20 课时精练(十六) 常见传感器的工作原理-【正禾一本通】2024-2025学年高中物理选择性必修2同步课堂高效讲义配套练习（鲁科版2019）

课时精练(十六)　常见传感器的工作原理 (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) [基础达标] 1.(多选)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入热水中，观察欧姆表的示数，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，这只元件一定是热敏电阻 B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻 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，这只元件一定是光敏电阻 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，这只元件一定是定值电阻 AC　[热敏电阻的阻值随温度变化而变化，定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度变化；光敏电阻的阻值随光照变化而变化，定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照变化。故正确答案为A、C。] 2．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粘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 B　[当声波使膜片前后振动时，线圈切割磁感线产生感应电流，将声音信号变化为电信号，是根据电磁感应原理工作的，故A错误，B正确；膜片随着声波而周期性振动，穿过金属线圈的磁通量是周期性变化的，故C错误；膜片振动时，金属线圈切割磁感线，会产生感应电动势，故D错误。] 3．(多选)压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小。一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体B，升降机静止时电流表示数为I0。某过程中电流表的示数随时间变化的图像如图乙所示，则在此过程中(　　) A．物体处于失重状态 B．物体处于超重状态 C．升降机一定向上做匀加速运动 D．升降机可能向下做匀减速运动 BD　[电流表的示数变为2I0且保持不变，说明压敏电阻的阻值比升降机静止时小，压敏电阻所受压力变大，物体处于超重状态，即物体具有向上的加速度，故升降机可能向上做匀加速运动，也可能向下做匀减速运动，故B、D正确。] 4.在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今天，担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用，其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的元件。某学习小组的同学在用多用电表研究热敏电阻特性的实验时，安装好如图所示装置。向杯内加入冷水，温度计的示数为20 ℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R1，然后向杯内加入热水，温度计的示数为60 ℃，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是(　　) A．应选用电流挡，温度升高换用大量程测量 B．应选用电流挡，温度升高换用小量程测量 C．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡 D．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡 D　[多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源，故不能用电流挡，A、B错误；当温度升高时多用电表指针偏转角较大，说明热敏电阻的阻值变小了，应该换用倍率小的挡，C错误，D正确。] 5.如图所示，R3是光敏电阻(光照时阻值变小)，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，则(　　) A．a点电势高于b点电势 B．a点电势低于b点电势 C．a点电势等于b点电势 D．a点电势和b点电势的大小无法比较 A　[R3是光敏电阻，有光照射时，其阻值变小，由闭合电路欧姆定律知，I总变大，故U内变大，U外减小，Ib减小，R1、R2阻值不变，UR2减小；又Ia＋Ib＝I总，故Ia增大，UR4增大。设电源负极电势为0，则φa＝UR4，φb＝UR2，故a点电势高于b点电势，故A正确。] 6.如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件，d、k为定值，如果保持电流I恒定，则可以验证UH随B的变化情况。以下说法中不正确的是(　　) A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，UH将变大 B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平 C．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平 D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化 C　[由UH＝知电压与磁感应强度成正比，垂直工作面的磁感应强度B越大，电压越大；将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，磁感应强度B变大，UH将变大，A正确；霍尔元件的工作面应与B垂直，在测定地球两极的磁场强弱时应保持水平，在测定地球赤道上的磁场强弱时应保持竖直，故B正确，C错误；垂直工作面的磁感应强度B越大，电压越大，所以当磁感线与霍尔元件工作面的夹角变化时，UH将发生变化，D正确。] 