高中物理人教版 (新课标)选修31 传感器及其工作原理习题
展开1.(2011年高考江苏物理卷)美国科学家Willard S.Boyle与George E.Smith因电荷耦合器件(CCD)的重要发明荣获2009年度诺贝尔物理学奖.CCD是将光学量转变成电学量的传感器.下列器件可作为传感器的有( )
A.发光二极管 B.热敏电阻
C.霍尔元件 D.干电池
解析:选BC.发光二极管有单向导电性,A错;热敏电阻和霍尔元件都可作为传感器,B、C对;干电池是电源,D错.
2.关于干簧管,下列说法正确的是( )
A.干簧管接入电路中相当于电阻的作用
B.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的
C.干簧管接入电路中相当于开关的作用
D.干簧管是作为电控元件以实现自动控制的
答案:C
3.有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件,将这三只元件分别接入如图6-1-11所示电路中的A、B两点后,用黑纸包住元件或者把元件置入热水中,观察欧姆表的示数,下列说法中正确的是( )
图6-1-11
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:选AC.热敏电阻的阻值随温度变化而变化,定值电阻和光敏电阻不随温度变化;光敏电阻的阻值随光照变化而变化,定值电阻和热敏电阻不随之变化.
4.如图6-1-12所示是电容式话筒的示意图,它是利用电容制作的传感器,话筒的振动膜前面有薄薄的金属层,膜后距膜几十微米处有一金属板,振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极,在两极间加一电压U,人对着话筒说话时,振动膜前后振动,使电容发生变化,使声音信号被话筒转化为电信号,其中导致电容变化的原因是电容器两板间的( )
图6-1-12
A.距离变化 B.正对面积变化
C.介质变化 D.电压变化
解析:选A.平行板电容器的电容C∝εrS/d,本题中的介质没有变化,正对面积也没有变化,引起电容变化的因素是板间距离d.
5.如图6-1-13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( )
图6-1-13
A.UM>UN B.UM=UN
C.UM<UN D.无法判断
解析:选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,则M板剩下正电荷,所以UM>UN.故选A.
一、选择题
1.利用半导体材料可以制成( )
A.标准电阻 B.热敏电阻
C.光敏电阻 D.温度报警器
答案:BCD
2.街旁的路灯,江海里的航标都要求在夜晚亮,白天熄,利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置,实现了自动控制,这是利用半导体的( )
A.压敏性 B.光敏性
C.热敏性 D.三种特性都利用
答案:B
3.如图6-1-14是观察电阻随温度变化情况的示意图.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正确的是( )
图6-1-14
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为热敏电阻(用半导体材料制作),读数变化非常明显
D.如果R为热敏电阻(用半导体材料制作),读数变化不明显
解析:选C.若为金属热电阻,温度升高后,电阻变大,读数变化不明显,A、B错误.若为热敏电阻,读数将明显变化,C对D错.
4.金属铂的电阻值对温度高低非常敏感,图6-1-15中可能表示金属铂电阻的U-I图线是( )
图6-1-15
解析:选B.金属铂导体的电阻对温度的变化很敏感,电阻随温度的升高而增大,在一定温度下其U-I图线是非线性的且图线的斜率越来越大,故B正确.
5.如图6-1-16所示为一测定液面高低的传感器示意图,A为固定的导体芯,B为导体芯外面的一层绝缘物质,C为导电液体,把传感器接到图示电路中,已知灵敏电流表指针偏转方向与电流方向相同.如果发现指针正向右偏转,则导电液体深度h的变化为( )
图6-1-16
A.正在增大 B.正在减小
C.不变 D.无法确定
解析:选B.由电源极性及电流方向可知,A、B构成的电容器上的电荷量减小,据C=,电容C在减小,可推知正对面积S减小,即h在减小.
