高考物理母题解读(十一)交变电流6传感器

高考母题解读高考题千变万化，但万变不离其宗。千变万化的新颖高考题都可以看作是由母题衍生而来。研究母题，掌握母题解法，使学生触类旁通，举一反三，可使学生从题海中跳出来，轻松备考，事半功倍。母题6：传感器【方法归纳】传感器是能够把它感受到的力、温度、光、声、磁、化学等非电学量按照一定规律转化为电压、电流等电学量。干簧管可以把感知的磁场转化为电流，光敏电阻可以把光照转化为电阻、热敏电阻可以把温度转化为电学量，霍尔元件可以把磁感应强度转化为电压这个电学量，话筒可以把声音转化为电流。典例6．（2011江苏物理）美国科学家WillardS.Boyle与GeorgeE.Snith因电荷耦合器件(CCD)的重要发明获得2009年度诺贝尔物理学奖。CCD是将光学量转变成电学量的传感器。下列器件可作为传感器的有A．发光二极管B。热敏电阻C。霍尔元件D。干电池【针对训练题精选解析】1（2010北京理综）利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域。如图1，将一金属或半导体薄片垂直至于磁场B中，在薄片的两个侧面a、b间通以电流I时，另外两侧c、f间产生电势差，这一现象称霍尔效应。其原因是薄片中的移动电荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累，于是c、f间建立起电场ＥＨ，同时产生霍尔电势差ＵＨ。当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时，ＥＨ和ＵＨ达到稳定值，ＵＨ的大小与I和B以及霍尔元件厚度d之间满足关系式HHIBURd，其中比例系数ＲＨ称为霍尔系数，仅与材料性质有关。（1）设半导体薄片的宽度（c、f间距）为l，请写出ＵＨ和ＥＨ的关系式；若半导体材料是电子导电的，请判断图１中c、f哪端的电势高；（2）已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为ｎ，电子的电荷量为ｅ，请导出霍尔系数RH的表达式。（通过横截面积Ｓ的电流I=nevS，其中v是导电电子定向移动的平均速率）；（3）图2是霍尔测速仪的示意图，将非磁性圆盘固定在转轴上，圆盘的周边等距离地嵌装着ｍ个永磁体，相邻永磁体的极性相反。霍尔元件置于被测圆盘的边缘附近。当圆盘匀速转动时，霍尔元件输出的电压脉冲信号图像如图３所示。ａ.若在时间ｔ内，霍尔元件输出的脉冲数目为P，请导出圆盘转速N的表达式。ｂ.利用霍尔测速仪可以测量汽车行驶的里程。除除此之外，请你展开“智慧的翅膀”，提出另一个实例或设想。2（2008海南物理第11题）当光照射到光敏电阻上时，光敏电阻的阻值（填“变大”、“不变”或“变小”）．半导体热敏电阻是利用半导体材料的电阻率随变化而改变的特性制成的．答案：变小温度3．传感器是自动控制设备中不可缺少的元件。图5是一种测定位移的电容式传感器电路，电源电动势为E，电路中电阻阻值为R。在该电路中闭合一段时间后，使工件（电介质）缓慢向左移动，则在工件移动的过程中，A．通过电流表G的电流方向由a至bB.通过电流表G的电流方向由b至aC.通过电流表G的电流始终为零D.电容器两极板之间的电压等于电源电动势E4.大型电子地磅实际是一将压力转化为电流的传感器。如图6所示为大型电子地磅电路图，图5电源电动势为E，内阻不计．不称物体时，滑片P在A端，滑动变阻器接入电路的有效电阻最大，电流较小；称重物时，在压力作用下使滑片P下滑，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大，这样把电流对应的重量值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的重量值．若滑动变阻器上A、B间距离为L，最大阻值等于电阻阻值R0，已知两只弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k，所称重物的重量G与电流大小I的关系为（）5．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱、恒温箱等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度而变化的特性工作的。在图7甲中，电源的电动势E＝9.0V，内电阻可忽略不计；G为灵敏电流计，内阻保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图7乙的R－t图线。