2023版新教材高中物理第五章傳感器專(zhuān)項(xiàng)1電容式傳感器及應(yīng)用課時(shí)作業(yè)教科版選擇性必修第二冊(cè)

這是一份2023版新教材高中物理第五章傳感器專(zhuān)項(xiàng)1電容式傳感器及應(yīng)用課時(shí)作業(yè)教科版選擇性必修第二冊(cè)，共5頁(yè)。
 eq\a\vs4\al(專(zhuān)) eq\a\vs4\al(項(xiàng))1　電容式傳感器及應(yīng)用 1．電容式傳感器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)可變電容器，當(dāng)某待測(cè)量發(fā)生變化時(shí)，能引起電容器的電容變化．如圖是四個(gè)電容式傳感器的示意圖．下列通過(guò)改變電容器兩極板正對(duì)面積實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞的是(　　) A．圖(a)、圖(b) B．圖(b)、圖(c) C．圖(c)、圖(d) D．圖(a)、圖(d) 2．傳感器是采集信息的一種重要元件，如圖所示是一種電容式壓力傳感器，當(dāng)待測(cè)壓力作用于可動(dòng)電極時(shí)，使它發(fā)生形變，從而改變傳感器的電容．若流經(jīng)靈敏電流計(jì)的電流方向向左時(shí)，指針向右偏．當(dāng)待測(cè)壓力突然增大時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．電容器的電容將減小 B．靈敏電流表指針向左偏轉(zhuǎn) C．M點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的低 D．若電流計(jì)示數(shù)穩(wěn)定且不為零，說(shuō)明壓力F不再變化 3. 如圖所示的電路可將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，該電路中右側(cè)固定不動(dòng)的金屬板b與能在聲波驅(qū)動(dòng)下沿水平方向振動(dòng)的鍍有金屬層的振動(dòng)膜a構(gòu)成一個(gè)電容器，a、b通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與恒定電源兩極相接．若聲源S發(fā)出頻率恒定的聲波使a振動(dòng)，則(　　) A．a(chǎn)振動(dòng)過(guò)程中，a、b板間的電場(chǎng)強(qiáng)度不變 B．a(chǎn)振動(dòng)過(guò)程中，a、b板所帶電荷量不變 C．a(chǎn)振動(dòng)過(guò)程中，靈敏電流表中始終有方向不變的電流 D．a(chǎn)向右的位移最大時(shí)，a、b板所構(gòu)成的電容器的電容最大 4．(多選)如圖所示，電容式觸摸屏的構(gòu)造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜導(dǎo)體層，再在導(dǎo)體層外加上一塊保護(hù)玻璃，電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長(zhǎng)的電極，在導(dǎo)體層內(nèi)形成一個(gè)低電壓交流電場(chǎng)．在觸摸屏幕時(shí)，由于人體是導(dǎo)體，手指與內(nèi)部導(dǎo)體層間會(huì)形成一個(gè)特殊電容(耦合電容)，電流由四邊電極流向觸點(diǎn)，而電流強(qiáng)弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏后的控制器便會(huì)計(jì)算電流的比例及強(qiáng)弱，準(zhǔn)確算出觸摸點(diǎn)的位置．由以上信息可知(　　) A．電容式觸摸屏的兩極板分別是導(dǎo)體層和手指 B．當(dāng)用手觸摸屏幕時(shí)，手指與屏的接觸面積越大，電容越大 C．當(dāng)用手觸摸屏幕時(shí)，手指與屏的接觸面積越大，電容越小 D．如果用戴了較厚手套的手觸摸屏幕，照樣能引起觸摸屏動(dòng)作 5．如圖所示為某汽車(chē)的加速度傳感器的俯視圖．金屬塊左、右側(cè)分別連接電介質(zhì)、輕質(zhì)彈簧，彈簧與電容器固定在外框上，金屬塊可帶動(dòng)電介質(zhì)相對(duì)于外框左右移動(dòng)(不能上下移動(dòng))，電容器與電源連接，并串聯(lián)計(jì)算機(jī)的信號(hào)采集器．關(guān)于該傳感器的說(shuō)法正確的是(　　) A．汽車(chē)保持靜止時(shí)，電容器不帶電 B．汽車(chē)靜止時(shí)與直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電容器的電容可能相同 C．汽車(chē)由靜止突然向右加速，電路中有逆時(shí)針?lè)较虻碾娏?D．