7．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 D　[在0～t1内，I恒定，压敏电阻阻值不变，由小球的受力不变可知，小车可能做匀速或匀加速直线运动；在t1～t2内，I变大，压敏电阻阻值变小，压力变大，小车做变加速运动，A、B两项错误；在t2～t3内，I不变，且大于0～t1时间内的电流，故压力恒定，且压力不等于0，小车做匀加速直线运动，C项错误，D项正确。] 8．如图所示，用光敏电阻LDR和灯泡制成一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是(　　) A．严重污染时，LDR是高电阻 B．轻度污染时，LDR是高电阻 C．无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定 D．该仪器的使用不会因为白天和晚上受到影响 A　[严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，A正确，B错误；LDR由半导体材料制成，受光照影响电阻会发生变化，C错误；白天和晚上自然光强弱不同，会影响LDR的电阻，D错误。] [能力提升] 9．金属热电阻阻值随温度升高而变大。与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。如图是观察电阻值随温度变化情况的示意图。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为负温度系数热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化非常明显 D．如果R为负温度系数热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化不明显 C　[如果R为金属热电阻，水的温度升高，电阻的阻值变大，但阻值变化不明显，故欧姆表读数变大，但变化不明显，A、B错误；如果R为负温度系数热敏电阻，其阻值随着温度的升高会迅速减小，故欧姆表读数变小，而且变化非常明显，C正确，D错误。] 10．(多选)随着电子技术的发展，霍尔传感器被广泛应用在汽车的各个系统中。其中霍尔转速传感器在测量发动机转速时，情境简化如图甲所示，被测量转子的轮齿(具有磁性)每次经过霍尔元件时都会使霍尔电压发生变化，传感器的内置电路会将霍尔电压调整放大，输出一个脉冲信号，霍尔元件的原理如图乙所示。下列说法正确的是(　　) A．霍尔电压是由于元件中定向移动的载流子受到洛伦兹力作用发生偏转而产生的 B．若霍尔元件的前端电势比后端低，则元件中的载流子为负电荷 C．在其他条件不变的情况下，霍尔元件的厚度c越大，产生的霍尔电压越高 D．若转速表显示1 800 r/min，转子上齿数为150个，则霍尔传感器每分钟输出12个脉冲信号 AB　[霍尔电压是由于元件中定向移动的载流子受到洛伦兹力作用发生偏转产生的，故A正确；由左手定则可判断出载流子受力向前端偏转，若前端电势变低，意味着载流子带负电，故B正确；霍尔电压UH＝，c越大，UH越小，故C错误；每个轮齿经过，都会引发一次脉冲，则每分钟脉冲数量为270 000个，故D错误。] 11．酒精测试仪用于机动车驾驶人员是否酗酒及其他严禁酒后作业人员的现场检测。它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器，酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化。在如图所示的电路中，酒精气体的不同浓度对应着传感器的不同电阻。这样，电压表的示数就与酒精气体浓度有了对应关系。如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么，电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的是(　　) A．U越大，表示c越大，c与U成正比 B．U越大，表示c越大，但是c与U不成正比 C．U越大，表示c越小，c与U成反比 D．U越大，表示c越小，但是c与U不成反比 B　[设二氧化锡半导体型酒精气体传感器的电阻为Rx，由闭合电路欧姆定律得，干路的电流I＝，电压表示数U＝IR0＝，而Rxc＝k(定值)，由以上关系式可见U越大，表示c越大，但是c与U不成正比，故B正确。] 12．一块N型半导体薄片(称霍尔元件)，其横截面为矩形，体积为b×c×d，如图所示，已知其单位体积内的电子数为n、电阻率为ρ、电子电荷量为e。将此元件放在匀强磁场中，磁场方向沿z轴正方向，并通有沿x轴正方向的电流I。 (1)此元件的C、C′两个侧面中，哪个面的电势高？ (2)试证明在磁感应强度一定时，此元件的C、C′两个侧面的电势差与流过该元件的电流成正比。 (3)磁强计是利用霍尔效应来测量磁感应强度B的仪器。其测量方法为：将元件放在匀强磁场中，用毫安表测量通过该元件的电流I，用毫伏表测量C、C′间的电压UCC′，就可测得B。若已知其比例系数k＝＝10 ，并测得UCC′＝0.6 mV，I＝3 mA。试求该元件所在处的磁感应强度B的大小。 解析：　(1)该霍尔元件的载流子为电子，由左手定则可知，电子向C侧面偏移，所以C′侧面电势较高。 (2)设电子定向移动的速率为v 由I＝，q＝nebdvt 可得I＝nebdv 稳定时有Bev＝ 解得UCC′＝I，式中为定值，所以C、C′两个侧面的电势差与流过该元件的电流成正比。 (3)由(2)可知B＝ 代入数据解得B＝0.02 T。 答案：　(1)C′　(2)见解析　(3)0.02 T 学生用书第108页 学科网（北京）股份有限公司 $$