人教版 (2019)选择性必修 第二册2 常见传感器的工作原理及应用课后复习题

第五章　2　

A组·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的一定是热敏电阻

B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化的一定是定值电阻

C．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数变化较大的一定是光敏电阻

D．用黑纸包住与不用黑纸包住相比，欧姆表示数相同的一定是定值电阻

【答案】AC　【解析】热敏电阻的阻值随温度的变化而变化，定值电阻和光敏电阻的阻值不随温度发生变化，故A正确，B错误；光敏电阻的阻值随光照的变化而变化，而定值电阻和热敏电阻的阻值不随光照的变化而变化，故C正确，D错误．

2．(多选)对负温度系数的热敏电阻，正确的叙述是(　　)

A．受热后，电阻随温度的升高而迅速减小

B．受热后，电阻基本不变

C．热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度，反应快，而且精确度高

D．以上说法都不对

【答案】AC　【解析】负温度系数的热敏电阻随温度的升高其电阻减小，热敏电阻可以用来测量很小范围内的温度，反应快，而且精确度高，A、C正确，B、D错误．

3．如图所示，将一光敏电阻接入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时，表针的偏角为θ；现用手掌挡住部分光线，表针的偏角为θ′，则可判断(　　)

A．θ′＝θ　　　　　　 B．θ′＜θ

C．θ′＞θ 　　 D．不能确定

【答案】B　【解析】光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，用手掌挡住部分光线，阻值变大，指针自左向右偏转角度变小，B正确．

4．(多选)压敏电阻的阻值会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m，升降机静止时电流表示数为I0.某过程中电流表的示数如图乙所示，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

【答案】BD　【解析】由乙图知电流强度变为原来的两倍，而加在压敏电阻两端的电压不变，说明压敏电阻的阻值减小，即物体对压敏电阻的压力增大，物体所受支持力大于重力，升降机匀加速上升或匀减速下降，处于超重状态，故选B、D．

5．(多选)数码相机和数码摄像机在人们生活中的应用越来越普及．在数码摄像器材中，使用了一种新型的敏感元件，叫电荷耦合器(CCD)，下列关于CCD的说法正确的是(　　)

A．它能将光信号转换成模拟电信号

B．它能将模拟电信号转换为数字电信号

C．它是一种硅半导体芯片，上面布有数百万个光敏元件

D．它是一种硅半导体芯片，上面布有数百万个热敏元件

【答案】AC　【解析】CCD是一种硅半导体芯片，上面布有数百万个光敏元件，每个光敏元件都把它所受到的光转换成相应量的电荷，于是整块CCD就把一幅图像的光信号转换成相应的模拟电信号，然后再通过A/D转换器转换为数字信号，以便于计算机处理，故A、C正确．

6．有一电学元件，温度升高时其电阻减小，这种元件可能是(　　)

A．金属导体　　　　　 B．光敏电阻

C．热敏电阻 　　 D．霍尔元件

【答案】C　【解析】金属导体的电阻一般随温度升高而增大，光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小，正温度系数热敏电阻的阻值随温度的升高而增大，负温度系数热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，霍尔元件的电压随磁感应强度的增大而增大，故C正确，A、B、D错误．

7．下列说法正确的是(　　)

A．光敏电阻能够把电信号转换成光信号

B．干簧管是一种能够感知静电场的传感器

C．霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量

D．电容式位移传感器能够把电动势这个电学量转化为物体的位移这个力学量

【答案】C　【解析】光敏电阻能够把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量，故A错误；干簧管是能够感知磁场的传感器，故B错误；霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量，故C正确；电容式位移传感器是把位移这个力学量转化为电容这个电学量的，故D错误．

8．(多选)利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况，如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图乙所示．若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2 m，则下列说法正确的是(　　)

A．传送带运动的速度是0.1 m/s

B．传送带运动的速度是0.2 m/s

C．该传送带每小时输送3 600个工件

D．该传送带每小时输送7 200个工件

【答案】BC　【解析】从乙图可知，每间隔1秒的时间光传感器就输出一个电信号，而在这一段时间内传送带运动了两个工件之间的距离，所以传送带运动的速度是v＝ m/s＝0.2 m/s，故A错误，B正确；传送带每小时传送的距离为s＝vt＝0.2×3 600 m，工件个数为n＝个＝3 600个，故C正确，D错误．

