第五章单元测评

第五章测评

(时间:90分钟　满分:100分)

一、单项选择题(本题共7小题,每小题4分,共28分。每个小题中只有一个选项是正确的)

1.机器人装有作为眼睛的“传感器”,犹如大脑的“控制器”,以及可以行走的“执行器”,在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯。下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是(　　)

A.该机器人的“眼睛”利用了力传感器

B.该机器人的“眼睛”利用了光传感器

C.该机器人的“眼睛”利用了温度传感器

D.该机器人的“眼睛”利用了声音传感器

解析遇到障碍物会绕开,说明该机器人“眼睛”利用了光传感器,故选项B正确,选项A、C、D错误。

答案B

2.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),四边电极发出的电流会流向触点,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.电容式触摸屏的内部有两个电容器的电极板

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.如果用戴了绝缘手套的手触摸屏幕,照样能引起触摸屏动作

解析电容触摸屏在原理上把人体当作电容器元件的一个极板,把导体层当作另一个极板,故选项A错误;手指与屏的接触面积越大,即电容器两个极板的正对面积越大,故电容越大,选项B正确,选项C错误;如果戴了绝缘手套或手持不导电的物体触摸时没有反应,这是因为手不能形成另一个电极,不能构成电容器,不能引起导体层电场的变化,选项D错误。

答案B

3.传感器在日常生活中有着广泛的应用,它的种类多种多样,其性能也各不相同。空调机在室内温度达到设定的温度后,会自动停止工作,空调机内实现这一功能的传感器是(　　)

A.力传感器 

B.光传感器

C.温度传感器 

D.声传感器

解析空调机的温度控制使用了温度传感器。

答案C

4.某仪器内部电路如图所示,其中M是一个质量较大的金属块,左右两端分别与金属丝制作的弹簧相连,并套在光滑水平细杆上,a、b、c三块金属片间隙很小(b固定在金属块上),当金属块处于平衡状态时。两根弹簧均处于原长状态。若将该仪器固定在一辆汽车上,下列说法中正确的是(　　)

A.当汽车加速前进时,甲灯亮

B.当汽车加速前进时,乙灯亮

C.当汽车刹车时,乙灯亮

D.当汽车刹车时,甲、乙两灯均不亮

解析当汽车向右加速时,M向左移动,b与a接触,电路接通乙灯亮;当汽车刹车时,M向右移动,b与c接触,甲灯亮。

答案B

5.有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置,下列说法正确的是(　　)

A.两个传感器都是光电传感器

B.两个传感器分别是光电传感器和温度传感器

C.两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器

D.只要光照或温度适合时排气扇就不工作

解析题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动控制,由此可见两个传感器中一个是光电传感器,一个是温度传感器,而且排气扇自动工作只需光照或温度满足条件即可,A、C、D错误,B正确。

答案B

6.如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻为r,L为小灯泡(其灯丝电阻可以视为不变),R1和R2为定值电阻,R3为光敏电阻,其阻值的大小随照射光强度的增强而减小。闭合开关S后,将照射光强度增强,则(　　)

A.电路的路端电压将减小

B.灯泡L将变暗

C.R1两端的电压将减小

D.内阻r上发热的功率将减小

解析光照增强,光敏电阻的阻值减小,电路中的总电阻减小,由闭合电路欧姆定律可得,电路中总电流增大,所以电源内部的电压增大,所以路端电压将减小;内阻r上发热的功率将增大,R1两端的电压增大,故A正确,C、D错误。因路端电压减小,同时R1两端的电压增大,故并联电路部分电压减小,则流过R2的电流减小,而总电流增大,所以通过灯泡L的电流增大,所以灯泡L变亮,故B错误。

答案A

7.某电容式话筒的原理示意图如图所示,E为电源,R为电阻,薄片P和Q为两金属极板,对着话筒说话时,P振动而Q可视为不动。在P、Q间距增大过程中(　　)

A.P、Q构成的电容器的电容增大

B.P上电荷量保持不变

C.M点的电势比N点的低

D.M点的电势比N点的高

解析P、Q间距增大过程中,由C=可知电容器的电容减小,选项A错误;由于电容器两端电压始终等于电源电动势,由Q=CU可以判断电容器两极板所带的电荷量变小,电容器放电,放电电流由M流向N,则M点电势高于N点电势,选项B、C错误,D正确。

答案D

二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18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6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)

8.为了保护电脑元件不受损害,在电脑内部有很多传感器,其中最重要的是温度传感器,常用的温度传感器有两种,一种是用金属做的热电阻,另一种是用半导体做的热敏电阻。关于这两种温度传感器的特点,下列说法正确的是(　　)

