高中物理第三章传感器第五节用传感器测磁感应强度预习导学案粤教选修

第五节 用传感器测磁感应强度【思维激活】在用传感器测磁感应强度方面，在实际中有哪些应用，请举例说明提示：如用磁传感器研究地磁场，测磁感应强度。

【自主整理】1.磁传感器是把 磁感应强度 变成 电信号 ，从而实现磁感应强度测量的。

2.霍尔元件：能够把 磁感应强度 这个磁学量转换成 电压 这个电学量。

3.用传感器测磁感应强度时，通电螺线管产生 磁场 ，其方向符合 右手定则 。

【高手笔记】干簧管的元件（图3-5-1）的结构图3-5-1很简单，只是玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片。

当磁体如图3-5-3所示靠近干簧管时，两个簧片被磁化而接通，所以干簧管能起到开关的作用，操纵开关的是磁场这只看不见的“手”，干簧管是一种能够感知磁场的传感器。

霍尔元件中半导体内部出现的电场E 是个横向电场 FE=qE=Bqv （1）设载流子的浓度为P 薄片宽度为b ，厚度为d ，通过电流I=Pqvbd 则空速度Pqbd I v =代入（1）式，则PqbdIB Bv E == （2） （2）式两边同乘以b 便得到v=Eb=dIB k Pqd IB = 上式中Pq K 1=称为霍尔系数。

【名师解惑】1.磁电感应式传感器工作原理当一个W 匝线圈相对静止地处于随时间变化的磁场中时，设穿过线圈的磁通量为Φ则线圈内的感应电势e 与磁通量变化率dtd Φ有如下关系： ||dtd ΦWe -= 图3-5-2为恒定磁通式磁电传感器典型结构图。

图3-5-2它由永久磁铁、线圈、弹簧、金属骨架等组成。

磁路系统产生恒定的直流磁场，磁路中的工作气隙固定不变，因而气隙中磁通也是恒定不变的。

其运动部件可以是线圈（动圈式），也可以是磁铁（动铁式），动圈式（图3-5-2（a））和动铁式（图3-5-2（b））的工作原理是相同的。

当壳体随被测振动体一起振动时，由于弹簧较软，运动部件质量相对较大，当振动频率足够高（远大于传感器固有频率）时，运动部件惯性很大，来不及随振动体一起振动，近乎静止不动，振动能量几乎全被弹簧吸收，永久磁铁与线圈之间的相对运动速度接近于振动体振动速度，磁铁与线圈的相对运动切割磁力线，从而产生感应电势为：E=－B0lWv式中：B0——工作气隙磁感应强度；l——每匝线圈平均长度；W——线圈在工作气隙磁场中的匝数；υ——相对运动速度。

【讲练互动】例1.简述开磁路变磁通式磁电传感器测量旋转物体的匀速度原理。

图3-5-3答案：如图3-5-3所示，线圈、磁铁静止不动，测量齿轮安装在被测旋转体上，随被测体一起转动，每转一个齿，齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次，线圈中产生感应电势，其变化频率等于被测转速与测量齿轮上齿数的乘积。

这种传感器结构简单，但输出信号较小，且因高速轴上加装齿轮较危险而不宜测量高转速旋转体。

【变式训练】1.简述闭磁路变磁通式传感器测量旋转物体的角速度的原理。

图3-5-4答案：图3-5-4为闭磁路变磁通式传感器。

它由装在转轴上的内齿轮和外齿轮，永久磁铁和感应线圈组成，内外齿轮齿数相同。

当转轴连接到被测转轴上时，外齿轮不动，内齿轮随被测轴而转动，内、外齿轮的相对转动使气隙磁阻产生周期性变化，从而引起磁路中磁通的变化，使线圈内产生周期性变化的感应电动势。

【问题探究】【问题】用磁传器研究地球磁场。

【导思】地球是一个巨大的磁体，外磁场的方向由南指向北，地磁场的磁感应强度很微弱，在地球表面约5×10-5T【探究】（1）将磁传感器接入数据采集器，实验环境要远离高磁干扰区。

