高二物理下冊課時隨堂訓練題66

第三章傳感器第一節(jié)認識傳感器1．國家標準(GB7665－87)給出的傳感器定義是：能感受規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由____________、____________和____________組成．2．傳感器是一種________裝置，能感受到被測量的________，并能將檢測感受到的信息按一定規(guī)律變換成為________或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的________、處理、________、顯示、記錄和________等要求．3．傳感器可按下列三種不同的方法進行分類：(1)按__________分類；(2)按____________分類；(3)按________________分類．4．為解決樓道的照明問題，在樓道內安裝一個傳感器與控制電燈的電路相接．當樓道內有走動且發(fā)出聲響時，電燈即被電源接通而發(fā)光，這種傳感器為________傳感器，它輸入的是________信號，經傳感器轉換后，輸出的是________信號．5．(雙選)下述儀器或裝置用到傳感器的有()A．自動報警器B．天平C．電視遙控器D．秒表6．(雙選)傳感器是一種采集信息的重要器件，如圖1所示是一種測定壓力的電容式傳感器，當待測壓力F作用于可動膜片電極上時，可使膜片產生形變，引起電容的變化，將電容器、靈敏電流計和電源串接成閉合電路，那么以下說法正確的是()圖1A．若F向上壓膜片電極時，電容將減小B．若電流計有示數(shù)，則壓力F發(fā)生變化C．若電流計有向右的電流通過，則壓力F在增大D．電流計有向右的電流通過，則壓力F在減小7．在電梯門口放置一障礙物，會發(fā)現(xiàn)電梯門不停地開關，這是由于在電梯門上裝有的傳感器是()A．光傳感器B．溫度傳感器C．聲傳感器D．壓力傳感器【概念規(guī)律練】知識點一電容式話筒的工作原理1．(雙選)電容式話筒的保真度比動圈式話筒好，其工作原理如圖2所示．Q是絕緣支架，薄金屬膜M和固定電極N形成一個電容器，被直流電流充電．當聲波使膜片振動時，電容發(fā)生變化，電路中形成變化的電流．當膜片向右運動的過程中，有()圖2A．電容變大B．電容變小C．導線AB中有向左的電流D．導線AB中有向右的電流2．(雙選)如圖3所示，電容式話筒右側固定不動的金屬板b與能在聲波驅動下沿聲源水平方向振動的鍍有金屬層的振動膜a構成一個電容器，a、b分別通過導線與恒定電源兩極相接．聲源S做位移為x＝Asin2000πt的振動，則有()圖3A．a振動過程中a、b板之間的電場強度不變B．導線中的電流的頻率為2000HzC．導線中的電流的頻率為1000HzD．a向右位移最大時，a、b板形成的電容最大知識點二霍爾元件3．如圖4所示，有電流I流過長方體金屬塊，金屬塊寬為d，高為b，有一磁感應強度為B的勻強磁場垂直于紙面向里，金屬塊單位體積內的自由電子數(shù)為n，問：金屬塊上、下表面哪面電勢高？電勢差是多少？圖44．圖5是霍爾元件的工作原理示意圖，如果用d表示薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)，對于一個霍爾元件d、k為定值，如果保持I恒定，則可以驗證UH隨B的變化情況．以下說法不正確的是(工作面是指較大的平面)()圖5A．將永磁體的一個磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面，UH將變大B．在測定地球兩極的磁場強弱時，霍爾元件的工作面應保持水平C．在測定地球赤道上的磁場強弱時，霍爾元件的工作面應保持水平D．改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，UH將發(fā)生變化【方法技巧練】傳感器電路的分析技巧5．