高中物理选修3-2：第六章第一节传感器及其工作原理同步练习题含答案解析

河北省邢台市育才中学高中物理选修3-2：第六章第一节传感器及其工作原理同步练习题学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、多选题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2．光敏电阻自动计数器的示意图如图所示，图中虚线表示激光，圆柱体表示随为光敏电阻，R1为定值电阻，R2此光电计数器的基本工作原理是（）A．当光照射R1时，信号处理系统获得高电压B．当光照射R1时，信号处理系统获得低电压C．信号处理系统每获一次低电压就计数一次D．信号处理系统每获一次高电压就计数一次3．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，从而又可推出另一个物理量的值的变化，如图所示是四种电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用下列说法正确的是（）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二、单选题4．街道旁的路灯、江海里的航标灯都要求夜晚亮、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．霍尔效应5．如图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()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6．如图所示，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()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7．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变化为()A．h增大B．h减小C．h不变D．无法确定8．如图所示为测定压力的电容式传感器，将平行板电容器、灵敏电流表(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路，当压力F作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流表指针偏转，在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线推到图中实线位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)（）A．向右偏到某一刻度后回到零刻度B．向左偏到某一刻度后回到零刻度C．向右偏到某一刻度后不动D．向左偏到某一刻度后不动9．如图所示，3R是光敏电阻，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3R时，则（）A．3R的电阻变小，a点电势高于b点电势B．3R的电阻变小，a点电势低于b点电势C．3R的电阻变大，a点电势高于b点电势D．3R的电阻变大，a点电势低于b点电势三、解答题10．如图所示，有电流I流过长方体金属块，金属块宽度为d，高为b，有一磁感应强度为B的匀强磁场垂直于纸面向里，金属块单位体积内的自由电子数为n，试问金属块上、下表面哪面电势高？电势差是多少？11．如图所示，有的计算机键盘的每一个键下面都连一小块金属片，与该金属片隔有一定空隙的是另一块小的固定金属片，这两块金属片组成一个小电容器．该电容器的电容计算，式中常量e＝9×10－12F·m－1，S表示金属片的正对面积，d表示C可用公式C＝e Sd两金属片间的距离．当键被按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能检测出哪个键被按下了，从而给出相应的信号．设每个金属片的正对面积为50 mm2，键未按下时两金属片的距离为0.6 mm.如果电容变化了0.25 pF，电子线路恰能检测出必要的信号，则键至少要被按下多少mm?12．角速度计可测得航天器自转的角速度ω，其结构如图所示，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：(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．参考答案1．BCD【解析】标准电阻的电阻几乎不随温度的变化而变化，采用合金制造，A 错误；热敏电阻中有电阻随温度升高而降低的，是采用半导体材料制造，B 正确；光敏电阻的电阻随着光强的增加而减小，采用半导体制造，C 正确；可以采用半导体电阻制造简单的温度报警器，D 正确．2．BD【详解】AB. 当有光照射R 1时，R 1的电阻减小，则整个电路总电阻变小，电动势不变，则电流增大，则R 2两端的电压增大，所以R 1两端的电压减小，即信号处理系统获得低电压，故A 不符合题意，B 符合题意；CD. 