新教材适用2023_2024学年高中物理第5章传感器学业质量标准检测新人教版选择性必修第二册

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第五章　学业质量标准检测本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟。第Ⅰ卷(选择题　共40分)一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)1．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。下列所述与其工作原理相同的是( B )A．走廊照明灯的声控开关B．宾馆天花板上安装的火灾报警器C．自动洗衣机中的压力传感装置D．电饭煲中控制加热和保温的温控器解析：用遥控器调换电视机的频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。走廊照明灯的声控开关，实际是将声波转化成电信号的过程，故 A错误；当火灾报警器有烟雾时，经过漫反射，将光信号转换成电信号，从而发出警报。所以该传感器是用光传感器实现报警的，故B正确；自动洗衣机中的压力传感装置，是将压力转化成电信号的过程，故C错误；电饭煲中控制加热和保温的温控器，是将温度转化成电信号的过程，故D错误。2．(2022·江苏省上冈高二期中)下图中关于传感器的应用，说法正确的是( B )A．干簧管是利用电磁感应的原理控制电路的通断的B．机器人“眼睛”利用了光传感器C．红外测温枪向人体发射红外线，从而测量人体温度D．火灾报警器是通过感知温度触发报警的解析：干簧管是利用磁极间的相互作用来控制电路的通断，故A错误；机器人“眼睛”利用了光传感器，故B正确；红外测温枪是接受人体向外发射红外线的强弱，从而测量人体温度，故C错误；火灾报警器是利用烟雾对光的散射工作的，故D错误。3．如图所示为一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是( D )A．温度升高至74 ℃时，L1亮灯报警B．温度升高至74 ℃时，L2亮灯报警C．温度升高至78 ℃时，L1亮灯报警D．温度升高至78 ℃时，L2亮灯报警解析：当温度低于78 ℃时，线圈中没有电流，此时灯L1亮，但不报警，当温度升高到78 ℃时，线圈中有电流，磁铁吸引衔铁，灯L2被接通，所以灯L2亮且报警，温度升高至74 ℃时，线圈中没有电流，只是灯L1亮，不会报警。4．(2023·湖南长沙市高二期中)电熨斗能自动控制温度，在熨烫不同的织物时，设定的温度可以不同，图为电熨斗的结构图，电熨斗内部装有双金属片，双金属片上层金属的热膨胀系数大于下层金属，若把熨烫的尼龙衣物换成棉麻衣物，则如何调节调温旋钮( A )织物材料尼龙合成纤维丝绸羊毛棉麻熨烫温度低→高A．向下  B．向上C．保持原状  D．不能确定解析：由题意知，电熨斗由熨烫的尼龙衣物换成棉麻衣物，就是要求电熨斗在更高温度断开，因双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属，使双金属片向下弯曲，上下触点脱离，电路断开，因此，应向下调节调温旋钮，双金属片受热时，使触点更难分离。故选A。5．(2022·安徽肥东县高二期中)利用某半导体的电阻随温度升高而减小的特征可以制作电子温度计。图甲表示该半导体的电阻R随温度t变化的情况。把该半导体与电动势为E、内阻为r的电源，理想电压表和保护电阻R0连成如图乙所示的电路。用该半导体作测温探头，把电压表的电压刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简易的电子温度计。下列说法正确的是( D )A．温度升高后，电源的效率将升高B．该电子温度计表盘上温度的刻度是均匀的C．tA和tB相比，tA应标在电压较小的刻度上D．若电池用久后内阻r变大，用该温度计测量的温度要比真实值偏高解析：电源的效率η＝＝，温度升高后，R阻值减小，外电阻减小，则电源的效率将降低，选项A错误；由图像可知R＝r0－kt，U＝＝，则该电子温度计表盘上温度的刻度是不均匀的；温度越高，U越小，即tA应标在电压较大的刻度上，tB应标在电压较小的刻度上，选项B、C错误；若电池用久后内阻r变大，根据U＝，可知相同的R值时U值偏小，则对应的温度偏高，即用该温度计测量的温度要比真实值偏高，选项D正确。