2常见传感器的工作原理及应用 课后训练提升 基础巩固 一、选择题（第1~4题为单选题，第5~7题为多选题） 1.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，霍尔元件是把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电 学量，选项C正确，A、B、D错误。 2.如图甲所示的电路中，光敏电阻R2加上图乙所示的光照时，R2两端的电压变化 规律是() 光照 A△ B 答案B 解析：光敏电阻随光照的增强电阻减小，电路中电流增大，电阻R1两端电压增大，R2 两端电压减小，但不能减小到零。故选项B正确。 3.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() 蛋尔 元件 轮齿 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
2 常见传感器的工作原理及应用 课后· 基础巩固 一、选择题(第 1~4 题为单选题,第 5~7 题为多选题) 1.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,霍尔元件是把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电 学量,选项 C 正确,A、B、D 错误。 2.如图甲所示的电路中,光敏电阻 R2 加上图乙所示的光照时,R2 两端的电压变化 规律是( ) 答案:B 解析:光敏电阻随光照的增强电阻减小,电路中电流增大,电阻 R1 两端电压增大,R2 两端电压减小,但不能减小到零。故选项 B 正确。 3.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1800rmin,转子上齿数为150，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，故选项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，故选项B正确：霍尔电压 U阻品c越大，阻越小，故选项C错误，每个轮苦经过，都会引发一次脉冲，则年分 钟脉冲数量为1800×150=270000，故选项D错误。 4.为监测某化工厂的污水排放量技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示 的流量计。该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c,左、右两端开 口。在垂直于上、下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在前、后两个 内侧面分别固定有金属板作为电极，污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表 将显示两个电极间的电压U。若用Q表示污水流量（单位时间内排出的污水体 积)，下列说法正确的是( ) A.若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高 B.若污水中负离子较多，则前表面比后表面电势高 C.污水中离子浓度越高，电压表的示数越大 D.污水流量Q与U成正比 答案D 解析：由左手定则可以判断出正离子较多时，正离子受到的洛伦兹力使其向后表面 偏转聚集而导致后表面电势比前表面电势高：同理，负离子较多时，负离子向前表 面偏转聚集而导致前表面电势比后表面电势低，故选项A、B错误。设前、后表 面间的最高电压为U,则鳄-qB,所以U=Bb,由此可知U与离子浓度无关，故选项 C错误。因Q=bc,而U=Bb,所以Q告选项D正确。 5.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、力传感器（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，己知理想电流表的量程为3A, 电源电动势为12V,内阻为2，电阻R随压力变化的函数式为R=30-0.01F(F和 R的单位分别是N和2)。下列说法正确的是( 踏板 G 力传感器R
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,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,故选项 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,故选项 B 正确;霍尔电压 UH= 𝐵𝐼 𝑛𝑞𝑐 ,c 越大,UH 越小,故选项 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 1 800×150=270 000,故选项 D 错误。 4.为监测某化工厂的污水排放量,技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示 的流量计。该装置由绝缘材料制成,长、宽、高分别为 a、b、c,左、右两端开 口。在垂直于上、下底面方向加磁感应强度大小为 B 的匀强磁场,在前、后两个 内侧面分别固定有金属板作为电极,污水充满管口从左向右流经该装置时,电压表 将显示两个电极间的电压 U。