第5章 第1节 常见传感器的工作原理-【高中必刷题】2024-2025学年新教材高中物理选择性必修第二册同步课件（鲁科版2019）

物理 选择性必修 第二册 LK 1 1 第1节 常见传感器的工作原理 刷基础 2 1.[浙江宁波北仑中学2024高二上期中] 下列关于传感器元件说法正确的是( ) D A.如图甲，当磁体靠近干簧管时，干簧管能起到开关的作 用是由于电磁感应 B.如图乙是一种电感式微小位移传感器，物体1连接软铁芯 2插在空心线圈3中，当物体1向右发生微小位移时，线圈自 感系数变大 C.如图丙是一光敏电阻，当强光照射时，电阻变大 D.如图丁，力 越大，金属梁弯曲形变越大，应变片的电阻 变化就越大 题型1 传感器的原理 3 解析 干簧管是一种能够感知磁场的传感器，当外部有磁场靠近时，两个簧片被磁化后吸合到一 起，开关导通；当外部磁场远离时，簧片逐渐退磁断开，开关断开，经常被用于控制电路的通断， A错误.当物体1向右发生微小位移时，铁芯插入空心线圈的长度变小，线圈自感系数变小，B错误. 当有强光照射时，光敏电阻阻值变小，C错误.力 越大，金属梁弯曲形变越大，应变片的电阻变 化就越大，D正确. 题型1 传感器的原理 4 【注意说明】解决传感器类问题，要注意传感器感受到的是哪种物理量，还要注意敏感元件输出 的是哪种物理量信号. 题型1 传感器的原理 5 2.（多选）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粘接一个 轻小的金属线圈，线圈处于永久磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为 电信号，下列说法正确的是( ) BC 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断变化 D.膜片振动时，金属线圈中产生的感应电动势保持不变 题型1 传感器的原理 6 解析 膜片前后振动时，线圈在永久磁体中振动，穿过金属线圈的磁通量不断变化，产生感应电 流，则该传感器是根据电磁感应原理工作的，选项A错误，B、C正确；膜片振动时，随声音的强 弱变化，膜片振动的幅度不断变化，则金属线圈中产生的感应电动势是变化的，选项D错误. 题型1 传感器的原理 7 3.[吉林长春外国语学校2023高二下期中] 如图甲所示为电磁继电器自动双向开关，当 中通入 的电流较小时，电磁铁磁性弱，与接线柱接通；当中通入的电流增大到一定数值时，与 接线柱接通.图乙为应用电磁继电器和光敏电阻实现路灯自动开关的电路图，虚线框内为接入电磁 继电器时的简化电路、两接线柱分别与电磁继电器中接线柱或连接，与相连 为光敏 电阻，为可调电阻，为保护电阻.开关闭合，在光线暗时对路灯供电，光线亮时对路灯 断 电并同时接通 .下列说法中正确的是( ) 甲 乙 题型2 含光敏电阻的电路分析 8 A.光敏电阻阻值随光照强度增大而增大 B.为使电路正常工作，图甲中电磁继电器的接线柱应与图乙中 接线柱连接 C.为实现节能环保，光线更暗时对路灯自动供电，可将 的阻值调小 D.当 出现断路故障时，电磁继电器将不能正常工作 √ 题型2 含光敏电阻的电路分析 9 解析 光敏电阻的特性是阻值随光照强度增大而减小，光线较暗时，光敏电阻阻值较大，流过 的电流较小，则题图甲中接通，由题意可知光线暗时对路灯供电，则题图乙中 接通，其 中接B,则A接，故A、B错误；电磁铁的磁性与电流的大小有关，电流小到一定值， 接通， 光线更暗时，光敏电阻的阻值更大，根据，可知流入 的电流将变小，要实现光线 更暗时对路灯自动供电，需使流入的电流更小，可将的阻值调小，故C正确；当 出现断 路故障时，不影响电磁继电器部分的电路，仍可以正常工作，故D错误. 题型2 含光敏电阻的电路分析 10 4.（多选）如图甲所示的电路中，理想变压器原、副线圈匝数比为 ，图中电表均为理想电 表，、 和D分别是光敏电阻（其阻值随光强增大而减小）、电感线圈和灯泡.原线圈接入如图乙 所示的正弦式交流电，电压为 ，下列说法正确的是( ) ACD 甲 乙 A.交流电的频率为 B.电压表的示数为 C.有光照射时，电流表的示数变大 D.抽出 中的铁芯，灯泡D变亮 题型2 含光敏电阻的电路分析 11 解析 由题图乙可知，所以频率 ，故A正确；电压表测副线圈两端电压， 原线圈接入电压的最大值是，所以原线圈接入电压的有效值 ，理想变压器原、 副线圈匝数比为，所以副线圈两端电压的有效值为，即电压表的示数为 ，故B错误； 有光照射时， 的阻值减小，副线圈所在电路电流增大，副线圈输出功率增大，所以原线圈输 入功率增大，原线圈所在电路电流增大，电流表的示数变大，故C正确；抽出 中的铁芯，电感线 圈的自感系数减小，电感线圈对交变电流的阻碍减小，所以灯泡D变亮，故D正确. 