《传感器应用技术》项目五：课题1 压电效应与压电材料 45分钟专题训练（原卷版+解析版）

浙江省单独招生考试《传感器应用技术》45分钟专题训练专辑，共36份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固传感器应用技术理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加电气自动化专业类高考的学生。 《传感器应用技术》 项目五： 压电式传感器 课题一 压电效应与压电材料 时间：45分钟 总分：100分 班级 姓名 学号 成绩 一、单项选择题(本大题共20小题，每小题3分，共60分) 在每小题列出的四个备选答案中，只有一个是符合题目要求的，错选、多选均无分。 1.压电效应是指： A. 材料在电场作用下产生形变 B. 材料在机械应力作用下产生电荷 C. 材料在温度变化时产生电压 D. 以上都是 2.下列哪种晶体结构不具有压电性？ A. 石英 B. 钛酸钡 C. 氯化钠 D. 锆钛酸铅 3.压电材料的居里温度是指： A. 材料开始导电的温度 B. 材料失去压电性的温度 C. 材料熔化的温度 D. 材料开始发光的温度 4.下列哪种不是常见的压电材料？ A. PVDF B. ZnO C. Al₂O₃ D. PZT 5.正压电效应是指： A. 电场产生形变 B. 形变产生电场 C. 温度变化产生电压 D. 光照射产生电流 6.压电常数d的单位是： A. C/N B. N/C C. m/V D. V/m 7.下列哪种应用不利用压电效应？ A. 打火机点火装置 B. 超声波发生器 C. 热电偶 D. 压力传感器 8.PZT是指： A. 钛酸铅锆 B. 钛酸钡 C. 氧化锌 D. 聚偏氟乙烯 9.压电材料在谐振频率下工作时： A. 能量转换效率最高 B. 产生最大形变 C. 输出最大电压 D. 以上都是 10.下列哪种因素不会影响压电材料的性能？ A. 温度 B. 湿度 C. 颜色 D. 机械应力 11.压电复合材料通常由： A. 两种以上压电材料组成 B. 压电材料与非压电材料组成 C. 金属与半导体组成 D. 有机与无机材料组成 12.压电材料的机电耦合系数k表示： A. 电能转换为机械能的效率 B. 机械能转换为电能的效率 C. 两者之间的转换效率 D. 材料的导电性能 13.下列哪种材料具有最高的压电常数？ A. 石英 B. 钛酸钡 C. PZT D. PVDF 14.压电材料的极化方向是指： A. 晶体的生长方向 B. 外加电场的方向 C. 自发极化的方向 D. 机械应力的方向 15.压电材料的介电常数ε与压电常数d的关系是： A. 成正比 B. 成反比 C. 无关 D. 平方关系 16.压电材料的机械品质因数Qm表示： A. 材料的机械强度 B. 谐振时的能量损耗 C. 弹性模量 D. 密度 17.下列哪种不是压电材料的制备方法？ A. 溶胶-凝胶法 B. 固相反应法 C. 电解法 D. 热压法 18.压电材料的d33模式是指： A. 厚度方向极化，厚度方向受力 B. 厚度方向极化，横向受力 C. 横向极化，厚度方向受力 D. 横向极化，横向受力 19.压电材料的温度稳定性主要取决于： A. 居里温度 B. 介电常数 C. 压电常数 D. 弹性模量 20.压电材料在能量收集应用中主要利用： A. 正压电效应 B. 逆压电效应 C. 热电效应 D. 光电效应 二、是非选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 根据题干分析并判断下列各题。正确的填“A”，错误的填“B”。错选、多选或未选均无分。 （ ）1.所有晶体材料都具有压电性。 （ ）2.压电效应是可逆的。 （ ）3.石英是一种天然压电材料。 （ ）4.PVDF是一种有机压电材料。 （ ）5.压电材料的性能与极化处理无关。 （ ）6.压电常数d31和d32在各项同性材料中相等。 （ ）7.压电材料只能用于传感器不能用于执行器。 （ ）8.压电材料的谐振频率与尺寸有关。 （ ）9.压电陶瓷比单晶压电材料具有更高的各向异性。 （ ）10.压电材料的介电常数随频率变化。 三、解析题（本大题共3小题，共20分） 1.一块PZT-5H压电陶瓷的d33=593×10-12 C/N，ε33=3400ε0（ε0=8.85×10-12 F/m），厚度为2mm，面积为1cm²。计算： a) 在100N压力作用下产生的开路电压； b) 产生的电荷量； c) 储能容量。 2.分析比较石英晶体和PZT陶瓷在压电性能上的差异，并说明它们各自适合的应用领域 3.描述压电材料的极化过程及其对材料性能的影响，解释为什么新制备的压电陶瓷需要极化处理才能表现出压电性。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 浙江省单独招生考试《传感器应用技术》45分钟专题训练专辑，共36份试卷。试卷命题与高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固传感器应用技术理论知识，熟悉高考题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加电气自动化专业类高考的学生。 《传感器应用技术》 项目五： 压电式传感器 课题一 压电效应与压电材料 时间：45分钟 总分：100分 班级 姓名 学号 成绩 一、单项选择题(本大题共20小题，每小题3分，共60分) 在每小题列出的四个备选答案中，只有一个是符合题目要求的，错选、多选均无分。 1.压电效应是指： A. 材料在电场作用下产生形变 B. 材料在机械应力作用下产生电荷 C. 材料在温度变化时产生电压 D. 以上都是 【答案】D 【解析】压电效应包括正压电效应和逆压电效应 2.下列哪种晶体结构不具有压电性？ A. 石英 B. 钛酸钡 C. 氯化钠 D. 锆钛酸铅 【答案】C 【解析】氯化钠具有中心对称结构，不具有压电性 3.压电材料的居里温度是指： A. 材料开始导电的温度 B. 材料失去压电性的温度 C. 材料熔化的温度 D. 材料开始发光的温度 【答案】B 4.下列哪种不是常见的压电材料？ A. PVDF B. ZnO C. Al₂O₃ D. PZT 【答案】C 5.正压电效应是指： A. 电场产生形变 B. 形变产生电场 C. 温度变化产生电压 D. 光照射产生电流 【答案】B 【解析】正压电效应是机械能转电能 6.压电常数d的单位是： A. C/N B. N/C C. m/V D. V/m 【答案】A 7.下列哪种应用不利用压电效应？ A. 打火机点火装置 B. 超声波发生器 C. 热电偶 D. 压力传感器 【答案】C 8.PZT是指： A. 钛酸铅锆 B. 钛酸钡 C. 氧化锌 D. 聚偏氟乙烯 【答案】A 9.压电材料在谐振频率下工作时： A. 能量转换效率最高 B. 产生最大形变 C. 输出最大电压 D. 以上都是 【答案】D 【解析】谐振时各项性能最优 10.下列哪种因素不会影响压电材料的性能？ A. 温度 B. 湿度 C. 颜色 D. 机械应力 【答案】D 【解析】颜色不影响压电性能 11.压电复合材料通常由： A. 两种以上压电材料组成 B. 压电材料与非压电材料组成 C. 金属与半导体组成 D. 有机与无机材料组成 【答案】B 12.压电材料的机电耦合系数k表示： A. 电能转换为机械能的效率 B. 机械能转换为电能的效率 C. 两者之间的转换效率 D. 材料的导电性能 【答案】B 【解析】k表示机电能量转换效率 13.下列哪种材料具有最高的压电常数？ A. 石英 B. 钛酸钡 C. PZT D. PVDF 【答案】C 【解析】PZT具有最高压电常数 14.压电材料的极化方向是指： A. 晶体的生长方向 B. 外加电场的方向 C. 自发极化的方向 D. 机械应力的方向 【答案】C 15.压电材料的介电常数ε与压电常数d的关系是： A. 成正比 B. 成反比 C. 