也叫霍尔电压)，从而得到这种半导体材料载流子的电性和数密度。
(1)当M的电势比N的电势低时，材料中的载流子带________(填“正”或“负”)电；
(2)为了测定载流子的数密度n，除题目中已给出的数据外，还需要测定的物理量有________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(写出物理量的含义并设定相应的符号)。
(3)根据题设条件和你测定的物理量，写出载流子的数密度的表达式n＝________。
2019-2020学年人教版物理选修3-2
6.1传感器及其工作原理课时训练参考答案
1、解析：选B 半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计，所以A错误，B正确；传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量，所以C错误。
2、解析：选B 载流子受磁场力而偏转，故A错误；由左手定则可判断出载流子受力向前端偏转，若前端电势变低，意味着载流子带负电，故B正确；霍尔电压UH＝，c越大，UH越小，故C错误；每个轮齿经过，都会引发一次脉冲，则每分钟脉冲数量为270 000个，故D错误。
3、解析：选AC 负温度系数的热敏电阻随温度的升高其电阻减小，热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度，反应快，而且精确度高，A、C正确，B、D错误。
4、解析：选BC R1是光敏电阻，当有人通过而遮住光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B间的电压U＝IR2减小，故A项错误，B项正确；由闭合电路欧姆定律得U＝E－I(R1＋r)，当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B间的电压U增大，故C项正确；当减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压U减小，故D项错误。
5、解析：选C 如图所示，②是NTC热敏电阻的温度特性曲线，根据曲线的特点可以看出，当热敏电阻温度升高时，其电阻急剧减小；①是金属热电阻的温度特性曲线，其电阻的大小随温度均匀变化；故当R为金属热电阻时，水的温度升高，电阻的阻值变大，欧姆表的示数会变大。但由于热传导需要时间，故其电阻变化不灵敏，A、B错误；若电阻为NTC热敏电阻，其阻值随着温度的升高会迅速减小，欧姆表的示数也会迅速减小，C正确，D错误。
/6、解析：选B 光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，用手掌挡住部分光线，阻值变大，指针自左向右偏转角度变小，B正确。
7、解析：选C R2与小灯泡并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻R2的阻值增大，外电路电阻增大，电流表示数变小，R1两端电压减小，小灯泡两端电压增大，小灯泡亮度变强，故C正确，A、B、D错误。
8、解析：选CD 霍尔元件的工作原理是磁场对运动电荷会产生力的作用，但当电荷运动的方向与磁场方向平行时，就不会受到磁场力的作用，c、f两端就不会产生电势差，选项A、B错误，C正确；当有磁场时，如果c、f两端产生电势差，由UH＝k可得，电势差的数值会随磁感应强度的增大而增大，选项D正确。
9、解析：选D 由题图甲可知，R1、R2串联，由光敏电阻有光照射时阻值较小可知，当有光照射时，R1的阻值变小，电路的总电阻变小；根据I＝可知，电路中的电流变大；根据U＝IR可知，R2两端的电压变大；根据串联电路总电压等于各分电压之和可知，R1两端的电压变小，即R1两端的电压较低，由题图乙知R1两端的电压U1＝2 V，则U2＝U－U1＝6 V－2 V＝4 V，电路中的电流I＝＝＝0.01 A，光敏电阻的阻值R1＝＝＝200 Ω，故A错误；无光照射时，由题图乙可得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′＝4 V∶2 V＝2∶1，故B错误；I′＝＝＝0.005 A，此时电阻R1′的阻值：R1′＝＝＝800 Ω，所以，有光照射和无光照射时光敏电阻的阻值之比R1∶R1′＝200 Ω∶800 Ω＝1∶4，故C错误；由题图乙可知，每经过0.6 s，就有一个产品通过计数装置，n＝＝6 000个，故D正确。
10、解析：选B 光敏电阻随光照的增强电阻减小，电路中电流增大，电阻R1两端电压增大，R2两端电压减小，但不能减小到零。故选项B正确。
11、解析：电路图如图所示。
设CD＝x，P球平衡时，由平衡条件可得tan θ＝＝ ①
根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律可得
I＝＝ ②
根据电阻定律可得RL＝ρ ③
Rx＝ρ ④
由①②③④式可得U＝，
因为水流速度越大，θ越大，所以U越大。
12、解析：(1)M的电势比N的电势低，说明N极板带正电荷，结合左手定则可知，载流子带负电，导致M极板带负电。
(2)(3)载流子的洛伦兹力与电场力平衡，即：F洛＝F电
evB＝e
故U＝Bbv；
根据电流的微观表达式，有：I＝nebdv
联立解得n＝。
根据电阻定律，结合闭合电路欧姆定律，确定洛伦兹力与电场力的关系，还要测量MN间的电压U与通过的电流I。
6.1传感器及其工作原理课时训练
一、不定项选择题