A.金属做的热电阻随着温度的升高电阻变大

B.金属做的热电阻随着温度的升高电阻变小

C.用半导体做的热敏电阻随着温度的升高电阻变大

D.用半导体做的热敏电阻随着温度的升高电阻变小

解析金属的电阻率随着温度的升高而变大,半导体在温度升高时电阻会变小。

答案AD

9.如图所示,用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器,下列说法中正确的是(　　)

A.严重污染时,LDR是高电阻

B.轻度污染时,LDR是高电阻

C.无论污染程度如何,LDR的电阻不变,阻值大小由材料本身因素决定

D.该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响

解析严重污染时,透过污水照到LDR上的光线较少,LDR电阻较大,A对,B错;LDR由半导体材料制成,受光照影响电阻会发生变化,C错;白天和晚上自然光强弱不同,或多或少会影响LDR的电阻,D正确。

答案AD

10.电吉他之所以能以其独特的魅力吸引众多的音乐爱好者,是因为它的每一根琴弦下面都安装了一种叫作“拾音器”的装置,能将琴弦的振动转化为电信号,电信号经扩音器放大,再经过扬声器就能播出优美的音乐。如图是“拾音器”的结构示意图,多匝绕制的线圈置于永久磁铁与钢质的琴弦之间,当琴弦沿着线圈振动时,线圈中就会产生感应电流。关于感应电流,以下说法正确的是(　　)

A.琴弦振动时,线圈中产生感应电流是电磁感应现象

B.琴弦振动时,线圈中产生的感应电流大小变化,方向不变

C.琴弦振动时,线圈中产生的感应电流大小和方向都会发生变化

D.琴弦振动时,线圈中产生的感应电流大小不变,方向变化

解析由题意及图可知,电吉他是利用振动的钢质琴弦使线圈切割磁感线而产生感应电流,再将该电流放大并与扩音器相连从而发出声音,属于法拉第电磁感应现象。因琴弦在振动时速度的大小和方向均变化,故感应电流不是恒定的,故A、C正确。

答案AC

三、非选择题(本题共5小题,共54分)

11.(8分)霍尔效应是电磁基本现象之一。如图甲所示,在一矩形半导体薄片的P、Q间通入电流I,同时外加与薄片垂直的磁场B,在M、N间出现电压UH,这个现象称为霍尔效应,UH称为霍尔电压,且满足UH=k,式中d为薄片的厚度,k为霍尔系数。某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数。

(1)若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电,电流与磁场方向如图甲所示,该同学用电压表测量UH时,应将电压表的“+”接线柱与　　　　(选填“M”或“N”)端通过导线相连。 

(2)已知薄片厚度d=0.40 mm,该同学保持磁感应强度B=0.10 T不变,改变电流I的大小,测量相应的UH值,记录数据如下表所示。

根据表中数据画出UH-I图线,利用图线求出该材料的霍尔系数为　　　×10-3 V·m·A-1·T-1。(结果保留两位有效数字) 

(3)该同学查阅资料发现,使半导体薄片中的电流反向再次测量,取两个方向测量的平均值,可以减小霍尔系数的测量误差,为此该同学设计了如图乙所示的测量电路,S1、S2均为单刀双掷开关,虚线框内为半导体薄片(未画出)。为使电流从Q端流入、P端流出,应将S1掷向　　　　(选填“a”或“b”),S2掷向　　　(选填“c”或“d”)。 

为了保证测量安全,该同学改进了测量电路,将一合适的定值电阻串联在电路中。在保持其他连接不变的情况下,该定值电阻应串联在相邻器件　　　　和　　　　之间(以上两空均填器件代号)。 

解析(1)通过矩形半导体薄片中的电流由P向Q,根据左手定则可知带正电粒子受到的洛伦兹力由N端指向M端,即带正电粒子向M端偏转,所以M端聚集正电荷,M端电势高于N端,故电压表的“+”接线柱应接M端。(2)由UH=k可得霍尔系数k=,由图线可得斜率k'==0.38 V/A,故k= V·m·A-1·T-1=1.5×10-3 V·m·A-1·T-1。(3)为使电流自Q端流入、P端流出,应将S1掷向b,将S2掷向c;为保证电路安全,定值电阻应接在S1和E(或S2和E)之间。

