高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册2 常见传感器的工作原理及应用课时训练

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第五章传感器2.常见传感器的工作原理及应用课后篇素养形成必备知识基础练1.如图所示,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间距不变,闭合开关S后,下列说法中正确的是(　　)A.当滑片P向左移动时,L消耗的功率增大B.当滑片P向左移动时,L消耗的功率减小C.当滑片P向右移动时,L消耗的功率可能不变D.无论怎样移动滑片P,L消耗的功率都不变解析当滑片P向左移动时,使其电阻减小,则流过二极管的电流增大,从而发光增强,使光敏电阻R的阻值减小,通过灯泡L的电流增大,则L消耗的功率增大,A正确,B、D错误;当滑片P向右移动时,可分析出L消耗的功率变小,C错误。答案A2.(多选)电阻R随温度T变化的图线如图所示。下列说法中正确的是(　　)A.图线1是热敏电阻的图线,它是用金属材料制成的B.图线2是热敏电阻的图线,它是用半导体材料制成的C.图线1对应的材料化学稳定性好、测温范围大、灵敏度高D.图线2对应的材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高解析金属热电阻的阻值随温度升高而增大,半导体材料的热敏电阻的阻值随温度升高而减小,所以A错误,B正确;图线1对应的材料化学稳定性好但灵敏度低,图线2对应的材料化学稳定性差但灵敏度高,所以C错误,D正确。答案BD3.如图所示,R3是光敏电阻(光照时电阻变小),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.a点电势高于b点电势B.a点电势低于b点电势C.a点电势等于b点电势D.a点电势和b点电势的大小无法比较解析R3是光敏电阻,当有光照射时R3电阻变小,R3两端电压减小,故a点电势升高,因其他电阻的阻值不变,所以a点电势高于b点电势。答案A4.(多选)如图所示是利用硫化镉制成的光敏电阻自动计数的示意图,其中A是发光仪器,B是光敏电阻(光照增强时电阻变小),下列说法正确的是(　　)A.当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变小,电压表读数变小B.当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变大,电压表读数变大C.当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变小,电压表读数变小D.当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变大,电压表读数变大解析光敏电阻的阻值与光照强度有关,光照强度越大,光敏电阻阻值越小。当传送带上没有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻阻值变小,电路中电流变大,电源内阻上的电压变大,路端电压变小,所以电压表读数变小,选项A正确;相反,当传送带上有物品挡住由A射向B的光信号时,光敏电阻的阻值变大,电路中电流变小,电源内阻上的电压变小,路端电压变大,所以电压表读数变大,选项D正确。答案AD关键能力提升练5.如图所示,厚度为h、宽度为d的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UH、电流I和B的关系为UH=k,式中的比例系数k称为霍尔系数。霍尔效应可解释如下: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等量的正电荷,从而形成与磁场垂直的电场。与磁场垂直的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,导体板上下两侧面之间就会形成稳定的电势差。电流I是自由电子的定向移动形成的,电子的平均定向速率为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　　　　(选填“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UH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)电子向左做定向移动,由左手定则知电子受洛伦兹力的方向向上,故上侧面A积聚电子,下侧面A'积聚正电荷,上侧面的电势低于下侧面的电势。(2)F洛=evB。(3)F电=Ee=e。(4)当静电力和洛伦兹力平衡时:e=evB,UH=vBh又I=nevdh由UH=k,得k=。答案(1)低于　(2)evB　(3)e　(4)见解析6.在一次实验中,一块由霍尔材料制成的薄片宽lab=1.0×10-2 m、长lbc=4.0×10-2 m、厚h=1×10-3 m,水平放置在方向竖直向上的磁感应强度大小为B=1.5 T的匀强磁场中,bc方向通有I=3.0 A的电流,如图所示,沿薄片宽度产生1.0×10-5 V的横向电压。(1)假定载流子是电子,a、b两端中的哪端电势较高?(2)薄片上形成电流I的载流子定向运动的速率多大?(结果保留两位有效数字)解析(1)根据左手定则可确定a端电势高。(2)设电子沿电流反方向所在直线定向移动的速率为v,横向电压为Uab,横向电场强度为E,则静电力为F电=Ee=e,洛伦兹力F=evB,平衡时e=evB,得v==6.7×10-4m/s。答案(1)a端　(2)6.7×10-4 m/s7.用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度。该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器。用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2 kg的滑块,滑块可无摩擦滑动,两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上,其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出。现将装置沿运动方向固定在汽车上,传感器b在前,传感器a在后。汽车静止时,传感器a、b的示数均为10 N(g取10 m/s2)。(1)若传感器a的示数为14 N,b的示数为6 N,求此时汽车的加速度大小和方向。(2)当汽车以怎样的加速度运动时,传感器a的示数为零?解析(1)如图所示,依题意得左侧弹簧对滑块向右的推力F1=14N,右侧弹簧对滑块的向左的推力F2=6N,滑块所受合力产生加速度a1,根据牛顿第二定律有F1-F2=ma1可得a1=m/s2=4m/s2a1与F1同方向,即向前(向右)。(2)a传感器的读数恰为零,即左侧弹簧的弹力F1'=0,因两弹簧相同,左侧弹簧伸长多少,右侧弹簧就缩短多少,所以右侧弹簧的弹力变为F2'=20N。滑块所受合力产生加速度a2,由牛顿第二定律得F合=F2'=ma2可得a2==10m/s2,方向向左。答案(1)4 m/s2　方向向右　(2)以方向向左、大小为10 m/s2的加速度运动8.图甲为半导体材料做成的热敏电阻的阻值随温度变化的曲线,图乙为用此热敏电阻RT和继电器设计的温控电路,设继电器的线圈电阻为Rx=50 Ω,当继电器线圈中的电流Ic大于或等于20 mA时,继电器的衔铁被吸合。左侧电源电动势为6 V,内阻可不计,温度满足什么条件时,电路右侧的小灯泡会发光?解析热敏电阻与继电器串联,若使电流不小于Ic=20mA,则总电阻不大于R总==300Ω由于R总=RT+Rx,则RT不大于250Ω由甲图可看出,当RT=250Ω时,温度t=50℃,即温度不小于50℃时,电路右侧的小灯泡会发光。答案温度不小于50℃