（2）将磁传感器放置在水平桌面上，为消除背景值的影响，应对传感器进行软件调零。

（3）在桌面上转动传感器，让传感器的测量端指向不同方向，观察并记录示数的变化，见下表这说明地理北极附近为S极，地理南极附近为N极。

（5）用同样的方法，让传感器的测量端在南北方向的垂直平面内转动，观察示数的变化，可能推断出地磁场的方向既不是水平的也不是垂直的，而是指向南偏斜下方。

2019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1．如图所示，带电荷量为Q 的等量同种正电荷固定在水平面上，在其连线的中垂线（竖直方向）上固定一光滑绝缘的细杆，细杆上套一个质量为m ，带电荷量为q +的小球，小球从细杆上某点a 由静止释放，到达b 点时速度为零，b 间的距离为h ，重力加速度为g 。

以下说法正确的是（ ）A ．等量同种正电荷在a 、b 两处产生的电场强度大小关系a b E E >B ．a 、b 两处的电势差ab mgh U q= C ．小球向下运动到最大速度的过程中小球电势能的增加量等于其重力势能的减少量D ．若把两电荷的位置往里移动相同距离后固定，再把带电小球从a 点由静止释放，则小球速度减为零的位置将在b 点的上方2．如图所示，一沿水平方向的匀强磁场分布在竖直高度为2L 的某矩形区域内（宽度足够大），该区域的上下边界MN 、PS 是水平的．有一边长为L 的正方形导线框abcd 从距离磁场上边界MN 的某高处由静止释放下落而穿过该磁场区域．已知当线框的ab 边到达MN 时线框刚好做匀速直线运动（以此时开始计时），以MN 处为坐标原点，取如图坐标轴x ，并规定逆时针方向为感应电流的正方向，则关于线框中的感应电流与ab 边的位置坐标x 间的以下图线中，可能正确的是A ．B ．C ．D ．3．一个质量为m 的小球，以大小为v 0的初速度被竖直向上抛出，从抛出到落地的过程中，重力对小球做功为mv 02。

不计空气阻力，则此过程重力对小球的冲量大小为A ．0(21)mv -B ．0(21)mv +C ．0(31)mv -D ．0(31)mv +4．为了人民的健康和社会的长远发展，我国环保部门每天派出大量的洒水车上街进行空气净化除尘，已知某种型号的洒水车的操作系统是由发动机带动变速箱，变速箱带动洒水泵产生动力将罐体内的水通过管网喷洒出去，假设行驶过程中车受到的摩擦阻力跟其质量成正比，受到的空气阻力跟车速成正比，当洒水车在平直路面上匀速行驶并且匀速洒水时，以下判断正确的是（ ）A ．洒水车的动能保持不变B ．发动机的功率保持不变C ．牵引力的功率要随时间均匀减小D ．牵引力大小跟洒水时间成反比5．某实验装置如图所示，用细绳竖直悬挂一个多匝矩形线圈，细绳与传感器相连，传感器可以读出细绳上的拉力大小。

将线框的下边ab 置于蹄形磁铁的、S 极之间，使ab 边垂直于磁场方向且ab 边全部处于N 、S 极之间的区域中。

接通电路的开关，调节滑动变阻器的滑片，当电流表读数为时，传感器的读数为1F ；保持ab 中的电流大小不变，方向相反，传感器的读数变为2F （21F F <）。

已知金属线框的匝数为n ，ab 边长为L ，重力加速度为g ，则可得到（ ）A ．金属线框的质量122F F m g+= B ．N 、S 极之间的磁感应强度12F F B nIL -=C ．传感器的读数为1F 时，ab 中的电流方向为b→aD ．减小电流I 重复实验，则1F 、2F 均减小6．质量为m 的铁锤从高h 处落下，打在水泥桩上，铁锤与水泥桩撞击的时间是t ，则撞击过程中，铁锤对桩的平均冲击力大小为（ ）A ．2m gh mg +B ．2m gh mg -C ．m gh mg +D ．m gh mg - 7．关于玻尔的原子模型，下列说法正确的是（ ）A ．按照玻尔的观点，电子在定态轨道上运行时不向外辐射电磁波B ．电子只能通过吸收或放出一定频率的光子在轨道间实现跃迁C ．电子从外层轨道跃迁到内层轨道时，动能增大，原子能量也增大D ．电子绕着原子核做匀速圆周运动。

