2024-2025學(xué)年高二物理選擇性必修第二冊(cè)（粵教版）第5章 傳感器 分層作業(yè)21 傳感器及其工作原理

分層作業(yè)21傳感器及其工作原理A組必備知識(shí)基礎(chǔ)練1.(多選)電容式傳感器是一種將非電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置.由于電容器的電容C取決于極板正對(duì)面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個(gè)因素,當(dāng)某一物理量發(fā)生變化時(shí)就能引起上述某個(gè)因素的變化,從而引起電容的變化,兩個(gè)電容式傳感器的示意圖如圖所示,關(guān)于這兩個(gè)傳感器的作用,下列說(shuō)法正確的是()A.甲圖的傳感器可以用來(lái)測(cè)量角度B.甲圖的傳感器通過(guò)改變極板間的電介質(zhì)來(lái)改變電容C.乙圖的傳感器可以用來(lái)測(cè)量壓力D.這兩個(gè)傳感器都是利用改變極板間的正對(duì)面積來(lái)改變電容的2.(多選)一種位移傳感器的工作原理如圖所示,物體M在導(dǎo)軌上平移時(shí),帶動(dòng)滑動(dòng)變阻器的金屬滑桿P,通過(guò)電壓表顯示的數(shù)據(jù)來(lái)反映物體位移的大小x.假設(shè)電壓表是理想電壓表,則下列說(shuō)法正確的是()A.物體M運(yùn)動(dòng)時(shí),電源內(nèi)的電流不會(huì)發(fā)生變化B.物體M運(yùn)動(dòng)時(shí),電壓表的示數(shù)會(huì)發(fā)生變化C.物體M不動(dòng)時(shí),電路中沒(méi)有電流D.物體M不動(dòng)時(shí),電壓表沒(méi)有示數(shù)3.一火警報(bào)警裝置的一部分電路如圖甲所示,其中R2是半導(dǎo)體熱敏電阻(傳感器),它的電阻R隨溫度T變化的關(guān)系如圖乙所示,該電路的輸出端a、b接報(bào)警器,當(dāng)傳感器所在處出現(xiàn)火情時(shí),通過(guò)電流表的電流I和a、b兩端電壓U與出現(xiàn)火情前相比()A.I變大,U變大 B.I變小,U變小C.I變小,U變大 D.I變大,U變小4.(多選)電子電路中常用到一種稱為“干簧管”的元件,它的結(jié)構(gòu)如圖所示,玻璃管內(nèi)封入的兩個(gè)軟磁性材料制成的簧片,當(dāng)磁體靠近干簧管時(shí),兩個(gè)簧片被磁化而接通.關(guān)于干簧管,下列說(shuō)法正確的是()A.干簧管接入電路中相當(dāng)于電阻的作用B.干簧管是根據(jù)熱脹冷縮的原理制成的C.兩個(gè)磁性材料制成的簧片接通的原因是被磁化后相互吸引D.干簧管接入電路中相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的作用5.某居住小區(qū)門口利用光敏電阻設(shè)計(jì)的行人監(jiān)控裝置如圖所示,R1為光敏電阻、R2為可變電阻,A、B接監(jiān)控裝置,則下列說(shuō)法正確的是()①當(dāng)有人通過(guò)而遮蔽光線時(shí),A、B之間電壓升高②當(dāng)有人通過(guò)而遮蔽光線時(shí),A、B之間電壓降低③當(dāng)僅增大R2的阻值時(shí),A、B之間的電壓增大④當(dāng)僅減小R2的阻值時(shí),A、B之間的電壓增大A.①③ B.①④C.②③ D.②④6.壓力敏感元件的阻值隨所受壓力的增大而減小,有位同學(xué)利用壓力敏感元件設(shè)計(jì)了判斷小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置,其工作原理如圖甲所示,將壓力敏感元件和一塊擋板固定在絕緣小車上,中間放置一個(gè)絕緣重球.