高中物理巩固练习传感器原理及典型应用

【巩固练习】一、选择题1．霍尔元件能转换哪个物理量（）A．把温度这个热学量转换成电阻这个电学量B．把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量C．把力这个力学量转换成电压这个电学量D．把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量2．关于传感器的下列说法中正确的有（）A．所有传感器都是由半导体材料做成的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3．（2015延边州校级期中）在电梯门口放置一障碍物，会发现电梯门不停地开关，这是由于在电梯门上装有的传感器是（）A．光传感器B．温度传感器C．声音传感器D．压力传感器4．下列关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是（）A．应变片是由导体材料制成的B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小C．传感器输出的是应变片上的电压D．外力越大，输出的电压值也越大5．关于光敏电阻，下列说法正确的是（）A．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量B．硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子极少，导电性能不好C．硫化镉是一种半导体材料，无光照射时，载流子较多，导电性良好D．半导体材料硫化镉，随着光照的增强，载流子增多，导电性变好6．对热敏电阻，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7．在一些星级宾馆的洗手间经常装有自动于手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干。手靠近干手机能使传感器工作，是因为（）A．改变湿度B．改变温度C．改变磁场D．改变电容8．如图所示，将一光敏电阻接人多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时，表针自左向右的偏转角度为；现用手掌挡住部分光线，表针自左向右的偏为，则可判断（）A．B．C．D．不能确定9．如图所示是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两极，把这两极接入外电路，当外电路中的电流变化说明电容值增大时，则导电液体的深度h的变化为（）A．h增大B．h减小C．h不变D．无法确定10．(2016海淀区模拟)传感器是自动控制设备中不可缺少的元件；已经渗透到宇宙：开发，环境保护、交通运输以及家庭生活等各种领域，下图所示为几种电容式传感器，其中通过改变电容器两极间距而引起电容变化的是（）A．测位移B．测深度C．测压力D．测角度11．如图所示，铜板放入垂直向里的匀强磁场中（即磁场垂直ABCD平面向里），当铜板中有图示电流流过时，下列说法正确的是（）A．ABCD面的电势高于面的电势B．ABCD面的电势低于面的电势C．面的电势高于面的电势D．面的电势低于面的电势12．如图所示是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，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面极，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，导致话筒所在电路中的其他量发生变化，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可能是电容器两板间的（）A．距离变化B．正对面积变化C．介质变化D．电压变化13．唱卡拉OK用的话筒内有传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面黏接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号。下列说法中正确的是（）A．该传感器是根据电流的磁效应工作的B．该传感器是根据电磁感应原理工作的C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势14．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动过程中，电流表示数变化与时间t的关系如图乙所示，下列判断正确的是（）A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动二、填空题15．如图甲所示是一个霍尔元件，其大小仅为普通发光二极管的五分之一左右。霍尔元件是一个四端元件，其中AC端输入控制电流，BD端输出霍尔电压，可用多用电表的电压挡来检测。如图乙，将霍尔元件的BD端与多用电表的最灵敏的50μA电流挡相连（由于霍尔电压很小，把它直接加在电流表两端，通过测量电流的变化，就可以知道电压的变化。也可用数字多用电表直接测量霍尔电压），电源E（6V～12V）与可变电阻R（470Ω）串联后连到霍尔元件的AC端，用以输入控制电流，R的滑动端置于中间位置。将条形磁铁的磁极靠近霍尔元件H，观察多用电表指针读数的变化。保持霍尔元件H与条形磁铁磁极的相对位置不变，改变R的大小，再观察多用电表指针读数的变化。由此得出，霍尔电压与________有关。16．（2016武汉校级期中）传感器担负着信息采集的任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)，例如热传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，热敏电阻随温度变化的图线如图甲所示，图乙是用热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器原理图。则(1)为了使温度过高时报警器铃响，开关应接在________(填“a”或“b”)。