无关 D. 平方关系 【答案】A 16.压电材料的机械品质因数Qm表示： A. 材料的机械强度 B. 谐振时的能量损耗 C. 弹性模量 D. 密度 【答案】B 17.下列哪种不是压电材料的制备方法？ A. 溶胶-凝胶法 B. 固相反应法 C. 电解法 D. 热压法 【答案】C 【解析】电解法不用于压电材料制备 18.压电材料的d33模式是指： A. 厚度方向极化，厚度方向受力 B. 厚度方向极化，横向受力 C. 横向极化，厚度方向受力 D. 横向极化，横向受力 【答案】A 【解析】d33是厚度方向模式 19.压电材料的温度稳定性主要取决于： A. 居里温度 B. 介电常数 C. 压电常数 D. 弹性模量 【答案】A 20.压电材料在能量收集应用中主要利用： A. 正压电效应 B. 逆压电效应 C. 热电效应 D. 光电效应 【答案】A 【解析】能量收集利用正压电效应 二、是非选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分） 根据题干分析并判断下列各题。正确的填“A”，错误的填“B”。错选、多选或未选均无分。 （ ）1.所有晶体材料都具有压电性。 【答案】B 【解析】只有非中心对称晶体才有压电性 （ ）2.压电效应是可逆的。 【答案】A （ ）3.石英是一种天然压电材料。 【答案】A （ ）4.PVDF是一种有机压电材料。 【答案】A （ ）5.压电材料的性能与极化处理无关。 【答案】B 【解析】极化处理决定压电性能 （ ）6.压电常数d31和d32在各项同性材料中相等。 【答案】A （ ）7.压电材料只能用于传感器不能用于执行器。 【答案】B 【解析】可用于传感器和执行器 （ ）8.压电材料的谐振频率与尺寸有关。 【答案】A （ ）9.压电陶瓷比单晶压电材料具有更高的各向异性。 【答案】B 【解析】单晶各向异性更明显 （ ）10.压电材料的介电常数随频率变化。 【答案】A 三、解析题（本大题共3小题，共20分） 1.一块PZT-5H压电陶瓷的d33=593×10-12 C/N，ε33=3400ε0（ε0=8.85×10-12 F/m），厚度为2mm，面积为1cm²。计算： a) 在100N压力作用下产生的开路电压； b) 产生的电荷量； c) 储能容量。 【解析】 a) 开路电压V = g33×t×T = (d33/ε33ε0)×t×(F/A) g33 = d33/ε33ε0 = 593×10⁻¹²/(3400×8.85×10⁻¹²) ≈ 0.0197 Vm/N T = F/A = 100N/(1×10⁻⁴m²) = 1×10⁶ Pa V = 0.0197×2×10⁻³×1×10⁶ ≈ 39.4 V b) 电荷量Q = d33×F = 593×10⁻¹²×100 ≈ 59.3 nC c) 电容C = ε33ε0A/t = 3400×8.85×10⁻¹²×10⁻⁴/(2×10⁻³) ≈ 1.5 nF 储能E = 1/2 CV² = 0.5×1.5×10⁻⁹×(39.4)² ≈ 1.16 μJ 2.分析比较石英晶体和PZT陶瓷在压电性能上的差异，并说明它们各自适合的应用领域 【解析】 石英：单晶材料，压电常数较小(d11=2.3pC/N)，但温度稳定性好，Q值高，用于高稳定振荡器、滤波器等 PZT：陶瓷材料，压电常数大(d33可达600pC/N)，但温度稳定性较差，用于大位移执行器、高灵敏度传感器等 石英适合精密频率控制，PZT适合大功率、高灵敏度应用 3.描述压电材料的极化过程及其对材料性能的影响，解释为什么新制备的压电陶瓷需要极化处理才能表现出压电性。 【解析】 新制备的压电陶瓷内部电畴随机取向，宏观无压电性在高温下施加强直流电场，使电畴沿电场方向排列,冷却后保持部分取向，表现出宏观压电性极化影响d常数、介电常数和机电耦合系数未极化陶瓷无压电性，因为随机取向的电畴效应相互抵消. 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$