高考物理母题解读（十一）交变电流6传感器

1 高考母题解读高考母题解读 高考题千变万化 但万变不离其宗 千变万化的新颖高考题都可以看作是由母题衍生而来 研究母题 掌握母题解法 使学生触类旁通 举一反三 可使学生从题海中跳出来 轻松 备考 事半功倍 母题 6 传感器 方法归纳 传感器是能够把它感受到的力 温度 光 声 磁 化学等非电学量按照一 定规律转化为电压 电流等电学量 干簧管可以把感知的磁场转化为电流 光敏电阻可以 把光照转化为电阻 热敏电阻可以把温度转化为电学量 霍尔元件可以把磁感应强度转化 为电压这个电学量 话筒可以把声音转化为电流 典例 6 2011 江苏物理 美国科学家 Willard S Boyle 与 George E Snith 因电荷耦合器 件 CCD 的重要发明获得 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 针对训练题精选解析 1 2010 北京理综 利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器 广泛应用于测量和自动控 制等领域 如图 1 将一金属或半导体薄片垂直至于磁场 B 中 在薄片的两个侧面a b间通以电流 时 另外两侧c f间产生电势差 这一现象称霍尔效应 其原因是薄片中的移动电荷I 受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累 于是c f间建立起电场 同时产生霍尔电势差 当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时 和 达到稳定值 的大小与 I 和 B 以及霍尔元件厚度 d 之间满足关系式 其中比例系数 称为霍尔系数 HH IB UR d 仅与材料性质有关 1 设半导体薄片的宽度 c f间距 为 请写出 和 的关系式 若半导体材料l 是电子导电的 请判断图 中c f哪端的电势高 2 已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为 电子的电荷量为 请导出霍尔系 数RH的表达式 通过横截面积 的电流I nevS 其中v是导电电子定向移动的平均速率 2 3 图 2 是霍尔测速仪的示意图 将非磁性圆盘固定在转轴上 圆盘的周边等距离地嵌 装着 个永磁体 相邻永磁体的极性相反 霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近 当圆盘匀 速转动时 霍尔元件输出的电压脉冲信号图像如图 所示 若在时间 内 霍尔元件输出的脉冲数目为P 请导出圆盘转速 N 的表达式 利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程 除除此之外 请你展开 智慧的翅膀 提 出另一个实例或设想 2 2008 海南物理第 11 题 当光照射到光敏电阻上时 光敏电阻的阻值 填 变 大 不变 或 变小 半导体热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随 变化而 改变的特性制成的 答案 变小 温度 3 传感器是自动控制设备中不可缺少的元 件 图 5 是一种测定位移的电容式传感器 电路 电源电动势为 E 电路中电阻阻值为 R 在该电路中闭合一段时间后 使工件 电介质 缓慢向左移动 则在工件移动 的过程中 A 通过电流表 G 的电流方向由a至b B 通过电流表 G 的电流方向由b至 a C 通过电流表 G 的电流始终为零 D 电容器两极板之间的电压等于电源电动势 E 图 5 3 4 大型电子地磅实际是一将压力转化为电流的传感器 如图 6 所示为大型电子地磅电路图 电源电动势为 E 内阻不计 不称物体时 滑片 P 在 A 端 滑动变阻器接入电路的有效电 阻最大 电流较小 称重物时 在压力作用下使滑片 P 下滑 滑动变阻器有效电阻变小 电流变大 这样把电流对应的重量值刻在刻度盘上 就可以读出被称物体的重量值 若滑 动变阻器上 A B 间距离为 L 最大阻值等于电阻阻值 R0 已知两只弹簧的总弹力与形变量 成正比 比例系数为 k 所称重物的重量 G 与电流大小 I 的关系为 5 温度传感器广泛应用于室内空调 电冰箱 恒温箱等家用电器中 它是利用热敏电阻的 阻值随温度而变化的特性工作的 