1．关于传感器，下列说法正确的是( )
A．所有传感器的材料都是由半导体材料制成的
B．金属材料也可以制成传感器
C．传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的
D．以上说法都不正确
2．随着电子技术的发展，霍尔传感器被广泛应用在汽车的各个系统中。其中霍尔转速传感器在测量发动机转速时，情景简化如图甲所示，被测量转子的轮齿(具有磁性)每次经过霍尔元件时，都会使霍尔电压发生变化，传感器的内置电路会将霍尔电压调整放大，输出一个脉冲信号，霍尔元件的原理如图乙所示。下列说法正确的是( )
A．霍尔电压是由于元件中定向移动的载流子受到电场力作用发生偏转而产生的
B．若霍尔元件的前端电势比后端低，则元件中的载流子为负电荷
C．在其他条件不变的情况下，霍尔元件的厚度c越大，产生的霍尔电压越高
D．若转速表显示1 800 r/min，转子上齿数为150个，则霍尔传感器每分钟输出12个脉冲信号
3．[多选]对负温度系数的热敏电阻，正确的叙述是( )
A．受热后，电阻随温度的升高而迅速减小
B．受热后，电阻基本不变
C．热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度，反应快，而且精确度高
D．以上说法都不对
4.[多选]如图所示是某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻、R2为定值电阻，A、B接监控装置，则( )
A．当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压升高
B．当有人通过而遮住光线时，A、B之间电压降低
C．当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
D．当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
5.如图所示是观察电阻值随温度变化情况示意图。现在把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况，下列说法正确的是( )
A．如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显
B．如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显
C．如果R为NTC热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变小，读数变化非常明显
D．如果R为NTC热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变小，读数变化不明显
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
7.如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时( )
A．R1两端的电压增大
B．电流表的示数增大
C．小灯泡的亮度变强
D．小灯泡的亮度变弱
8．[多选]霍尔元件的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高(可达1 MHz)，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及烟雾等的污染或腐蚀，所以得到了广泛的应用。如图甲是常见的两种霍尔元件，图乙为其工作的原理图。在霍尔元件中通以大小恒定的电流，方向由a向b，将一磁体靠近时，在c、f两端将会有一定的电势差，下列说法正确的是( )
A．磁场无论是什么方向，c、f两端都会有电势差
B．只要保持磁感应强度大小不变，无论怎样改变磁场的方向，c、f两端的电势差都不会发生变化
C．当磁感应强度大小不变时，c、f两端的电势差会随所加磁场方向的变化而变化
D．在加上某一方向的磁场后，如果c、f两端有电势差，其数值会随磁感应强度的增大而增大
9．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
10．如图(a)所示的电路中，电源为恒压电源，光敏电阻R2加上图(b)所示的光照时，R2两端的电压变化规律是选项图中的( )
二、非选择题
11.如图所示，小铅球P系在细金属丝下，悬挂在O点，开始时小铅球P沿竖直方向处于静止状态。当将小铅球P放入水平流动的水中时，球向左摆动一定的角度θ，水流速度越大，θ越大。为了测定水流对小球作用力的大小，在水平方向固定一根电阻丝BC，其长为L，它与金属丝接触良好，不计摩擦和金属丝的电阻，C端在O点正下方处，且OC＝h。图中还有电动势为E的电源(内阻不计)和一只电压表。请你连接一个电路，使得当水速增大时，电压表示数增大。
12．在第三次工业革命的今天，新材料的发现和运用尤为重要。我国某科研机构发现一种新型的半导体材料，目前已经知道这种半导体材料的载流子(参与导电的“带电粒子”)的电荷量的值是e(电子电荷量的绝对值)，但不知道它的电性和载流子的数密度n(单位体积中载流子的数量)。为了测定这种材料中的载流子是带正电还是带负电，以及载流子的数密度，科学家把这种材料先加工成一块长方体样品，这块样品的长、宽和厚度分别为a、b、d(如图所示)。现将这块样品接入电路中，且把靠外的平面标记为M，靠里的平面标记为N，然后在垂直于大平面的方向加上一个磁感应强度大小为B的匀强磁场，接通开关S，调节可变电阻R。使电路中产生合适的电流。然后用电压表判定M、N两个面的电势高低并测定M、N间的电压(也叫霍尔电压)，从而得到这种半导体材料载流子的电性和数密度。
