2023版新教材高中物理第五章传感器专项1电容式传感器及应用课时作业教科版选择性必修第二册

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 eq\a\vs4\al(专) eq\a\vs4\al(项)1　电容式传感器及应用1．电容式传感器实质上是一个可变电容器，当某待测量发生变化时，能引起电容器的电容变化．如图是四个电容式传感器的示意图．下列通过改变电容器两极板正对面积实现信号传递的是(　　)A．图(a)、图(b) B．图(b)、图(c)C．图(c)、图(d) D．图(a)、图(d)2．传感器是采集信息的一种重要元件，如图所示是一种电容式压力传感器，当待测压力作用于可动电极时，使它发生形变，从而改变传感器的电容．若流经灵敏电流计的电流方向向左时，指针向右偏．当待测压力突然增大时，下列说法中正确的是(　　)A．电容器的电容将减小B．灵敏电流表指针向左偏转C．M点的电势比N点的低D．若电流计示数稳定且不为零，说明压力F不再变化3.如图所示的电路可将声音信号转化为电信号，该电路中右侧固定不动的金属板b与能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜a构成一个电容器，a、b通过导线与恒定电源两极相接．若声源S发出频率恒定的声波使a振动，则(　　)A．a振动过程中，a、b板间的电场强度不变B．a振动过程中，a、b板所带电荷量不变C．a振动过程中，灵敏电流表中始终有方向不变的电流D．a向右的位移最大时，a、b板所构成的电容器的电容最大4．(多选)如图所示，电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导体层内形成一个低电压交流电场．在触摸屏幕时，由于人体是导体，手指与内部导体层间会形成一个特殊电容(耦合电容)，电流由四边电极流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置．由以上信息可知(　　)A．电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指B．当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越大C．当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越小D．如果用戴了较厚手套的手触摸屏幕，照样能引起触摸屏动作5．如图所示为某汽车的加速度传感器的俯视图．金属块左、右侧分别连接电介质、轻质弹簧，弹簧与电容器固定在外框上，金属块可带动电介质相对于外框左右移动(不能上下移动)，电容器与电源连接，并串联计算机的信号采集器．关于该传感器的说法正确的是(　　)A．汽车保持静止时，电容器不带电B．汽车静止时与直线运动时，电容器的电容可能相同C．汽车由静止突然向右加速，电路中有逆时针方向的电流D．汽车向右做匀加速运动过程中，电路中始终有顺时针方向的电流6.利用电容传感器可检测矿井渗水，及时发出安全警报，从而避免事故的发生．如图所示是一种通过测量电容器电容的变化来检测矿井中液面高低的仪器原理图，A为位置固定的导体芯，B为导体芯外面的一层绝缘物质，C为导电液体(矿井中含有杂质的水)，A、B、C构成电容器．若矿井渗水(导电液体深度增大)，则电流(　　)A．从b向a，A、B、C构成的电容器放电B．从a向b，A、B、C构成的电容器放电C．从b向a，A、B、C构成的电容器充电D．从a向b，A、B、C构成的电容器充电7．随着生活水平的提高，电子秤已经成为日常生活中不可或缺的一部分，电子秤的种类也有很多，如图所示是用平行板电容器制成的厨房用电子秤及其电路简图．称重时，把物体放到电子秤面板上，压力作用会导致平行板上层膜片电极下移．则(　　)A.电容器储存的电能减少B．电容器的电容减小，带电荷量减小C．膜片下移过程中，电流表有a到b的电流D．电子秤是一个压力传感器，稳定后电容器两板间电压等于电源电动势8.如图所示，有的计算机键盘的每一个键下面连一小块金属片，与该金属片隔有一定空气间隙处放有另一片小的固定金属片，这两片金属片组成一个小电容器，该电容器的电容C可用公式C＝Eeq \f(S,d)计算，式中常量E＝9×10－12F/m，S表示金属片的正对面积，d表示两金属片间的距离，当键被按下时，此小电容器的电容C发生变化，与之相连的电子线路就能检测出是哪个键被按下了，从而给出相应的信号，设每个金属片的正对面积为50mm2，键未按下时两金属片间的距离为0.6mm.如果电容变化0.25pF，电子线路恰能检测出必要的信号，则键至少需被按下(　　)A．0.45mmB．0.3mmC．0.2mmD．0.15mm9．