在图 7 甲中 电源的电动势 E 9 0V 内电阻可忽略不 计 G 为灵敏电流计 内阻保持不变 R 为热敏电阻 其电阻值与温度的变化关系如图 7 乙 的R t图线 闭合开关 当 R 的温度等于 20 时 电流表的示数为 2mA 当电流表的示数 为 3 6mA 时 热敏电阻 R 的温度是 A 35 B 60 C 90 D 120 图 7 甲 图 7 乙 4 6 如图 8 甲 所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器 光敏电阻R能接收到发光元 件A发出的光 每当工件挡住A发出的光 光传感器B就 输出一个电信号 并经信号处理器处理后在屏幕显示出电 信号与时间的关系 如图 8 乙 所示 若传送带保持匀 加速运动 每个工件均相对传送带静止 且相邻工件间距 依次为 5 10 15 20 单位 cm 则下述说法正确 的是 不计工件挡住的时间 A 工件加速度为 0 1m s2 B 工件加速度为 0 2m s2 C 当无光照射R时 光传感器就输出一次高电压 D 当无光照射R时 光传感器就输出一次低电压 7 某一电学黑箱内可能有电容器 电感线圈 定值电阻等元件 在接线柱间以 如图 10 甲所示的 Z 字形连接 两接线柱间只有一个元件 为了确定各元件种类 小华 同学把 DIS 计算机铺助实验系统中的电流传感器 相当于电流表 与一直流电源 滑动变 阻器 开关串联后 分别将 AB BC CD 接入电路 闭合开关 计算机显示的电流随时间变 化的图象分别如图 10 乙a b c所示 则下列说法错误的是 A AB 间是电感线圈 B AB 间是电容器 C CD 间是定值电阻 D BC 间是电感线圈 图 1 图 10 甲 图 10 乙 5 8 氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一 氧化碳浓度的检测 它的电阻随一氧化碳 浓度的变化而变化 在如图 11 甲所示的 电路中 不同的一氧化碳浓度对应着传感 器的不同电阻 这样 电压表的指针位置 就与一氧化碳浓度有了对应关系 观察电 压表指针就能判断一氧化碳浓度是否超 标 有一种氧化锡传感器 其技术资料中 给出的是电导 即电阻的倒数 一 CO 浓度 曲线 如图 11 乙所示 在下列表示一氧 化碳浓度 c 与电压表示数 U0之间关系的图 象中正确的是 D 答案 D 解析 由资料中给出的是电导 即电阻的倒数 一 CO 浓度曲线可知电导与 CO 浓度成正比 CO 浓度越大 传感器电阻越小 电路中电流越大 电压表示数越大 但是电压表示数与 CO 浓度不是成正比关系 所以正确选项是 D 图 11 甲 图 11 乙 6 9 图 12 甲是某同学设计的电容式速度传感器原理图 其中上板为固定极板 下板为待测物 体 在两极板间电压恒定的条件下 极板上所带电量Q将随待测物 体的上下运动而变化 若Q随时间 t 的变化关系为Q a b为大于零的常数 其图 b ta 象如图 12 乙所示 那么图 12 丙 图 12 丁中反映极板间场强大小E和物体速率v随t变化 的图线可能是 A 和 B 和 C 和 D 和 7 10 如图 a 匝数 n 630 匝 面积 S 0 2m2 总电阻 r 1 0 的线圈处在变化的磁场中 磁场的磁感应强度 B 随时间 t 按图 b 所示规律变化 方向垂直线圈平面 图 a 中传 感器可看成一个纯电阻 R 并标有 3V 0 9W 滑动变阻器 R0上标有 10 1A 1 设磁场垂直纸面向外为正方向 试判断通 过电流表的电流方向 2 若图 b 中 t0 80s 则图中电压表的读数 是多大 3 为了保证电路的安全 求电路中允许通过 的最大电流 4 若滑动变阻器触头置于最左端 为了保证电路的安全 图 b 中的 t0最小值是多少 11 2005上海物理第23题 一 水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动 在圆盘上沿半径开有一 条宽度为2mm的均匀狭缝 将激光器与传感器上下对准 使二者间连线与转轴平行 分别置 于圆盘的上下两侧 且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移动 激光器连续向下发射激光 束 在圆盘转动过程中 当狭缝经过激光器与传感器之间时 传感器接收到一个激光信号 并