当无光照射R 1时，R 1的电阻增大，则整个电路总电阻变大，电动势不变，则电流减小，则R 2两端的电压减小，所以R 1两端的电压增大，即信号处理系统获得高电压，则信号处理系统每获得一次高电压就计数一次，所以C 不符合题意，D 符合题意．3．ABC【详解】A ．从甲图可以看出，θ变化，能引起动片与定片正对面积变化，由4S C kdεπ=可知引起电容变化，由 Q C U =可知引起电信号变化，故甲图的传感器可以用来测量角度，故A 正确；B ．从乙图可以看出，液体深度h 变化，能引起正对面积变化，由4S C kdεπ=可知引起电容变化，由 Q C U =可知引起电信号变化，故乙图的传感器可以用来测量液面的高度，故B 正确；C ．从丙图可以看出，压力的变化，能引起两极间距离变化，由4S C kdεπ=可知引起电容变化，由Q C U= 可知引起电信号变化，故丙图的传感器可以用来测量压力，故C 正确；D ．从丁图可以看出，s 的变化，能引起介电常数的变化，由4S C kdεπ=可知引起电容变化，由 Q C U =可知引起电信号变化，故丁图的传感器可以用来测量距离x ，故D 错误．故选ABC ．4．B【解析】航标灯夜晚亮、白天熄，利用半导体在不同强度的光的照射下电阻不同的光敏特性实现了自动控制，故B 正确．5．C【详解】由于金属热电阻的化学稳定性较好，测温范围较大，因而其热灵敏性差一些；而由半导体材料制成的热敏电阻的电阻值感温灵敏度较高．对于杯中水的温度升高或降低，热敏电阻的阻值变化必然比金属热电阻阻值的变化要大．因此，若R 为金属热电阻时，欧姆表的示数会变大但并不明显(因为金属热电阻阻值会有较小的增大，电路中的电流会有较小的变小)，故A 、B 两选项错误．同理，若R 为热敏电阻，水升温时其阻值必有明显的变小，欧姆表的示数必有较明显的变化(即减小)，故C 选项正确而D 选项错误．6．B【解析】试题分析：由图可知，灯泡与R t 串联后与R 并联，再与另一个R 串联．要使灯泡变暗，应使流过灯泡的电流减小；则可分别由闭合电路欧姆定律分析各项，可得出正确答案． 当R t 的温度变高时，其电阻减小，所以外电路总电阻减小，总电流就增大，电源的内电压增大，路端电压减小，所以通过支路中R 的电流变小，而总电流增大，所以通过灯泡的电流增大，灯泡应变亮．相反，环境温度变低时，灯泡L 的亮度变暗，B 正确．7．A【解析】试题分析：导线芯和导电液体构成电容器的两极，导电液体的深度h 变化会影响两极正对面积的变化，根据电容的决定式C =εS 4πkd 进行分析． 根据电容的决定式C =εS 4πkd 知，电容增大时，其他量不变时，两极板正对面积增大，则知深度h 增大，A 正确．8．A【解析】压力F 作用时，极板间距d 变小，由4r S C kdεπ=，电容器电容C 变大，又根据Q ＝CU ，极板带电荷量变大，所以电容器应充电，灵敏电流计中产生由正接线柱流入的电流，所以指针将右偏，极板保持固定后，充电结束，指针回到零刻度思路分析：压力F 作用时，极板间距d 变小，由4r S C kdεπ=，电容器电容C 变大，又根据Q ＝CU ，极板带电荷量变大，所以电容器应充电，灵敏电流计中产生由正接线柱流入的电流，所以指针将右偏，极板保持固定后，充电结束，指针回到零刻度试题点评：本题考查了电容式传感器的工作原理9．A【解析】试题分析：R 3是光敏电阻，当用光线照射电阻R 3时，据光敏电阻的特点，其阻值变小，R3分得电压减小，R3左端为高电势，则a 点电势升高，a 点电势高于b 点电势，故选A 考点：考查串并联点评：本题难度较小，主要是看清楚串并联关系，判断出R3电压减小是关键10．(1)下表面（2）U =IB ned【解析】因为自由电荷为电子，故由左手定则可判定电子向上偏，则上表面聚集负电荷，下表面带等量的正电荷，故下表面电势高，设其稳定电压为U当运动电荷所受电场力与洛伦兹力平衡时q U b =qvB 又I =neSv =nev ·bd故U =IB ned11．Δd =0.15mm【解析】计算机键盘是一个电容传感器，由题意知是改变两极板间距改变电容，得到相应的电信号．又因两极板间距减小，电容变大，设原间距为d 0，当间距为d 时，电子线路恰能检测出必要的信号，则根据C =e S d ，有ΔC =eS(1d −1d 0)，得d =eSd 0ΔC⋅d 0+eS ，代入数据得d =9×10−12×50×10−6×0.6×10−30.25×10−12×0.6×10−3+9×10−12×50×10−6m =0.45×10－3m所以键至少要按下的距离Δd =d 0−d =0.15mm .12．（1）x =mωL 0(k−mω) （2）U =mω2L 0EL(k−mω) 【解析】试题分析：当系统在水平面内以角速度ω转动时，由弹簧的弹力提供元件A 的向心力，根据牛顿第二定律得到角速度ω与弹簧伸长的长度x 的关系式．根据串联电路电压与电阻成正比，得到电压U 与x 的关系式，再联立解得电压U 与ω的函数关系式．(1)由圆周运动规律知：kxmω2R =mω2(l 0＋x)，即kx −mω2x =mω2l 0，所以x =mω2l 0k−mω2.(2)由串联电路的规律知：U =x l E =mω2l 0El(k−mω2)。