答案(1)M　(2)如图所示　1.5　(3)b　c　S1(或S2)　E

12.(6分)在开展研究性学习的过程中,某同学设计了一个利用线圈测量转轮转速的装置(如图所示)。在轮子的边缘贴上一小磁铁,将小线圈靠近轮边放置,接上数据采集器和电脑(DIS实验器材)。如果小线圈的面积为S,匝数为N,回路的总电阻为R,小磁铁附近的磁感应强度最大值为B。实验发现,轮子转过θ弧度时,小线圈处的磁感应强度由最大值变为零。他说:“只要测得此过程感应电流的平均值I,就可以求得转轮转速的大小。”请你运用所学的知识推证该同学的判断是否正确,如果正确,请推导出转轮转速的表达式;如果不正确,请说明理由。

解析设转轮的角速度、转速分别是ω、n,轮子转过θ弧度所需时间为Δt,穿过线圈的磁通量的变化量为ΔΦ,线圈中产生的感应电动势的平均值为E。根据法拉第电磁感应定律有E=

由闭合电路欧姆定律,感应电流的平均值I=

又Δt=,n=,解得n=

由解得的结果看,该同学的判断是正确的。

答案见解析

13.(10分)如图所示,A是浮子,B是金属触头,C为住宅楼房顶上的蓄水池,M是带水泵的电动机,D是弹簧,E是衔铁,F是电磁铁,S1、S2分别为触点开关,S为开关,J为电池。请利用上述材料,设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置。

(1)连接电路图。

(2)简述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)。

解析(1)连接线路如图所示。

(2)按图连接好电路,合上开关S,水泵工作,水位升高,当浮子上升使B接触到S1时,左侧电路(控制电路)工作,电磁铁F有磁力,拉下衔铁E,使S2断开,电动机M不工作,停止注水;当水位下降使B与S1脱离,电路停止工作,F无磁性,D拉动E,使S2接通,电动机M工作,再次注水。

答案见解析

14.(14分)如图是电饭煲的电路图,S1是一个限温开关,手动闭合后,当此开关温度达到居里点(103 ℃)时,开关会自动断开。S2是一个自动温控开关,当温度低于70 ℃ 时,会自动闭合;温度高于80 ℃时,会自动断开。红灯是加热时的指示灯,黄灯是保温时的指示灯,分流电阻R1=R2=500 Ω,加热电阻R3=50 Ω,两灯电阻不计。

(1)分析电饭煲的工作原理。

(2)计算加热和保温两种状态下,电饭煲消耗的电功率之比。

(3)简要回答,如果不闭合开关S1,能将饭煮熟吗?

解析(1)电饭煲盛上食物后,接通电源,S2自动闭合,同时手动闭合S1,这时R1与黄灯被短路,红灯亮,电饭煲处于加热状态,加热到80 ℃时,S2自动断开,S1仍闭合;水烧开后,至饭煮熟温度升高到103 ℃时,开关S1自动断开,黄灯亮,电饭煲处于保温状态。由于散热,待温度降至70 ℃时,S2又自动闭合,电饭煲重新加热,温度达到80 ℃时,S2又自动断开,再次处于保温状态。

(2)加热时电饭煲消耗的电功率P1=,保温时电饭煲消耗的电功率P2=,两式中R并= Ω,从而有=12∶1。

(3)如果不闭合开关S1,开始S2还是闭合的,R1与黄灯被短路,功率为P1。当温度上升到80 ℃时,S2自动断开,功率降为P2,温度降到70 ℃时,S2又自动闭合,如此反复,温度只能在70~80 ℃之间变化,不能把水烧开,故不能将饭煮熟。

答案见解析

15.(16分)有一种测量压力的电子秤,其原理图如图所示。E是内阻不计、电动势为6 V的电源,R0是一个阻值为400 Ω的限流电阻,G是由理想电流表改装成的指针式测力显示器,R是一个压敏电阻,其阻值可随压力大小变化而改变,其关系如下表所示,C是一个用来保护显示器的电容器。秤台的重力忽略不计。试分析:

(1)利用表中的数据归纳出电阻R随压力F变化的函数式。

(2)若电容器的耐压值为5 V,该电子秤的最大称量值为多少牛顿?

(3)通过寻求压力与电流表中电流的关系,说明该测力显示器的刻度是否均匀。

解析压敏电阻R的阻值随压力大小变化而变化,首先应确定电阻R随压力F的变化关系,再利用电路确定电压与电流的值。

(1)通过表中数据可得=c,故R与F成线性变化关系,设它们的关系为R=kF+b,代入数据得R=300-0.4F(Ω)。

(2)由题意,R0上的电压为5 V,通过R0的电流为I=,利用R=及R=300-0.4F(Ω)可求得Fm=550 N。

(3)由I=和R=kF+b可得F=,即该测力显示器的刻度不均匀。

答案(1)R=300-0.4F(Ω)　(2)550 N　(3)不均匀