题型2 含光敏电阻的电路分析 12 5.[河北衡水二中2024高二上月考] （多选）霍尔式位移传感器的 测量原理如图所示，有一个沿 轴正方向且均匀变化的匀强磁场， 磁感应强度、均为常数 .将霍尔元件固定在物体上， 保持通过霍尔元件的电流不变（方向沿轴正方向），当物体沿 轴正方向平移时，由于位置不同，霍尔元件在 轴方向的上、下表 面的电势差 也不同.则( ) AB A.磁感应强度越大，上、下表面间的电势差 越大 B.越大，传感器灵敏度 越高 C.若图中霍尔元件是电子导电，则下表面电势高 D.电流越大，上、下表面间的电势差 越小 题型3 霍尔元件的工作原理 13 解析 若霍尔元件中移动的是自由电子，自由电子受到洛伦兹力发生偏转，根据左手定则可判断 上、下两表面分别带上正、负电荷，从而形成电势差，最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处 于平衡状态,故下表面电势低，故C错误；设霍尔元件的长、宽、高分别为、、，有 ， 电流的微观表达式为，代入得，所以B越大，上、下表面间的电势差 越大，电流越大，上、下表面间的电势差越大，故A正确，D错误；把代入 可得，可知越大，越大，即传感器灵敏度 越高，故B正确. 题型3 霍尔元件的工作原理 14 【关键点拨】解答本题的关键是用左手定则判断电子所受的洛伦兹力方向，知道上、下表面间电 势差的求解方法. 题型3 霍尔元件的工作原理 15 6.电动自行车是一种应用广泛的交通工具，其速度控制是通过转动右把手实现的，这种转动把手 称为“霍尔转把”，属于传感器非接触控制.转把内部有永久磁铁和霍尔器件等，截面如图甲.开 启电源时，在霍尔器件的上、下表面之间加一定的电压，形成电流，如图乙.随着把手的转动，其 内部的永久磁铁也跟着转动，霍尔器件能输出控制车速的电压，已知霍尔电压与车速关系如图丙. 以下关于“霍尔转把”的说法正确的是( ) B A.为提高控制的灵敏度，永久磁铁的上、下端分别为、 极 B.按图甲顺时针转动电动自行车的右把手，车速将变快 C.图乙中从霍尔器件的左、右侧面输出控制车速的霍尔电压 D.若霍尔器件的上、下面之间所加电压正负极性对调，将影响 车速控制 题型3 霍尔元件的工作原理 16 解析 由于在霍尔器件的上、下表面之间加一定的电压，形成电流，当永久磁铁的上、下端分别 为、 极时，在霍尔器件内磁场方向与电子的移动方向平行，则电子不受洛伦兹力作用，霍尔器 件不能输出控制车速的霍尔电压，故A错误；当按题图甲顺时针转动电动自行车的右把手时，霍 尔器件周围的磁场增强，则霍尔器件输出控制车速的霍尔电压增大，因此车速将变快，故B正确； 根据题意，结合题图乙可知，永久磁铁的、 极可能在左、右侧面，或在前、后面，因此从霍尔 器件输出控制车速的霍尔电压不一定在霍尔器件的左、右侧面，也可能在前、后面，故C错误； 当霍尔器件的上、下面之间所加电压正负极性对调，从霍尔器件输出控制车速的霍尔电压正负号 相反，由题图丙可知，不会影响车速控制，故D错误. 题型3 霍尔元件的工作原理 17 7.[山东新泰一中2023高二下段考] 如图所示的电路可将声音信号转化为电信号.该电路中， 是固 定不动的金属板，是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜，、 构成了一个 电容器，且通过导线与恒定电源两极相接.若声源 做简谐运动，则( ) D A.振动过程中,、板之间的电场强度不变 B.振动过程中,、 板所带的电荷量不变 C.振动过程中,电路中始终有方向不变的电流 D. 板向右位移最大时，电容器的电容最大 易错点 对传感器的工作原理不明确 18 解析 振动过程中，两板间距发生变化，电源始终与电容器相连，两板间电压不变，由 可知变化，A错误；由，可知，变化，变化，B错误；振动方向不确定， 可增可减，故电流方向不确定，C错误；当板向右位移最大时，由可知， 最小，C最 大，D正确. 易错点 对传感器的工作原理不明确 19 【易错分析】分析含传感器的电路时，首先必须弄清楚传感器的工作原理，其次要看懂电路结构， 在讨论动态变化的时候，关键是抓住不变量. 易错点 对传感器的工作原理不明确 20 $$