闭合开关，当R的温度等于20℃时，电流表的示数为2mA；当电流表的示数为3.6mA时，热敏电阻R的温度是（）A．35℃B．60℃.C．90℃.D．120℃.图7甲图7乙6.如图8（甲）所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光敏电阻R能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光，光传感器B就输出一个电信号，并经信号处理器处理后在屏幕显示出电信号与时间的关系，如图8（乙）所示。若传送带保持匀加速运动，每个工件均相对传送带静止，且相邻工件间距依次为5、10、15、20……（单位：cm）。则下述说法正确的是(不计工件挡住的时间)()A.工件加速度为0.1m/s2B.工件加速度为0.2m/s2C.当无光照射R时，光传感器就输出一次高电压D.当无光照射R时，光传感器就输出一次低电压7．某一电学黑箱内可能有电容器、电感线圈、定值电阻等元件，在接线柱间以如图10甲所示的“Z”字形连接（两接线柱间只有一个元件）。为了确定各元件种类，小华同学把DIS计算机铺助实验系统中的电流传感器（相当于电流表）与一直流电源、滑动变阻器、开关串联后，分别将AB、BC、CD接入电路，闭合开关，计算机显示的电流随时间变化的图象分别如图10乙a、b、c所示，则下列说法错误的是（）A．AB间是电感线圈B．AB间是电容器C．CD间是定值电阻D．BC间是电感线圈图1图10甲图10乙8．氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测，它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化．在如图11甲所示的电路中，不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻，这样，电压表的指针位置就与一氧化碳浓度有了对应关系，观察电压表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标．有一种氧化锡传感器，其技术资料中给出的是电导(即电阻的倒数)一CO浓度曲线，如图11乙所示．在下列表示一氧化碳浓度c与电压表示数U0之间关系的图象中正确的是D答案：D解析：由资料中给出的是电导(即电阻的倒数)一CO浓度曲线可知电导与CO浓度成正比，CO浓度越大，传感器电阻越小，电路中电流越大，电压表示数越大，但是电压表示数与CO浓度不是成正比关系，所以正确选项是D。图11甲图11乙9.图12甲是某同学设计的电容式速度传感器原理图，其中上板为固定极板，下板为待测物体，在两极板间电压恒定的条件下，极板上所带电量Q将随待测物体的上下运动而变化，若Q随时间t的变化关系为Q=bta（a、b为大于零的常数），其图象如图12乙所示，那么图12丙、图12丁中反映极板间场强大小E和物体速率v随t变化的图线可能是A.①和③B.①和④C.②和③D.②和④10．如图（a），匝数n=630匝、面积S=0.2m2、、总电阻r=1.0Ω的线圈处在变化的磁场中，磁场的磁感应强度B随时间t按图（b）所示规律变化，方向垂直线圈平面。图（a）中传感器可看成一个纯电阻R，并标有“3V、0.9W”，滑动变阻器R0上标有“10Ω、1A”。（1）设磁场垂直纸面向外为正方向，试判断通过电流表的电流方向。（2）若图b中t0=80s，则图中电压表的读数是多大？（3）为了保证电路的安全，求电路中允许通过的最大电流。（4）若滑动变阻器触头置于最左端，为了保证电路的安全，图（b）中的t0最小值是多少？11（2005上海物理第23题)一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动，在圆盘上沿半径开有一条宽度为2mm的均匀狭缝．将激光器与传感器上下对准，使二者间连线与转轴平行，分别置于圆盘的上下两侧，且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移动，激光器连续向下发射激光束．在圆盘转动过程中，当狭缝经过激光器与传感器之间时，传感器接收到一个激光信号，并将其输入计算机，经处理后画出相应图线．图(a)为该装置示意图，图(b)为所接收的光信号随时间变化的图线，横坐标表示时间，纵坐标表示接收到的激光信号强度，图中Δt1=1．0×10-3s，Δt2=0.8×10-3s．(1)利用图(b)中的数据求1s时圆盘转动的角速度；(2)说明激光器和传感器沿半径移动的方向；(3)求图(b)中第三个激光信号的宽度Δt3．