9．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，情景简化如图甲所示，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电场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

【答案】B　【解析】载流子受磁场力而偏转，故A错误；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．

B组·能力提升

10．(多选)有一种测量人体重的电子秤，其原理如图中虚线内所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)．设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3 A，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，电阻R随压力变化的大小关系式为R＝30－0.01F(F和R的单位分别是N和Ω)．下列说法正确的是(　　)

A．该秤能测量的最大体重是1 400 N

B．该秤能测量的最大体重是2 800 N

C．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处

D．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.400 A处

【答案】BC　【解析】分析题意可知，理想电流表的量程为3 A，故电路中电流为3 A时，电子秤测量的体重最大，根据闭合电路欧姆定律可知，I＝，解得R＝2 Ω，其中R＝30－0.01F，联立解得F＝2 800 N，A错误，B正确；踏板空载时F＝0，代入R＝30－0.01F，解得R＝30 Ω，根据欧姆定律得，I＝0.375 A，该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处，C正确，D错误．

11．(多选)霍尔元件的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高(可达1 MHz)，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及烟雾等的污染或腐蚀，所以得到了广泛的应用．如图甲是常见的两种霍尔元件，图乙为其工作的原理图．在霍尔元件中通以大小恒定的电流，方向由a向b，将一磁体靠近时，在c、f两端将会有一定的电势差，下列说法正确的是(　　)

A．磁场无论是什么方向，c、f两端都会有电势差

B．只要保持磁感应强度大小不变，无论怎样改变磁场的方向，c、f两端的电势差都不会发生变化

C．当磁感应强度大小不变时，c、f两端的电势差会随所加磁场方向的变化而变化

D．在加上某一方向的磁场后，如果c、f两端有电势差，其数值会随磁感应强度的增大而增大

【答案】CD　【解析】霍尔元件的工作原理是磁场对运动电荷会产生力的作用，但当电荷运动的方向与磁场方向平行时，就不会受到磁场力的作用，c、f两端就不会产生电势差，A、B错误，C正确；当有磁场时，如果c、f两端产生电势差，由UH＝k可得，电势差的数值会随磁感应强度的增大而增大， D正确．

12．在第三次工业革命的今天，新材料的发现和运用尤为重要．我国某科研机构发现一种新型的半导体材料，目前已经知道这种半导体材料的载流子(参与导电的“带电粒子”)的电荷量的值是e(电子电荷量的绝对值)，但不知道它的电性和载流子的数密度n(单位体积中载流子的数量)．为了测定这种材料中的载流子是带正电还是带负电，以及载流子的数密度，科学家把这种材料先加工成一块长方体样品，这块样品的长、宽和厚度分别为a、b、d(如图所示)．现将这块样品接入电路中，且把靠外的平面标记为M，靠里的平面标记为N，然后在垂直于大平面的方向加上一个磁感应强度大小为B的匀强磁场，接通开关S，调节可变电阻R.使电路中产生合适的电流．然后用电压表判定M、N两个面的电势高低并测定M、N间的电压(也叫霍尔电压)，从而得到这种半导体材料载流子的电性和数密度．

(1)当M的电势比N的电势低时，材料中的载流子带________(填“正”或“负”)电．

(2)为了测定载流子的数密度n，除题目中已给出的数据外，　还需要测定的物理量有

________________________________________________________________________

______________________________________(写出物理量的含义并设定相应的符号)．

(3)根据题设条件和你测定的物理量，写出载流子的数密度的表达式n＝________.

【答案】(1)负　(2)电路中的电流强度I，MN间电压U　(3)

【解析】(1)M的电势比N的电势低，说明N极板带正电荷，结合左手定则可知，载流子带负电，导致M极板带负电．

(2)(3)载流子的洛伦兹力与电场力平衡，即F洛＝F电，

evB＝e ，

故U＝Bbv，

根据电流的微观表达式，有I＝nebdv，

联立解得n＝.

根据电阻定律，结合闭合电路欧姆定律，确定洛伦兹力与电场力的关系，还要测量MN间的电压U与通过的电流I.