6．(2022·山东临沂高二期中)压敏电阻的阻值R随所受压力的增大而减小。某兴趣小组利用压敏电阻设计了判断电梯运行状态的装置，其电路如图甲所示。将压敏电阻平放在电梯内，受压面朝上，在上面放一物体A，电梯静止时电压表示数为U0，在电梯由静止开始运行过程中，电压表的示数变化情况如图乙所示。下列判断正确的是( C )A．电梯匀加速下降B．电梯匀加速上升C．电梯下降且加速度在变大D．电梯上升且加速度在变小解析：根据欧姆定律得U0＝IR0，结合图像可得电路中的电流一直减小，又I＝，可知压敏电阻的阻值一直增加，则A对压敏电阻的压力减小，可知A处于失重状态，则电梯处于向上减速或向下加速并且加速度越来越大。由于电梯由静止开始运动，故选C。7．利用传感器和计算机可以研究快速变化力的大小，实验时，把图甲中的小球举高到绳子的悬点O处，然后让小球自由下落。用这种方法获得的弹性绳的拉力随时间变化图线如图乙所示。根据图线所提供的信息，以下判断正确的是( BC )A．t1时刻小球速度最大B．t2、t5时刻小球的动能最小C．t3、t4时刻小球的速度不同D．小球在运动过程中机械能守恒解析：当球的速度、动能最大时球的加速度、合力为零，在t1时绳刚伸直，弹力为零，球的速度还要增大， A错误；t2、t5时刻绳上弹力最大，绳的伸长量应达到最大，此时球的速度就为零，动能最小，B正确；从拉力幅度逐渐减小可知球运动中有空气阻力存在，机械能不守恒，t3、t4时刻球的速度大小必不相等，且方向相反，C正确，D错误。8．(2022·山东聊城高二期中)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。以下有关传感器的说法正确的是( BCD )A．办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开或关，是温度传感器的应用B．非触摸式自动水龙头(自动感应水龙头)应用的传感器是光传感器C．光电门能够记录遮光条的挡光时间，应用的是光传感器D．调温型电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，能控制电路的通断解析：办公大楼的大门能“看到”人的到来或离开而自动开或关，这是由于人体会发出红外线，当大门上的传感器探测到人体发出的红外线后，对门发出打开的指令，这是光传感器的应用，故A错误；当人手靠近非触摸式自动水龙头(自动感应水龙头)时，传感器探测到人手发出的红外线后，对龙头发出放水的指令，所以应用的传感器是光传感器，故B正确；光电门能够记录遮光条的挡光时间，应用的是光传感器，故C正确；调温型电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，能控制电路的通断，故D正确。9．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( BCD )A．电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指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一个电容器元件的一个极板，把导体层当作另一个极板，A正确；手指与屏的接触面积越大，即两个极板的正对面积越大，故电容越大，B正确，C错误；如果戴了手套或手持不导电的物体触摸时没有反应，这是因为手与导体层距离较大，不能引起导体层电场的变化，D错误。10．在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率ρ随温度t的变化关系如图所示，由于这种特性，使PTC元件具有发热、保温双重功能。以下关于电热灭蚊器的判断正确的是( AD ) A．当温度低于t1时通电，通电后，其电功率先增大，后减小B．当温度低于t1时通电，通电后，其电功率先减小，后增大C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1不变D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1和t2之间的某一值不变解析：在电热灭蚊器温度由初温升高到t1的过程中，电阻器的电阻率随温度的升高而减小，其电阻也随之减小，由于加在灭蚊器上的电压U保持不变，灭蚊器的电功率P增大，当t＝t1时，功率达到最大；在温度由 t1升高到 t2的过程中，ρ增大，R增大，P减小，因此在t1～t2之间的某一温度会有产热功率等于散热功率，这时是保温状态，故A、D正确，B、C错误。