若用 Q 表示污水流量(单位时间内排出的污水体 积),下列说法正确的是( ) A.若污水中正离子较多,则前表面比后表面电势高 B.若污水中负离子较多,则前表面比后表面电势高 C.污水中离子浓度越高,电压表的示数越大 D.污水流量 Q 与 U 成正比 答案:D 解析:由左手定则可以判断出正离子较多时,正离子受到的洛伦兹力使其向后表面 偏转聚集而导致后表面电势比前表面电势高;同理,负离子较多时,负离子向前表 面偏转聚集而导致前表面电势比后表面电势低,故选项 A、B 错误。设前、后表 面间的最高电压为 U,则 𝑞𝑈 𝑏 =qvB,所以 U=vBb,由此可知 U 与离子浓度无关,故选项 C 错误。因 Q=vbc,而 U=vBb,所以 Q=𝑈𝑐 𝐵 ,选项 D 正确。 5.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、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 随压力变化的函数式为 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1400N B.该秤能测量的最大体重是2800N 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0.375A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0.400A处 答案BC 解析：分析题意可知，理想电流表的量程为3A,故电路中电流为3A时，电子秤测 量的体重最大，根据闭合电路欧姆定律可知，I车解得R=20,其中R=300.01F, 联立解得F=2800N,选项A错误，B正确：踏板空载时F=0,代入R=30-0.01F,解得 R=302,根据欧姆定律得，I=0.375A,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0.375A处，选项C正确，D错误。 6.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，图甲为某工厂 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( u/mV 甲 A.传送带运动的速度是0.1m/s B.传送带运动的速度是0.2m/s C.该传送带每小时输送3600个工件 D.该传送带每小时输送7200个工件 答案BC 解析：从题图乙可知，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=2 m/s=0.2m/s,故选项A错误，B正确：传送带每小时传送的距离为s=vt=0.2×3600 m,工件个数为n=3600x02=3600,故选项C正确，D错误。 0.2 7数码相机和数码摄像机在人们生活中的应用越来越广泛。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
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= 𝐸 𝑅+𝑟 ,解得 R=2 Ω,其中 R=30-0.01F, 联立解得 F=2 800 N,选项 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,选项 C 正确,D 错误。 6.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,图甲为某工厂 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:从题图乙可知,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= 0.2 1 m/s=0.2 m/s,故选项 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= 3 600×0.2 0.2 =3 600,故选项 C 正确,D 错误。 7.数码相机和数码摄像机在人们生活中的应用越来越广泛。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AD转换器转换为数字信号，以便于计算机处 理，故选项A、C正确。 二、非选择题 8温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家电产品中，它是利用热 敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特性工作的。图甲中电源的电动势E=9.0 V,内阻可忽略不计：G为灵敏电流表，内阻R保持不变：R为热敏电阻，其电阻值与 温度的变化关系如图乙的R-1图线所示。闭合开关，当R的温度等于120℃时，电 流表示数=3mA。 ↑Rk G 020406080100120140160t/°C 免 乙 (1)求电流表G的内阻Rg。 (2)当电流表的示数h=1.8mA时，求热敏电阻R的温度。 答案：(1)10002(2)20℃ 解析(1)由题图乙知热敏电阻R的温度在120℃时，电阻为2k2,闭合电路的电 流为1=3mA 根据闭合电路欧姆定律得 R号R-(x-2×10）0=1000Q. (2)当电流表的示数2=1.8mA时，有 R-号Re-(1o-1×10）0=40000 由题图乙可知当热敏电阻R阻值为40000时，温度为20℃。 9.如图所示，小铅球P系在细金属丝下，悬挂在O点，开始时小铅球P沿竖直方向 处于静止状态。当将小铅球P放入水平流动的水中时，球向左摆动一定的角度日 水流速度越大，0越大。为了测定水流对小球作用力的大小，在水平方向固定一根 电阻丝BC,其长为1，它与金属丝接触良好，不计摩擦和金属丝的电阻，C端在O点 正下方处，且loc=h。图中还有电动势为E的电源（内阻不计）和一只电压表。请 你连接一个电路，使得当水速增大时，电压表示数增大，并求出电压表示数U与角 度0之间的关系式