小車向右做直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,電流表示數(shù)的變化如圖乙所示,下列判斷正確的是()A.t1到t2時(shí)間內(nèi),小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)B.t1到t2時(shí)間內(nèi),小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C.t2到t3時(shí)間內(nèi),小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)D.t2到t3時(shí)間內(nèi),小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)7.(多選)隨著生活質(zhì)量的提高,自動(dòng)干手機(jī)已進(jìn)入家庭,洗手后,將濕手靠近自動(dòng)干手機(jī),機(jī)內(nèi)的傳感器便驅(qū)動(dòng)電熱器加熱,使熱空氣從機(jī)內(nèi)吹出,將濕手烘干.某型號(hào)干手機(jī)的說(shuō)明書(shū)中有如下一段文字,據(jù)此可判斷()功能與特點(diǎn):◆采用紅外線感應(yīng)原理,即感應(yīng)即動(dòng)作,衛(wèi)生、方便;◆超高溫保護(hù),即過(guò)熱、過(guò)電流雙重保護(hù);◆采用內(nèi)熱式的再循環(huán)原理,低噪音、高轉(zhuǎn)速、烘干能力強(qiáng);◆高強(qiáng)度塑鋼外殼,牢固可靠,美觀大方.A.該自動(dòng)干手機(jī)內(nèi)裝有由溫度傳感器組成的保護(hù)電路B.該自動(dòng)干手機(jī)靠位移傳感器來(lái)感知使用者手的靠近C.忽略電路損耗,該自動(dòng)干手機(jī)消耗的電能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能及動(dòng)能D.該自動(dòng)干手機(jī)靠紅外線傳感器來(lái)感知使用者手的靠近B組關(guān)鍵能力提升練8.在探究超重和失重規(guī)律時(shí),某重力為G的同學(xué)站在一壓力傳感器上完成一次下蹲動(dòng)作.傳感器和計(jì)算機(jī)相連,則經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后得到壓力F隨時(shí)間t變化的圖像可能是()9.如圖所示,兩塊水平放置的金屬板距離為d,用導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)S與一個(gè)n匝的線圈連接,線圈置于方向豎直向上的變化磁場(chǎng)中.兩板間放一臺(tái)壓力傳感器,傳感器上表面靜止放置一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為+q的小球.S斷開(kāi)時(shí)傳感器上有示數(shù),S閉合時(shí)傳感器上恰好無(wú)示數(shù),則線圈中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化情況和磁通量變化率分別是()A.B正在增加,ΔB.B正在減弱,ΔC.B正在減弱,ΔD.B正在增加,Δ10.測(cè)定壓力的電容式傳感器如圖所示,將平行板電容器、靈敏電流表(零刻度在中間,電流從電流表正接線柱流入時(shí)指針向右偏)和電源串聯(lián)成閉合回路,當(dāng)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí),膜片發(fā)生形變,引起電容的變化,導(dǎo)致靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn),在對(duì)膜片開(kāi)始施加壓力使膜片電極從圖中的虛線推到圖中實(shí)線位置并保持固定的過(guò)程中,靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)情況為()A.