動圈式話筒和磁帶錄音機都應用了電磁感應現(xiàn)象，圖6甲所示是話筒原理圖，圖乙所示是錄音機的錄音、放音原理圖，由圖可知圖6①話筒工作時磁鐵不動，線圈移動而產生感應電流②錄音機放音時變化的磁場在靜止的線圈里產生感應電流③錄音機放音時線圈中變化的電流在磁頭縫隙處產生變化的磁場④錄音機錄音時線圈中變化的電流在磁頭縫隙處產生變化的磁場其中正確的是()A．②③④B．①②③C．①②④D．①③④6．如圖7所示為某種電子秤的原理示意圖，AB為一均勻的滑線電阻，阻值為R，長度為L，兩邊分別有P1、P2兩個滑動頭，P1可在豎直絕緣光滑的固定桿MN上保持水平狀態(tài)而上下自由滑動，彈簧處于原長時，P1剛好指著A端，P1與托盤固定相連，若P1、P2間出現(xiàn)電壓，該電壓經過放大，通過信號轉換后在顯示屏上將顯示物體重力的大?。阎獜椈傻膭哦认禂?shù)為k，托盤自身質量為m0，電源電動勢為E，內阻不計，當?shù)氐闹亓铀俣葹間.求：圖7(1)托盤上未放物體時，在托盤自身重力作用下，P1離A的距離x1；(2)托盤上放有質量為m的物體時，P1離A的距離x2；(3)在托盤上未放物體時通常先校準零點，其方法是：調節(jié)P2，使P2離A的距離也為x1，從而使P1、P2間的電壓為零．校準零點后，將物體m放在托盤上，試推導出物體質量m與P1、P2間的電壓U之間的函數(shù)關系式．1．霍爾元件能轉換哪個物理量()A．把溫度這個熱學量轉換成電阻這個電學量B．把磁感應強度這個磁學量轉換成電壓這個電學量C．把力轉換為電壓這個電學量D．把光照強弱這個光學量轉換為電阻這個電學量2．電子秤使用的是()A．超聲波傳感器B．壓力傳感器C．溫度傳感器D．紅外傳感器3．(雙選)關于話筒，下列說法正確的是()A．無論動圈式話筒、電容式話筒，還是駐極體話筒，作用都相同，都將聲波這個力學量轉換成了電壓或電流這個電學量B．電容式話筒和駐極體話筒的原理相同，都是聲波的變化引起電容變化，進而引起輸出電壓的變化C．動圈式話筒利用通電線圈在磁場中受安培力振動實現(xiàn)聲向電的轉化D．因為駐極體話筒內價格便宜、靈敏度高，會場大都使用駐極體話筒4．慣性制導系統(tǒng)已廣泛應用于彈道式導彈工程中，這個系統(tǒng)的重要元件之一是加速度計．加速度計構造和原理的示意圖如圖8所示：沿導彈長度方向安裝的固定光滑桿上套一質量為m的滑塊，滑塊兩側分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連；兩彈簧的另一端與固定壁相連．滑塊原來靜止，彈簧處于自然長度，滑塊上有指針，可通過標尺測出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進行制導．設某段時間內導彈沿水平方向運動，指針向左偏離O點的距離為x，則這段時間內導彈的加速度()圖8A．方向向左，大小為kx/mB．方向向右，大小為kx/mC．方向向左，大小為2kx/mD．方向向右，大小為2kx/m5．利用傳感器和計算機可以研究快速變化的力的大?。畬嶒灂r，把圖9甲中的小球舉高到繩子的懸點O處，然后讓小球自由下落．用這種方法獲得的彈性繩的拉力隨時間的變化圖線如圖乙所示．根據(jù)圖線所提供的信息，以下判斷正確的是()圖9A．t2時刻小球所處位置是運動中最高點B．t1～t2期間小球速度先增大后減小C．t3時刻小球動能最小D．t2與t5時刻小球速度大小不同6．如圖10所示，兩塊水平放置的金屬板距離為d，用導線、電鍵K與一個n匝的線圈連接，線圈置于方向豎直向上的變化磁場B中．兩板間放一臺小壓力傳感器，壓力傳感器上表面靜止放置一個質量為m、電荷量為＋q的小球．K斷開時傳感器上有示數(shù)，K閉合時傳感器上恰好無示數(shù)．則線圈中的磁場B的變化情況和磁通量變化率分別是()圖10A．正在增加，eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(mgd,q)B．正在減弱，eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(mgd,nq)C．