汽車(chē)向右做勻加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電路中始終有順時(shí)針?lè)较虻碾娏?6. 利用電容傳感器可檢測(cè)礦井滲水，及時(shí)發(fā)出安全警報(bào)，從而避免事故的發(fā)生．如圖所示是一種通過(guò)測(cè)量電容器電容的變化來(lái)檢測(cè)礦井中液面高低的儀器原理圖，A為位置固定的導(dǎo)體芯，B為導(dǎo)體芯外面的一層絕緣物質(zhì)，C為導(dǎo)電液體(礦井中含有雜質(zhì)的水)，A、B、C構(gòu)成電容器．若礦井滲水(導(dǎo)電液體深度增大)，則電流(　　) A．從b向a，A、B、C構(gòu)成的電容器放電 B．從a向b，A、B、C構(gòu)成的電容器放電 C．從b向a，A、B、C構(gòu)成的電容器充電 D．從a向b，A、B、C構(gòu)成的電容器充電 7．隨著生活水平的提高，電子秤已經(jīng)成為日常生活中不可或缺的一部分，電子秤的種類(lèi)也有很多，如圖所示是用平行板電容器制成的廚房用電子秤及其電路簡(jiǎn)圖．稱(chēng)重時(shí)，把物體放到電子秤面板上，壓力作用會(huì)導(dǎo)致平行板上層膜片電極下移．則(　　) A.電容器儲(chǔ)存的電能減少 B．電容器的電容減小，帶電荷量減小 C．膜片下移過(guò)程中，電流表有a到b的電流 D．電子秤是一個(gè)壓力傳感器，穩(wěn)定后電容器兩板間電壓等于電源電動(dòng)勢(shì) 8. 如圖所示，有的計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)的每一個(gè)鍵下面連一小塊金屬片，與該金屬片隔有一定空氣間隙處放有另一片小的固定金屬片，這兩片金屬片組成一個(gè)小電容器，該電容器的電容C可用公式C＝Eeq \f(S,d)計(jì)算，式中常量E＝9×10－12F/m，S表示金屬片的正對(duì)面積，d表示兩金屬片間的距離，當(dāng)鍵被按下時(shí)，此小電容器的電容C發(fā)生變化，與之相連的電子線(xiàn)路就能檢測(cè)出是哪個(gè)鍵被按下了，從而給出相應(yīng)的信號(hào)，設(shè)每個(gè)金屬片的正對(duì)面積為50mm2，鍵未按下時(shí)兩金屬片間的距離為0.6mm.如果電容變化0.25pF，電子線(xiàn)路恰能檢測(cè)出必要的信號(hào)，則鍵至少需被按下(　　) A．0.45mmB．0.3mm C．0.2mmD．0.15mm 9．(多選)微信運(yùn)動(dòng)步數(shù)的測(cè)量是通過(guò)手機(jī)內(nèi)電容式加速度傳感器實(shí)現(xiàn)的．如圖，M極板固定，當(dāng)手機(jī)的加速度變化時(shí)，N極板只能按圖中標(biāo)識(shí)的“前后”方向運(yùn)動(dòng)，圖中R為定值電阻．下列對(duì)傳感器描述正確的是(　　) A．靜止時(shí)，電流表示數(shù)為零，電容器M極板帶正電 B．由靜止突然向前加速時(shí)，電容器的電容增大 C．由靜止突然向前加速時(shí)，電流由b向a流過(guò)電流表 D.保持向前勻減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，電阻R以恒定功率發(fā)熱 專(zhuān)項(xiàng)1　電容式傳感器及應(yīng)用 1．答案：A 解析：由圖可知圖(a)、圖(b)通過(guò)改變電容器兩極板正對(duì)面積實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞；圖(c)通過(guò)改變電容器兩極板的距離實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞；圖(d)通過(guò)改變電容器兩極板間的電介質(zhì)實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞．故選A. 2．答案：C 解析：由題可知，電容器的電壓不變，當(dāng)待測(cè)壓力突然增大時(shí)，F(xiàn)向上壓膜片電極，由C＝eq \f(εrS,4πkd)，可知d減小，電容增大，故A錯(cuò)誤；由題可知，電容器的電壓不變，若F向上壓膜片電極，電容增大，電量增大，電容器充電，電路中形成逆時(shí)針?lè)较虻碾娏?，則靈敏電流計(jì)指針向右偏；電流從N流向M，故M點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的低，故B錯(cuò)誤，C正確；若電流計(jì)示數(shù)穩(wěn)定且不為零，說(shuō)明電容器正在充放電，電容器的電容變化，說(shuō)明壓力F變化，故D錯(cuò)誤． 3．答案：D 解析：由于平行板電容器兩極板與電源兩極相連接，因此兩極板間的電壓U保持不變，根據(jù)E＝eq \f(U,d)，C＝eq \f(εrS,4πkd)可判斷A錯(cuò)誤，D正確．再由Q＝CU可知，B錯(cuò)誤．由于Q變化，電容器出現(xiàn)充電、放電現(xiàn)象，顯然電流表中電流方向不斷變化，C錯(cuò)誤． 