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(dòng)D.向左偏到某一刻度后不動(dòng)11.有一種在光照增強(qiáng)或溫度升高時(shí)排氣扇都能啟動(dòng)的自動(dòng)控制裝置,關(guān)于該裝置內(nèi)的兩個(gè)傳感器,下列說(shuō)法正確的是()A.兩個(gè)傳感器都是光傳感器B.兩個(gè)傳感器分別是光傳感器和溫度傳感器C.兩個(gè)傳感器可能分別是溫度傳感器、電容式傳感器D.只有光照和溫度都適合時(shí)排氣扇才能工作12.(多選)(2024廣東惠州高二期中)一種電感式微小位移傳感器的原理圖如圖所示.1是待測(cè)位移的物體,3是空心線圈,軟鐵芯2插在線圈3中并且可以隨著物體1在線圈中左右平移.關(guān)于這種傳感器的工作原理,下列說(shuō)法正確的是()A.這種傳感器輸入的物理量是位移,輸出的物理量是自感系數(shù)B.通過(guò)這種傳感器線圈的電流是交變電流C.軟鐵芯是敏感元件,線圈是轉(zhuǎn)換元件D.當(dāng)物體1向右移動(dòng)時(shí),線圈的自感系數(shù)增大13.溫度傳感器廣泛應(yīng)用于家用電器中,它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性來(lái)工作的.如圖甲所示為某裝置中的傳感器工作原理圖,已知電源的電動(dòng)勢(shì)E=9.0V,內(nèi)阻不計(jì);G為靈敏電流表,其內(nèi)阻Rg保持不變;R為熱敏電阻,其阻值隨溫度的變化關(guān)系如圖乙所示.閉合開(kāi)關(guān)S,當(dāng)R的溫度等于20℃時(shí),電流表示數(shù)I1=2mA;當(dāng)電流表的示數(shù)I2=3.6mA時(shí),熱敏電阻的溫度是()A.60℃ B.80℃C.100℃ D.120℃14.用如圖所示的裝置可以測(cè)量汽車在水平路面上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的加速度.在矩形箱子的前、后壁上各安裝一個(gè)由力敏電阻組成的壓力傳感器,用兩根相同的輕彈簧夾著一個(gè)質(zhì)量為2kg的滑塊,滑塊可無(wú)摩擦滑動(dòng),兩彈簧的另一端分別壓在傳感器a、b上,其壓力大小可直接從傳感器的顯示屏上讀出.現(xiàn)將裝置沿運(yùn)動(dòng)方向固定在汽車上,傳感器b在前,傳感器a在后.汽車靜止時(shí),兩彈簧均處于壓縮狀態(tài),傳感器a、b的示數(shù)均為10N(g取10m/s2).(1)若傳感器a的示數(shù)為14N,b的示數(shù)為6N,求此時(shí)汽車的加速度大小和方向.(2)當(dāng)汽車以怎樣的加速度運(yùn)動(dòng)時(shí),傳感器a的示數(shù)為零?答案：1.AC甲、乙中的電容器分別與θ、F有關(guān),均能測(cè)量對(duì)應(yīng)的物理量,甲通過(guò)改變極板間的正對(duì)面積改變電容,乙通過(guò)改變極板間的距離改變電容.2.AB電壓表不分流,故觸頭移動(dòng)不會(huì)改變電路的總電阻,也就不會(huì)改變電路中的總電流,故A正確;電壓表測(cè)量觸頭P與左側(cè)電阻之間的電壓,故示數(shù)隨物體M的移動(dòng),即隨觸頭的移動(dòng)而變化,故B正確,C、D錯(cuò)誤.3.D當(dāng)傳感器所在處出現(xiàn)火情時(shí),溫度升高,則電阻R2的阻值減小,故外電阻減小,干路電流增大,內(nèi)電壓、R4兩端的電壓均增大,故a、b兩端電壓減小;并聯(lián)電路的電壓減小,通過(guò)R3的電流減小,而總電流增大,所以R2上通過(guò)的電流增大,故D正確.4.CD當(dāng)磁體靠近干簧管時(shí),兩個(gè)簧片被磁化相互吸引而接通,故B錯(cuò)誤,C正確;當(dāng)磁體遠(yuǎn)離干簧管時(shí),軟磁性材料制成的簧片失去磁性,所以兩簧片又分開(kāi),因此干簧管在電路中相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的作用,A錯(cuò)誤,D正確.5.CR1是光敏電阻,有光照射時(shí),電阻變小,當(dāng)有人通過(guò)而遮蔽光線時(shí),R1的阻值變大,回路中的電流I減小,A、B間的電壓減小,故①項(xiàng)錯(cuò)誤,②項(xiàng)正確.