正在減弱，eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(mgd,q)D．正在增加，eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(mgd,nq)7．(雙選)傳感器是把非電學物理量(如位移、速度、壓力、角度等)轉換成電學物理量(如電壓、電流、電荷量等)的一種元件．如圖11所示的甲、乙、丙、丁是四種常見的電容式傳感器，下列說法正確的是()圖11A．甲圖中兩極板帶電荷量不變，若電壓變小，可判斷出h變小B．乙圖中兩極板帶電荷量不變，若電壓變大，可判斷出θ變大C．丙圖中兩極間的電壓不變，若有電流流向傳感器的負極，則s變小D．丁圖中兩極間的電壓不變，若有電流流向傳感器的正極，則F變大8．如圖12所示為測定壓力的電容式傳感器，將平行板電容器、靈敏電流表(零刻度在中間)和電源串聯(lián)成閉合回路，當壓力F作用于可動膜片電極上時，膜片發(fā)生形變，引起電容的變化，導致靈敏電流表指針偏轉，在對膜片開始施加壓力使膜片電極從圖中的虛線推到圖中實線位置并保持固定的過程中，靈敏電流表指針偏轉情況為(電流從電流表正接線柱流入時指針向右偏)()圖12A．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動D．向左偏到某一刻度后不動9．傳感器是把非電學物理量(如位移、壓力、流量、聲強等)轉換成電學量的一種元件．如圖13所示為一種電容式傳感器，電路可將聲音信號轉化為電信號．電路中a、b構成一個電容器，b是固定不動的金屬板，a是能在聲波驅動下沿水平方向振動的鍍有金屬層的振動膜．若聲源S發(fā)出頻率恒定的聲波使a振動，則a在振動過程中(圖13A．a、b板之間的電場強度不變B．a、b板所帶的電荷量不變C．電路中始終有方向不變的電流D．向右位移最大時，電容器的電容量最大10．有一些星級賓館的洗手間裝有自動干手機，洗手后將濕手靠近，機內的傳感器就開通電熱器加熱，有熱空氣從機內噴出，將濕手烘干，手靠近干手機能使傳感器工作，是因為()A．改變濕度B．改變溫度C．改變磁場D．改變電容題號12345678910答案11．動圈式話筒的構造如圖14所示，請說明它的工作原理．圖14第三章傳感器第一節(jié)認識傳感器課前預習練1．敏感元件轉換元件轉換電路2．檢測信息電信號傳輸存儲控制3．被測量工作原理能量傳遞方式4．聲電聲電5．AC6.BC7．D[當電梯門碰到人或其他障礙物時立即停止關門以防擠傷人，故為壓力傳感器．]課堂探究練1．AC[由電容器的電容公式C＝eq\f(εrS,4πkd)可知，當膜片向右運動時，相當于電容器兩極間的距離變小，電容變大，電源對電容器充電，電流的方向由電源的正極流向負極，故導線AB中有向左的電流．]2．CD[a振動過程中，a、b間距變化，由平行板電容器公式可知電容C變化，且a向右位移最大時，a、b板電容最大，則A錯，D對；振動過程中，電容器不斷地充放電，導線中電流頻率與a的振動頻率一致，C正確，B錯．]點評電容式話筒的薄金屬膜和固定電極形成一個電容器，被充電后，聲波使膜振動，電容變化，形成變化的電流．3．下表面電勢高eq\f(IB,ned)解析因為自由電荷為電子，故由左手定則可判定向上偏，則上表面聚集負電荷，下表面帶多余等量的正電荷，故下表面電勢高，設其穩(wěn)定電壓為U.當運動電荷所受電場力與洛倫茲力平衡時，有eeq\f(U,b)＝evB，又因為導體中的電流I＝neSv＝nev·bd，故U＝eq\f(IB,ned).點評當電流在導體中流動時，運動電荷在洛倫茲力作用下，分別向導體上、下表面聚集，在導體中形成電場，其中上表面帶負電，電勢低，隨著正、負電荷不斷向下、上表面積累，電場增強，當運動電荷(Q)所受電場力與洛倫茲力平衡時，即QE＝QvB時，電荷將不再向上或向下偏轉，上、下表面間形成穩(wěn)定電壓．4．C[根據(jù)公式UH＝keq\f(IB,d)可以看出，當磁極靠近霍爾元件的工作面時，B增大，UH將變大，選項A正確；在地球兩極附近，可以認為地磁場與水平面垂直，霍爾元件的工作面保持水平，選項B正確；而在赤道上，地磁場與水平面平行．