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,故选项 A、C 正确。 二、非选择题 8.温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家电产品中,它是利用热 敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特性工作的。图甲中电源的电动势 E=9.0 V,内阻可忽略不计;G 为灵敏电流表,内阻 Rg保持不变;R 为热敏电阻,其电阻值与 温度的变化关系如图乙的 R-t 图线所示。闭合开关,当 R 的温度等于 120 ℃时,电 流表示数 I1=3 mA。 (1)求电流表 G 的内阻 Rg。 (2)当电流表的示数 I2=1.8 mA 时,求热敏电阻 R 的温度。 答案:(1)1 000 Ω (2)20 ℃ 解析:(1)由题图乙知热敏电阻 R 的温度在 120 ℃时,电阻为 2 kΩ,闭合电路的电 流为 I1=3 mA 根据闭合电路欧姆定律得 Rg= 𝐸 𝐼1 -R=( 9 3×10 -3 -2 × 10 3 ) Ω=1 000 Ω。 (2)当电流表的示数 I2=1.8 mA 时,有 R=𝐸 𝐼2 -Rg=( 9 1.8×10 -3 -1 × 10 3 ) Ω=4 000 Ω 由题图乙可知当热敏电阻 R 阻值为 4 000 Ω 时,温度为 20 ℃。 9.如图所示,小铅球 P 系在细金属丝下,悬挂在 O 点,开始时小铅球 P 沿竖直方向 处于静止状态。当将小铅球 P 放入水平流动的水中时,球向左摆动一定的角度 θ, 水流速度越大,θ 越大。为了测定水流对小球作用力的大小,在水平方向固定一根 电阻丝 BC,其长为 l,它与金属丝接触良好,不计摩擦和金属丝的电阻,C 端在 O 点 正下方处,且 lOC=h。图中还有电动势为 E 的电源(内阻不计)和一只电压表。请 你连接一个电路,使得当水速增大时,电压表示数增大,并求出电压表示数 U 与角 度 θ 之间的关系式
二水流方向 答案：见解析 解析：电路图如图所示。 /D 士二水流方向 设=xP球年衡时，由平衡条件可得an0品=月 ① 根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律可得 1=号 ② 根据电阻定律可得RC=店 ③ R-Ps ④ 由①②③④式可得U=angh 1 因为水流速度越大，0越大，所以U越大。 拓展提高 一、选择题（第1~3题为单选题，第4~5题为多选题） 1如图所示，一段长方体导电材料，左右两端面的边长分别为α和b,内有电荷量为 9的某种自由运动电荷。导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中， 内部磁感应强度大小为B。当通以从左到右的稳恒电流I时，测得导电材料上、 下表面之间的电压为U,且上表面的电势比下表面的低。由此可得该导电材料单 位体积内自由运动电荷数及自由运动电荷的正负分别为() B A品负 B品正 c品负 D正 答案：C 解析：因导电材料上表面的电势比下表面的低，故上表面带负电荷，根据左手定则 可判断自由运动电荷带负电，则选项B、D错误：设长方体形材料长度为1，总电荷
答案:见解析 解析:电路图如图所示。 设 lCD=x,P 球平衡时,由平衡条件可得 tan θ= 𝐹 𝑚𝑔 = 𝑥 ℎ ① 根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律可得 I= 𝐸 𝑅𝐵𝐶 = 𝑈 𝑅𝑥 ② 根据电阻定律可得 RBC=ρ 𝑙 𝑆 ③ Rx=ρ 𝑥 𝑆 ④ 由①②③④式可得 U=tan𝜃·𝐸ℎ 𝑙 因为水流速度越大,θ 越大,所以 U 越大。 拓展提高 一、选择题(第 1~3 题为单选题,第 4~5 题为多选题) 1.如图所示,一段长方体导电材料,左右两端面的边长分别为 a 和 b,内有电荷量为 q 的某种自由运动电荷。导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中, 内部磁感应强度大小为 B。当通以从左到右的稳恒电流 I 时,测得导电材料上、 下表面之间的电压为 U,且上表面的电势比下表面的低。由此可得该导电材料单 位体积内自由运动电荷数及自由运动电荷的正负分别为( ) A. 𝐼𝐵 |𝑞|𝑎𝑈 ,负 B. 𝐼𝐵 |𝑞|𝑎𝑈 ,正 C. 𝐼𝐵 |𝑞|𝑏𝑈 ,负 D. 𝐼𝐵 |𝑞|𝑏𝑈 ,正 答案:C 解析:因导电材料上表面的电势比下表面的低,故上表面带负电荷,根据左手定则 可判断自由运动电荷带负电,则选项 B、D 错误;设长方体形材料长度为 l,总电荷