在外层轨道运动的周期比在内层轨道运动的周期小8．某探究小组计划以下述思路分析电容器间电场（可看作匀强电场）的特点。

如图所示，把电容器的一个极板接地，然后用直流电源给电容器充电，接地极板连接电源正极，充电结束后电容器与电源断开。

在两极板之间的P 点固定一个负试探电荷，正极板保持不动，将负极板缓慢向右平移一小段距离x 。

在平移过程中，电容C 、场强E 、P 点电势p ϕ、试探电荷在P 点电势能p E 与负极板移动距离x 的关系正确的是（ ）A ．B ．C ．D ．9．如图所示,长为L 的轻直棒一端可绕固定轴O 转动,另一端固定一质量为m 的小球,小球搁在水平升降台上,升降平台以速度v 匀速上升,下列说法正确的是( )A ．小球做匀速圆周运动B ．当棒与竖直方向的夹角为α 时,小球的速度为v cos L αC ．棒的角速度逐渐增大D ．当棒与竖直方向的夹角为时,棒的角速度为v sin L α10．如图所示，一理想变压器原线圈匝数1500=n 匝，副线圈匝数2n 100=匝，原线圈中接一交变电源，交变电电压2202sin100(V)u t π=。

副线圈中接一电动机，电阻为11Ω，电流表2示数为1A 。

电表对电路的影响忽略不计，则（ ）A ．此交流电的频率为100HzB ．电压表示数为2202VC ．电流表1示数为0.2AD ．此电动机输出功率为30W二、多项选择题：本题共5小题，每小题3分，共15分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分11．回旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的D 形金属盒半径为R ，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计，磁感应强度为B 的匀强磁场与盒面垂直，A 处粒子源产生质量为m 、电荷量为+q 的粒子，在加速电压为U 的加速电场中被加速，所加磁场的磁感应强度、加速电场的频率可调，磁场的磁感应强度最大值为B m 和加速电场频率的最大值f m 。

则下列说法正确的是（ ）A ．粒子获得的最大动能与加速电压无关B ．粒子第n 次和第n+11n n +C ．粒子从静止开始加速到出口处所需的时间为2π2BR t U=D ．若 2πm m qB f m<，则粒子获得的最大动能为2222πkm m E mf R = 12．我国探月工程分“绕、落、回”三步走，近期将发射“嫦娥五号”探测器执行月面采样返回任务。

图为探测器绕月运行的示意图，O 为月球球心。

已知环月圆轨道I 和椭圆轨道II 相切于P 点，且I 轨道半径为II 轨道半长轴的1.25倍。

则探测器分别在I 、II 两轨道上稳定运行时（ ）A ．周期T 1:T 2=5:4B ．机械能E I =E IIC ．经过P 点的速度v I >v IID ．经过P 点的加速度a I =a II13．示波器是一种多功能电学仪器，它是由加速电场和偏转电场组成的。

如图所示，不同的带负电粒子在电压为U 1的电场中由静止开始加速，从M 孔射出，然后射入电压为U 2的平行金属板间的电场中，入射方向与极板平行，在满足带负电粒子能射出平行板电场区域的条件下，则（ ）A ．若电荷量q 相等，则带负电粒子在板间的加速度大小相等B ．若比荷q m相等，则带负电粒子从M 孔射出的速率相等 C ．若电荷量q 相等，则带负电粒子从M 孔射出的动能相等 D ．若不同比荷q m 的带负电粒子射入，偏转角度θ相同 14．在倾角为θ的斜面上固定两根足够长且间距为L 的光滑平行金属导轨PQ 、MN ，导轨处于磁感应强度为B 的匀强做场中，磁场方向垂直于斜面向下。