若霍爾元件的工作面保持水平，則無電壓產生，選項C不正確；改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，相當于改變了霍爾系數(shù)k，UH將發(fā)生變化，選項D正確；故選C.]點評霍爾元件把磁感應強度這個磁學量轉換為電壓這個電學量，電壓與磁感應強度的關系式為UH＝keq\f(IB,d).5．C[話筒的工作原理是，聲波迫使金屬線圈在磁鐵產生的磁場中振動產生感應電流，①正確；錄音時，話筒產生的感應電流經放大電路放大后在錄音機磁頭縫隙處產生變化的磁場，④正確；磁帶在放音時通過變化的磁場使放音頭產生感應電流，經放大電路后再送到揚聲器中，②正確．]6．(1)eq\f(m0g,k)(2)eq\f(m＋m0g,k)(3)m＝eq\f(kL,gE)U解析托盤的移動帶動P1移動，使P1、P2間出現(xiàn)電勢差，電勢差的大小反映了托盤向下移動距離的大小，由于R為均勻的滑線電阻，則其阻值與長度成正比．(1)由力的平衡知識知m0g＝kx1，解得x1＝eq\f(m0g,k)(2)放上重物重新平衡后m0g＋mg＝kx解得x2＝eq\f(m＋m0g,k)(3)由閉合電路歐姆定律知E＝IR，由部分電路歐姆定律知U＝IR串，由eq\f(R串,R)＝eq\f(x,L)，其中x為P1、P2間的距離，則x＝x2－x1＝eq\f(mg,k)聯(lián)立解得m＝eq\f(kL,gE)U方法總結分析傳感器問題要注意四點(1)感受量分析要明確傳感器所感受的物理量，如力、熱、光、磁、聲等．(2)輸出信號分析明確傳感器的敏感元件，分析它的輸入信號及輸出信號，以及輸入信號與輸出信號間的變化規(guī)律．(3)電路結構分析認真分析傳感器所在的電路結構，在熟悉常用電子元件工作特點的基礎上，分析電路輸出信號與輸入信號間的規(guī)律．(4)執(zhí)行機構工作分析傳感器的應用，不僅包含非電學量如何向電學量轉化的過程，還包含根據(jù)所獲得的信息控制執(zhí)行機構進行工作的過程．課后鞏固練1．B[根據(jù)霍爾元件工作原理，載流子在洛倫茲力作用下漂移，形成霍爾電壓，UH＝keq\f(IB,d)，所以，它將磁感應強度這個磁學量轉換成電壓這個電學量，故B正確．]2．B3．AB[用金屬薄膜的振動帶線圈在磁場中運動，從而產生感應電流，故選項C錯誤．雖然駐極體話筒價格便宜、靈敏度高，但是駐極體話筒的功率太小，而且保真度較差，所以會場一般不使用駐極體話筒，選項D錯誤．]4．D[滑塊隨導彈一起做加速運動，向左偏離O點的距離為x，使左側彈簧被壓縮，右側彈簧被拉長，則滑塊所受合力為2kx，方向向右，故加速度方向向右．由牛頓第二定律得：2kx＝ma，滑塊加速度大小為：a＝2kx/m，故選D.]5．B[小球下落的軌跡如右圖所示，B處為繩子原長處，C處為小球重力與繩上拉力相等處，D處為小球下落的最低點，在F－t圖中，0～t1小球在OB間下落，t1～t2小球在BD間下落，t2～t3小球由D回到B處，t3～t4小球在BO間上升，而后下落至B點．由F－t圖知，小球在t2時刻下落到最大距離，以后的最大距離在逐漸減小，由以上分析知，小球的最大速度出現(xiàn)在C點，對應于t1～t2之間，A錯，B對；小球動能最小出現(xiàn)在t2時刻或t3～t4間某時刻，C錯誤；t2和t5分別對應小球先后兩次下落過程中經過最低點的時刻，速度大小為零，D錯誤；正確選項為B.]6．D[K閉合時傳感器上恰好無示數(shù)，說明小球受豎直向上的電場力，且電場力大小等于重力．由楞次定律可判斷磁場B正在增強，根據(jù)法拉第電磁感應定律E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝U，又eq\f(U,d)q＝mg得eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(mgd,nq)，故D正確．]7．BD[A選項若Q不變，由C＝eq\f(Q,U)知U變小，C變大，可知h變大；A錯．B