6.如图6-1-17所示,由电源、小灯泡、金属电阻丝、开关组成的电路中,当闭合开关S后,小灯泡正常发光,若用酒精灯加热电阻丝时,发现小灯泡亮度变暗,发生这一现象的主要原因是( )
图6-1-17
A.小灯泡的电阻发生了变化
B.小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化
C.电阻丝的电阻率随温度发生了变化
D.电源的电压随温度发生了变化
解析:选C.温度升高,金属电阻丝电阻率增大,电阻增大,电路中电流减小,灯泡亮度减弱.
7.如图6-1-18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( )
图6-1-18
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:选B.当灯泡L的亮度变暗时,说明通过灯泡L的电流变小,Rt变大,只有环境温度变低,Rt才变大,所以选B.
8.如图6-1-19所示,R1为定值电阻,R2为负温度系数的热敏电阻,当温度降低时,电阻变大,L为小灯泡,当温度降低时( )
图6-1-19
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
解析:选C.R2与灯L并联后与R1串联,与电源构成闭合电路,当温度降低时,电阻R2增大,外电路电阻增大,电流表读数减小,灯L两端电压增大,灯泡亮度变强,R1两端电压减小,故C正确,其余各项均错.
9.如图6-1-20所示为光敏电阻自动计数器的示意图,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻.此光电计数器的基本工作原理是( )
图6-1-20
A.当有光照射R1时,信号处理系统获得高电压
B.当有光照射R1时,信号处理系统获得低电压
C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
解析:选AC.当光照射到光敏电阻R1上时,R1电阻减小,电路中电流增大,R2两端电压升高,信号处理系统得到高电压,计数器每由高电压转到低电压,就计一个数,从而达到自动计数目的,由以上分析选项A、C正确.
10.电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装置,由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素,当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化,从而又可推出另一物理量的值,如图6-1-21所示是四种电容式传感器的示意图,关于这四种传感器的作用,下列说法不正确的是( )
图6-1-21
A.甲图的传感器可以用来测量角度
B.乙图的传感器可以用来测量液面的高度
C.丙图的传感器可以用来测量压力
D.丁图的传感器可以用来测量速度
解析:选D.甲图角度变化能导致极板正对面积变化;乙图高度变化能导致极板正对面积变化;丙图F变化能导致极板间距变化;丁图物体位置变化导致电介质变化.所以,甲、乙、丙、丁分别是测角度、高度、压力、位移的物理量.
二、非选择题
11.按图6-1-22所示接好电路,合上S1、S2,发现小灯泡不亮,原因是________;用电吹风对热敏电阻吹一会儿热风,会发现小灯泡________,原因是________;停止吹风,会发现________;把热敏电阻放入冷水中会发现________.
图6-1-22
解析:依靠热敏电阻的性质进行分析,由于热敏电阻在常温时阻值较大,左侧电路电流较小,电磁铁磁性较弱吸不住衔铁;当用电吹风对热敏电阻加热使其阻值变小,电路中电流增大,电磁铁吸住衔铁,使右侧电路接通,小灯泡亮了;停止吹风后,小灯泡不会立即熄灭,因为热敏电阻温度仍然较高,当把热敏电阻放入冷水后,热敏电阻温度降低很快,阻值变大,故小灯泡熄灭.
答案:见解析
12.角速度计可测得航天器自转的角速度ω,其结构如图6-1-23所示,当系统绕OO′轴转动时,元件A在光滑杆上发生滑动,并输出电信号成为航天器的制导信号源.已知A质量为m,弹簧的劲度系数为k,原长为L0,电源电动势为E,内阻不计,滑动变阻器总长为L,电阻分布均匀,系统静止时滑动变阻器滑动触头P在中点,与固定接头Q正对,当系统以角速度ω转动时,求:
图6-1-23
(1)弹簧形变量x与ω的关系式.
(2)电压表的示数U与角速度ω的函数关系.
解析:当系统绕OO′轴转动时,A在光滑杆上发生滑动,使弹簧发生形变,触头P也随之移动.
(1)由牛顿第二定律有F=mω2R,R=L0+x,
即kx=mω2(L0+x),x=mω2L0/(k-mω2).
(2)电压表的示数U=E=.
答案:(1)x=mω2L0/(k-mω2) (2)U=
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