(多选)微信运动步数的测量是通过手机内电容式加速度传感器实现的．如图，M极板固定，当手机的加速度变化时，N极板只能按图中标识的“前后”方向运动，图中R为定值电阻．下列对传感器描述正确的是(　　)A．静止时，电流表示数为零，电容器M极板带正电B．由静止突然向前加速时，电容器的电容增大C．由静止突然向前加速时，电流由b向a流过电流表D.保持向前匀减速运动时，电阻R以恒定功率发热专项1　电容式传感器及应用1．答案：A解析：由图可知图(a)、图(b)通过改变电容器两极板正对面积实现信号传递；图(c)通过改变电容器两极板的距离实现信号传递；图(d)通过改变电容器两极板间的电介质实现信号传递．故选A.2．答案：C解析：由题可知，电容器的电压不变，当待测压力突然增大时，F向上压膜片电极，由C＝eq \f(εrS,4πkd)，可知d减小，电容增大，故A错误；由题可知，电容器的电压不变，若F向上压膜片电极，电容增大，电量增大，电容器充电，电路中形成逆时针方向的电流，则灵敏电流计指针向右偏；电流从N流向M，故M点的电势比N点的低，故B错误，C正确；若电流计示数稳定且不为零，说明电容器正在充放电，电容器的电容变化，说明压力F变化，故D错误．3．答案：D解析：由于平行板电容器两极板与电源两极相连接，因此两极板间的电压U保持不变，根据E＝eq \f(U,d)，C＝eq \f(εrS,4πkd)可判断A错误，D正确．再由Q＝CU可知，B错误．由于Q变化，电容器出现充电、放电现象，显然电流表中电流方向不断变化，C错误．4．答案：AB解析：电容式触摸屏在原理上是把人体当作电容器的一个极板，把导体层当作另一个极板，故A正确；手指与屏的接触面积越大，两个极板的正对面积越大，电容越大，故B正确，C错误；如果戴了较厚手套或手持不导电的物体触摸屏幕时没有反应，这是因为手与导体层距离较大，不能引起导体层电场的变化，D错误．5．答案：B解析：汽车保持静止时，Q＝CU，电容器带电，故A错误；汽车静止时与匀速直线运动时，弹簧的长度不变，电介质在极板间的长度是一样的，电容器的电容相同，故B正确；当汽车突然向右匀加速直线运动时，根据牛顿第一定律可知，弹力大小不变，弹簧长度不变，则电容器电介质相对于电容器向左运动，由C＝eq \f(εS,4πkd)，可知电容变大，因两极的电压不变，则电容器的电荷量变大，电路中有顺时针方向的电流，故C错误；汽车向右做匀加速运动过程中，加速度不变，弹簧伸长量不变，电容器充电完成后，不再有电流，故D错误．6．答案：D解析：由题图可知，导电液体和导体芯构成了电容器，可近似为平行板电容器，由C＝eq \f(εrS,4πkd)可知，当液面升高时，电容器极板正对面积S增大，故电容增大，A、C间电势差不变，再由C＝eq \f(Q,U)知，电容器电荷量增大，因此电容器处于充电状态，电流从a向b，故选D.7．答案：D解析：根据电容器表达式C＝eq \f(εrS,4πkd)，当两个极板的距离减小时，电容器的电容增大；再根据电容器定义式C＝eq \f(Q,U)，由于电容器一直和电源相连，电压不变，当电容增大时，带电荷量增大，则电容器储存的电能增加；所以A、B错误；C膜片下移过程中，电容器充电，则电流表有b到a的电流，选项C错误；电子秤是一个压力传感器，当压力稳定后，电容器停止充电，电路中的电流为零，即电流表示数为零，两极板的电势差不变，等于电源的电动势，所以D正确．故选D.8．答案：D解析：计算机键盘是一个电容式传感器，由题意知是通过改变两极板间距来改变电容，得到相应的电信号，又因两极板间距减小，电容变大，设原间距为d0，按下后两极板间距为d时电子线路恰能检测出必要的信号．根据C＝Eeq \f(S,d)，可得ΔC＝ES(eq \f(1,d)－eq \f(1,d0))，代入数据得d＝0.45mm.由题意可知，恰能使电子线路检测出必要信号，所需按下的距离至少为0.6mm－0.45mm＝0.15mm，故D正确．9．答案：AC解析：静止时，N极板处于平衡状态，两弹簧的弹力之和等于N极板的重力，两极板之间的距离d不变，根据C＝eq \f(εrS,4πkd)，则电容器的C不变，根据Q＝CU，电压不变，则电容器的电荷不会发生变化，故电流表示数为零，M极板与电源正极相连，故M极板带正电，故A正确；由静止向前加速，加速度向前，两弹簧的弹力之和要大于N极板的重力，弹簧的弹力增大，弹簧被压缩更多，M、N之间的距离d增大，根据C＝eq \f(εrS,4πkd)，故电容器电容C减小，根据Q＝CU，则电容器的电荷量减小，N极板与电源负极相连，故其带负电，电荷量减小时，负电荷由N极板流向电源负极，故电流由b到a流过电流表，故B错误，C正确；保持向前匀减速运动时，加速度恒定，故M、N极板之间的距离d也会维持在一个稳定值，电容器稳定之后，电路相当于断路，电路中没有电流流过，此时电阻R不会发热，故D错误．