(2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向________(填“左”或“右”)移动。17．（2015上海二模）如图所示是饮水器的自动控制电路。左边是一个在水温较低时对水加热的容器，内有密封绝缘的电热丝发热器和接触开关S1。只要有水浸没S1，它就会导通；水面低于S1时，不会加热。（1）Rx是一个热敏电阻，低温时呈现高电阻，右边P是一个（选填“与”、“或”、“非”）逻辑门，接在0~5V电源之间，图中J是一个继电器，可以控制发热器工作与否，Ry是一个可变电阻，低温时Rx应_______（选填“远大于”、“远小于”）Ry；（2）请阐述饮水机的自动加热原理。三、解答题18．在奥运会上，运动员参加蹦床项目的比赛。假设表演时运动员仅在竖直方向上运动，通过传感器将弹簧床面与运动员间的弹力随时间变化的规律在计算机上绘出如下图所示的曲线，当地的重力加速度g取10rn／s2，依据图象给出的信息，回答下列物理量能否求出，如能求出，写出必要的运算过程和最后结果。（1）运动员的重力；（2）运动员的最大加速度；（3）运动员跳起的最大高度。19．如图所示是一种自动控制水温的装置，加热电路的两端P、Q应接在触头a、b之间还是c、d之间？热敏电阻两端M、N应接在哪两个触头之间？20．某学生为了测量一个物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面受到的压力（比例系数为k），如图所示，测量时先调节输人端的电压，使转换器空载时的输出电压为0，而后在其受压面上放上物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U。现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池一个、开关及导线若干、待测物体（可置于力电转换器的受压面上）。请完成对该物体质量m的测量。（1）设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，画出完整的测量电路图。（2）简要说明测量步骤，求出比例系数|i}，并测出待测物体的质量m。（3）请设想实验中可能会出现的一个问题。【答案与解析】一、选择题1．【答案】B【解析】根据霍尔元件工作原理，载流子在洛伦兹力作用下漂移，形成霍尔电压，，所以它将磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量，故B正确。2．【答案】B【解析】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，所以选项A错误，B正确；传感器不但能感知电压的变化，还能感知力、温度、光、声、化学成分等非电学量的变化，所以选项C错误。3．【答案】D【解析】电梯门碰到人或者其他障碍物时，受到障碍物的作用力，所以电梯门上装有感知这个作用力的传感器即压力传感器。4．【答案】BD【解析】应变片多用半导体材料制成，故选项A错。当应变片拉伸时，其电阻变大，B对。传感器输出的是上、下两应变片上的电压差，并且随着外力的增大，输出的电压差值也就越大，故C错，D对。5．【答案】ABD【解析】硫化镉随着光照增强，载流子增多，导电性变好，由它做成的光敏电阻随着光照增强，电阻变小。6．【答案】AC【解析】热敏电阻随温度的升高其电阻值减小，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。7．【答案】D8．【答案】B9．【答案】A【解析】由题意知，导线芯和导电液体构成电容器的两极，类似于平行板电容器的两极，当液面高度发生变化时相当于两极正对面积发生变化，会引起电容的变化。与平行板电容器类比可得，导电液体的深度h增大时，导线芯和导电液体正对面积增大，电容器的电容值变大。故选项A正确。10．【答案】C【解析】A、这是可变电容器，通过改变电介质，来改变电容器的电容，故A错误；B、图示电容器的一个极板时金属芯线，另一个极板是导电液，故是通过改变电容器两极间正对面积而引起电容变化的，故B错误；C、是通过改变极板间的距离，改变电容器的电容，故C正确．D、图示电容器为可变电容器，通过转动动片改变正对面积，改变电容器的电容，故D错误；故选：C11．【答案】D【解析】铜板的载流子是自由电子，它在洛伦兹力作用下向偏。12．【答案】A【解析】本题考查声传感器的应用。这个声传感器可归到电容传感器中。由题意，对着话筒说话时，振动膜前后振动，则金属层和金属板间距离改变，即电容器两极板间距离改变，故导致电容变化的原因可能是电容器两极板间的距离变化，故正确答案为A。13．【答案】B【解析】膜片振动时，带动金属线圈运动，线圈中磁通量发生变化，产生感应电动势，进而产生感应电流。故正确答案为B。14．【答案】D【解析】在t1～t2内，I变大，阻值变小，压力变大，小车做变加速运动，A、B均错。在t2～t3内，I不变，压力不变，小车做匀加速直线运动，C错，D对。故正确答案为D。二、填空题15．【答案】输入电流【解析】改变R的大小会观察到，电流越大，霍尔电压越大，所以霍尔电压与AC端输入电流有关。16．【答案】(1)a(2)左【解析】温度升高时，热敏电阻阻值减小，图乙中通电螺线管的磁性增强，将与弹簧相连的金属导体向左吸引，要使报警器所在电路接通并报警的话，开关应接在a。要实现温度更高时，即热敏电阻阻值更小时才将报警器电路接通，应该将滑动变阻器连入电路的阻值调大，即P向左移动。17．【答案】（1）与；远大于（2）见解析【解析】（1）当水温较低和水浸没S1，两个条件同时满足时，QC之间才有高电压输出，发热器才会工作，故P应是与逻辑门。Rx是一个热敏电阻，低温时Rx应远大于Ry。（2）饮水机的自动加热原理是：当水温较低时，Rx阻值较大，A为高电势，且有水浸没S1，B也为高电势，则QC之间才有高电压输出，电磁继电器有电流通过，将吸动S2闭合，发热器工作。三、解答题18．【答案】（1）500N（2）40m／s2（3）5m【解析】本题中的隐含条件：由图中可知重力的大小、弹力的最大值以及运动员从离开蹦床到回蹦床经历的时间。（1）由图可知G=500N。（2）由图可知，运动员受到的最大弹力Fm=25