(1)当M的电势比N的电势低时，材料中的载流子带________(填“正”或“负”)电；
(2)为了测定载流子的数密度n，除题目中已给出的数据外，还需要测定的物理量有________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(写出物理量的含义并设定相应的符号)。
(3)根据题设条件和你测定的物理量，写出载流子的数密度的表达式n＝________。
2019-2020学年人教版物理选修3-2
6.1传感器及其工作原理课时训练参考答案
1、解析：选B 半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计，所以A错误，B正确；传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量，所以C错误。
2、解析：选B 载流子受磁场力而偏转，故A错误；由左手定则可判断出载流子受力向前端偏转，若前端电势变低，意味着载流子带负电，故B正确；霍尔电压UH＝，c越大，UH越小，故C错误；每个轮齿经过，都会引发一次脉冲，则每分钟脉冲数量为270 000个，故D错误。
3、解析：选AC 负温度系数的热敏电阻随温度的升高其电阻减小，热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度，反应快，而且精确度高，A、C正确，B、D错误。
4、解析：选BC R1是光敏电阻，当有人通过而遮住光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B间的电压U＝IR2减小，故A项错误，B项正确；由闭合电路欧姆定律得U＝E－I(R1＋r)，当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B间的电压U增大，故C项正确；当减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压U减小，故D项错误。
5、解析：选C 如图所示，②是NTC热敏电阻的温度特性曲线，根据曲线的特点可以看出，当热敏电阻温度升高时，其电阻急剧减小；①是金属热电阻的温度特性曲线，其电阻的大小随温度均匀变化；故当R为金属热电阻时，水的温度升高，电阻的阻值变大，欧姆表的示数会变大。但由于热传导需要时间，故其电阻变化不灵敏，A、B错误；若电阻为NTC热敏电阻，其阻值随着温度的升高会迅速减小，欧姆表的示数也会迅速减小，C正确，D错误。
/6、解析：选B 光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，用手掌挡住部分光线，阻值变大，指针自左向右偏转角度变小，B正确。
7、解析：选C R2与小灯泡并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻R2的阻值增大，外电路电阻增大，电流表示数变小，R1两端电压减小，小灯泡两端电压增大，小灯泡亮度变强，故C正确，A、B、D错误。
8、解析：选CD 霍尔元件的工作原理是磁场对运动电荷会产生力的作用，但当电荷运动的方向与磁场方向平行时，就不会受到磁场力的作用，c、f两端就不会产生电势差，选项A、B错误，C正确；当有磁场时，如果c、f两端产生电势差，由UH＝k可得，电势差的数值会随磁感应强度的增大而增大，选项D正确。
9、解析：选D 由题图甲可知，R1、R2串联，由光敏电阻有光照射时阻值较小可知，当有光照射时，R1的阻值变小，电路的总电阻变小；根据I＝可知，电路中的电流变大；根据U＝IR可知，R2两端的电压变大；根据串联电路总电压等于各分电压之和可知，R1两端的电压变小，即R1两端的电压较低，由题图乙知R1两端的电压U1＝2 V，则U2＝U－U1＝6 V－2 V＝4 V，电路中的电流I＝＝＝0.01 A，光敏电阻的阻值R1＝＝＝200 Ω，故A错误；无光照射时，由题图乙可得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′＝4 V∶2 V＝2∶1，故B错误；I′＝＝＝0.005 A，此时电阻R1′的阻值：R1′＝＝＝800 Ω，所以，有光照射和无光照射时光敏电阻的阻值之比R1∶R1′＝200 Ω∶800 Ω＝1∶4，故C错误；由题图乙可知，每经过0.6 s，就有一个产品通过计数装置，n＝＝6 000个，故D正确。
10、解析：选B 光敏电阻随光照的增强电阻减小，电路中电流增大，电阻R1两端电压增大，R2两端电压减小，但不能减小到零。故选项B正确。
11、解析：电路图如图所示。
设CD＝x，P球平衡时，由平衡条件可得tan θ＝＝ ①
根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律可得
I＝＝ ②
根据电阻定律可得RL＝ρ ③
Rx＝ρ ④
由①②③④式可得U＝，
因为水流速度越大，θ越大，所以U越大。
12、解析：(1)M的电势比N的电势低，说明N极板带正电荷，结合左手定则可知，载流子带负电，导致M极板带负电。
(2)(3)载流子的洛伦兹力与电场力平衡，即：F洛＝F电
evB＝e
故U＝Bbv；
根据电流的微观表达式，有：I＝nebdv
联立解得n＝。
根据电阻定律，结合闭合电路欧姆定律，确定洛伦兹力与电场力的关系，还要测量MN间的电压U与通过的电流I。