由閉合電路歐姆定律得U=E-I(R1+r),當(dāng)僅增大R2的阻值時(shí),電路中的電流減小,A、B間的電壓U增大,故③項(xiàng)正確.當(dāng)減小R2的阻值時(shí),電路中的電流增大,A、B間的電壓U減小,故④項(xiàng)錯(cuò)誤.應(yīng)選C.6.D在0~t1內(nèi),I恒定,壓力敏感元件阻值不變,由小球的受力不變可知,小車可能做勻速或勻加速直線運(yùn)動(dòng),在t1~t2內(nèi),I變大,壓力敏感元件阻值變小,壓力變大,小車做變加速運(yùn)動(dòng),A、B錯(cuò)誤;在t2~t3內(nèi),I達(dá)到最大值且保持不變,壓力最大且恒定,小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng),C錯(cuò)誤,D正確.7.ACD由說(shuō)明書(shū)中“功能與特點(diǎn)”的第二項(xiàng)可知,該自動(dòng)干手機(jī)具有過(guò)熱保護(hù)功能,其中必然用溫度傳感器來(lái)感知溫度,溫度過(guò)高時(shí)自動(dòng)控制電路斷開(kāi),選項(xiàng)A正確;由說(shuō)明書(shū)中“功能與特點(diǎn)”的第一項(xiàng)可知,B錯(cuò)誤,D正確;由能量守恒定律知,選項(xiàng)C正確.8.D該同學(xué)站在壓力傳感器上完成一次下蹲動(dòng)作過(guò)程中,先向下加速,后向下減速,其加速度方向先向下后向上,即先失重后超重,D正確.9.DS閉合時(shí)傳感器上恰好無(wú)示數(shù),說(shuō)明小球受豎直向上的電場(chǎng)力,且電場(chǎng)力大小等于重力.由楞次定律可判斷磁感應(yīng)強(qiáng)度B正在增強(qiáng),根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E=nΔΦΔt=U,Udq=mg,得ΔΦ10.A壓力F作用時(shí),極板間距d變小,由C=εrS4πkd,電容器電容C變大,又根據(jù)Q=CU,極板帶電荷量變多,所以電容器應(yīng)充電,靈敏電流計(jì)中產(chǎn)生由正接線柱流入的電流,所以指針將右偏.F不變時(shí),極板保持固定后,充電結(jié)束,11.B光照增強(qiáng)或溫度升高時(shí)排氣扇都能啟動(dòng),由此可見(jiàn)兩個(gè)傳感器一個(gè)是光傳感器,一個(gè)是溫度傳感器,而且排氣扇自動(dòng)工作只需光照和溫度其中一個(gè)滿足條件即可,A、C、D錯(cuò)誤,B正確.12.BC這種傳感器輸入的物理量是位移,輸出的物理量是電流,A錯(cuò)誤;當(dāng)軟鐵芯插入或拔出線圈時(shí),在線圈中產(chǎn)生方向相反的電流,則通過(guò)這種傳感器線圈的電流是交變電流,B正確;因軟鐵芯的移動(dòng)導(dǎo)致線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流,則軟鐵芯是敏感元件,線圈是轉(zhuǎn)換元件,C正確;當(dāng)物體1向右移動(dòng)時(shí),軟鐵芯插入線圈的深度減小,則線圈的自感系數(shù)減小,D錯(cuò)誤.13.D由圖乙可知,當(dāng)R的溫度等于20℃時(shí),熱敏電阻的阻值R1=4kΩ,則由I1=ER1+Rg可得Rg=0.5kΩ,當(dāng)電流I2=3.6mA時(shí),由I2=ER2+Rg可得R2=2k14.答案(1)4m/s2方向向右(2)以方向向左、大小為10m/s2的加速度運(yùn)動(dòng)解析(1)如圖所示,依題意