2021年新课标版物理选修3-2练习：双基限时练12传感器及其工作原理.docx

双基限时练(十二)　传感器及其工作原理
1．关于传感器的下列说法正确的是(　　)
A．全部传感器的材料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
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，如金属氧化物就可以制成热敏电阻，故A选项错误，B选项正确；传感器不仅能感知电压的变化，也能感知力、温度、光、声等非电学量的变化，故C选项错误．
答案　B
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．干簧管是依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把握的
解析　干簧管在电路中起到开关的作用，故C选项正确，A选项错误；干簧管是感知磁场信息的元件，故B、D选项错误．
答案　C
3．在一些星级宾馆的洗手间经常装有自动干手机，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，是由于(　　)
A．转变温度 B．转变湿度
C．转变磁场 D．转变电容
解析　干手机是一个电容器，当手靠近时，手本身是导体， 电容器中放入导体后，转变了电容器的电容，从而传感器感知到这个变化，干手机开头工作，故选项D正确．
答案　D
4．如图所示为电阻R随温度T变化的图线．下列说法中错误的是(　　)

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对应的电阻材料化学稳定性好、测温范围大，但灵敏度低
D．图线2对应的电阻材料化学稳定性差、测温范围小、灵敏度高
解析　金属电阻的阻值随温度上升而增大，半导体材料的热敏电阻的阻值随温度的上升而减小，其变化规律均不成比例，所以A选项说法错误；选项B说法正确；由图可以看出，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，但灵敏度较高，故C、D选项说法正确．
答案　A
5．美国科学家Willard S·Boyle与George E·Smith因电荷耦合器件(CCD)的重要创造荣获2009年度诺贝尔物理学奖．CCD是将光学量转换成电学量的传感器．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　传感器是指能够感受诸如力、温度、光等非电学量，并把它们依据肯定的规律转换成电压、电流等电学量的元件，发光二极管是电学元件，是电能转化成光能的元件，不是传感器，选项A错误；干电池是电源，不是传感器，故选项D错误；热敏电阻、霍尔元件能把温度及磁感应强度转换成电学量是传感器，故选项B、C正确．
答案　BC
6．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所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置于热水中，观看欧姆表的示数，下列说法中正确的是(　　)

A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件肯定是热敏电阻
B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件肯定是定值电阻
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，这只元件肯定是光敏电阻
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，这只元件肯定是定值电阻
解析　热敏电阻的阻值随温度变化而变化，而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，故A、C选项正确．
答案　AC
7．如图所示，R3是光敏电阻，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(　　)

A．R3的电阻变小，a点电势高于b点电势
B．R3的电阻变小，a点电势低于b点电势
C．R3的电阻变大，a点电势高于b点电势
D．R3的电阻变大，a点电势低于b点电势
解析　光敏电阻R3被光照后电阻变小，所在支路电流增大，a点电势上升，故A选项正确．
答案　A
8．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，声音信号被话筒转换为电信号，其中导致电容变化的缘由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
解析　C＝，在声音信号转换为电信号过程中介电常数εr没变，正对面积S未变．振动膜前后振动，使振动膜上的金属层与金属板间的距离发生变化，从而将声音信号转换为电信号，故A选项正确．
答案　A
9．如图所示是观看电阻值随温度变化状况的示意图．现把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化状况正确的是(设水对电阻阻值的影响不计)(　　)

A．假如R为金属热电阻，读数变大，且变化格外明显
B．假如R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显
C．假如R为热敏电阻(用半导体材料制成)，读数变化格外明显
D．假如R为热敏电阻(用半导体材料制成)，读数变化不明显
解析　金属热电阻的阻值随温度的上升而增大，但灵敏度较差，而热敏电阻灵敏度较高，随温度的上升，电阻减小，故C选项正确．
答案　C
10．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．试验表明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为U＝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消灭多余的正电荷，从而形成横向电场．横向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，导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差．设电流I是由电子的定向流淌形成的，电子的平均定向速度为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________下侧面A′的电势(填“高于”“低于”或“等于”)．
(2)电子所受的洛伦兹力的大小为________．
(3)当导体板上下两侧之间的电势差为U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代表单位体积中电子的个数．
解析　(1)电子向左移动，由左手定则知，电子受洛伦兹力向上，故上侧面A聚积负电子，下侧面A′聚积正电荷，故上侧面电势低于下侧面；
(2)洛伦兹力F＝evB；
(3)电子受静电力eE＝e；
(4)电子受纵向静电力和洛伦兹力的作用，两力平衡，
有eE＝e＝evB.得U＝hvB.
通过导体的电流I＝nev·d·h.
由U＝k，有
hvB＝，
得k＝.
答案　(1)低于
(2)evB
(3)e
(4)见解析
11．热敏电阻是传感电路中常用的电子元件．现用伏安法争辩热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整．已知常温下待测热敏电阻的阻值约4 Ω～5 Ω.热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有肯定量的冷水，其他备用的仪表和器具有：盛有热水的热水瓶(图中未画出)、电源(3 V、内阻可忽视)、直流电流表(内阻约1 Ω)、直流电压表(内阻约5 kΩ)、滑动变阻器(0～20 Ω)、开关、导线若干．
(1)在虚线框中画出试验电路图，要求测量误差尽可能小．

(2)依据电路图，在如图所示的实物图上连线．

(3)简要写出完成接线后的主要试验步骤．
解析　(1)为获得更多的数据，应使电压从零开头，故应接受分压电路．由于待测热敏电阻阻值约4 Ω～5 Ω，故应接受电流表外接法，则电路图如图所示．

(2)按电路图连接实物图，如图所示．

(3)①往保温杯中加入一些热水，待温度稳定时读出温度计值；
②调整滑动变阻器，快速测出几组电流表和电压表的值；
③重复①②，测量不同温度下的数据；
④绘出各测量温度下热敏电阻的伏安特性曲线．
答案　见解析