4．答案：AB 解析：電容式觸摸屏在原理上是把人體當(dāng)作電容器的一個(gè)極板，把導(dǎo)體層當(dāng)作另一個(gè)極板，故A正確；手指與屏的接觸面積越大，兩個(gè)極板的正對(duì)面積越大，電容越大，故B正確，C錯(cuò)誤；如果戴了較厚手套或手持不導(dǎo)電的物體觸摸屏幕時(shí)沒(méi)有反應(yīng)，這是因?yàn)槭峙c導(dǎo)體層距離較大，不能引起導(dǎo)體層電場(chǎng)的變化，D錯(cuò)誤． 5．答案：B 解析：汽車(chē)保持靜止時(shí)，Q＝CU，電容器帶電，故A錯(cuò)誤；汽車(chē)靜止時(shí)與勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧的長(zhǎng)度不變，電介質(zhì)在極板間的長(zhǎng)度是一樣的，電容器的電容相同，故B正確；當(dāng)汽車(chē)突然向右勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)牛頓第一定律可知，彈力大小不變，彈簧長(zhǎng)度不變，則電容器電介質(zhì)相對(duì)于電容器向左運(yùn)動(dòng)，由C＝eq \f(εS,4πkd)，可知電容變大，因兩極的電壓不變，則電容器的電荷量變大，電路中有順時(shí)針?lè)较虻碾娏?，故C錯(cuò)誤；汽車(chē)向右做勻加速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，加速度不變，彈簧伸長(zhǎng)量不變，電容器充電完成后，不再有電流，故D錯(cuò)誤． 6．答案：D 解析：由題圖可知，導(dǎo)電液體和導(dǎo)體芯構(gòu)成了電容器，可近似為平行板電容器，由C＝eq \f(εrS,4πkd)可知，當(dāng)液面升高時(shí)，電容器極板正對(duì)面積S增大，故電容增大，A、C間電勢(shì)差不變，再由C＝eq \f(Q,U)知，電容器電荷量增大，因此電容器處于充電狀態(tài)，電流從a向b，故選D. 7．答案：D 解析：根據(jù)電容器表達(dá)式C＝eq \f(εrS,4πkd)，當(dāng)兩個(gè)極板的距離減小時(shí)，電容器的電容增大；再根據(jù)電容器定義式C＝eq \f(Q,U)，由于電容器一直和電源相連，電壓不變，當(dāng)電容增大時(shí)，帶電荷量增大，則電容器儲(chǔ)存的電能增加；所以A、B錯(cuò)誤；C膜片下移過(guò)程中，電容器充電，則電流表有b到a的電流，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；電子秤是一個(gè)壓力傳感器，當(dāng)壓力穩(wěn)定后，電容器停止充電，電路中的電流為零，即電流表示數(shù)為零，兩極板的電勢(shì)差不變，等于電源的電動(dòng)勢(shì)，所以D正確．故選D. 8．答案：D 解析：計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)是一個(gè)電容式傳感器，由題意知是通過(guò)改變兩極板間距來(lái)改變電容，得到相應(yīng)的電信號(hào)，又因兩極板間距減小，電容變大，設(shè)原間距為d0，按下后兩極板間距為d時(shí)電子線(xiàn)路恰能檢測(cè)出必要的信號(hào)．根據(jù)C＝Eeq \f(S,d)，可得ΔC＝ES(eq \f(1,d)－eq \f(1,d0))，代入數(shù)據(jù)得d＝0.45mm.由題意可知，恰能使電子線(xiàn)路檢測(cè)出必要信號(hào)，所需按下的距離至少為0.6mm－0.45mm＝0.15mm，故D正確． 9．答案：AC 解析：靜止時(shí)，N極板處于平衡狀態(tài)，兩彈簧的彈力之和等于N極板的重力，兩極板之間的距離d不變，根據(jù)C＝eq \f(εrS,4πkd)，則電容器的C不變，根據(jù)Q＝CU，電壓不變，則電容器的電荷不會(huì)發(fā)生變化，故電流表示數(shù)為零，M極板與電源正極相連，故M極板帶正電，故A正確；由靜止向前加速，加速度向前，兩彈簧的彈力之和要大于N極板的重力，彈簧的彈力增大，彈簧被壓縮更多，M、N之間的距離d增大，根據(jù)C＝eq \f(εrS,4πkd)，故電容器電容C減小，根據(jù)Q＝CU，則電容器的電荷量減小，N極板與電源負(fù)極相連，故其帶負(fù)電，電荷量減小時(shí)，負(fù)電荷由N極板流向電源負(fù)極，故電流由b到a流過(guò)電流表，故B錯(cuò)誤，C正確；保持向前勻減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，加速度恒定，故M、N極板之間的距離d也會(huì)維持在一個(gè)穩(wěn)定值，電容器穩(wěn)定之后，電路相當(dāng)于斷路，電路中沒(méi)有電流流過(guò)，此時(shí)電阻R不會(huì)發(fā)熱，故D錯(cuò)誤．