故选A、D。第Ⅱ卷(非选择题　共60分)二、填空题(4小题，共34分。把答案直接填在横线上)11．(6分)(2022·湖北宜都二中高二期中)热敏电阻阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是用热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器原理图。(1)由图甲可知，热敏电阻R1的阻值随着温度的升高而_减小__(选填“增大”域“减小”)；(2)闭合开关S1、S2，为了使温度过高时报警器铃响，开关c应接在_a__(选填“a”或“b”)处；(3)保持开关S1、S2闭合，若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向_左__(选填“左”或“右”)移动。解析：(1)由图甲可知，温度升高热敏电阻阻值减小。(2)左边控制电路电流变大，电磁铁磁性变强，开关接触a点，要使温度过高时报警器报警，则c应接在a处。(3)滑片P向左移，滑动变阻器接入电路的阻值变大，在温度更高时控制电路才能有足够大电流，使磁铁有足够大引力吸引开关，因此滑片向左移。12．(8分)(2023·湖北高二期中)某研究性学习小组学习传感器知识后设计制作了简易测力计，其工作原理图如图甲所示。所用器材有：输出电压为9 V的恒压电源、量程为0～0.6 A的电流表(内阻不计)、电阻箱、阻值随长度均匀变化的电阻丝(长度为0.06 m，总阻值为30 Ω)、弹簧、开关、导线(电阻不计)。已知弹簧处于原长时，滑片P位于电阻丝的最左端，弹簧弹力F与弹簧伸长量x关系如图乙所示。      (1)为了电路的安全，电阻箱的阻值至少调至_15__Ω。(2)按甲图原理由电流表改装的测力计，表盘上拉力间隔值相同时对应的刻度线_不均匀__(选填“均匀”“不均匀”)。(3)若电阻箱的阻值为20 Ω，则当电流表的示数为0.2 A时，对应标示的拉力值为_100__N。(4)若考虑电流表的阻值引起的系统误差，拉力测量值比真实值_偏小__(选填“偏大”“偏小”或“相等”)。解析：(1)为了电路的安全，电路中电流不超过0.6 A，则电路中最小电阻为Rmin＝＝ Ω＝15 Ω，即电阻箱的阻值至少调至15 Ω。(2)由图乙知F＝kx，其中k＝＝10 000 N/m，设电阻丝总长为l，电阻丝总电阻为R1，则由闭合电路的欧姆定律知，电路电流为I＝＝，可见，电流与拉力并非线性关系，所以表盘上拉力间隔值相同时对应的刻度线不均匀。(3)若电阻箱的阻值为20 Ω，可得I＝，则当电流表的示数为0.2 A时，对应标示的拉力值为F＝100 N。(4)若考虑电流表的阻值引起的系统误差，设电流表的阻值为R0，则I＝整理得：F＝[I(R＋R1＋R0)－E]由此可知，忽略R0时、F值偏小，则可知拉力测量值偏小。13．(8分)(2022·江苏省震泽中学高二期中)为了节能环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随光照强度增大而减小。     (1)如图甲，是街道路灯自动控制设计电路，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电。为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在_AB__(填“AB”或“BC”)之间。(2)下列选项可以延长路灯工作时间的是_AC__。A．增大滑动变阻器的阻值B．并联更多的路灯C．减小电源电动势解析：(1)天亮时光照强度增大，光敏电阻的阻值减小，电磁铁中电流增大，磁场增强，吸引衔铁向下与C接通，灯熄灭，故路灯应接在AB之间。(2)由题意知当电流小于2 mA时路灯亮，若增大滑动变阻器的阻值，则使路灯工作的光敏电阻临界阻值变小，临界光照强度变强，所以可以延长路灯工作时间，故A正确；并联更多的路灯，改变工作电路的阻值，但是对控制电路没有影响，不能延长路灯工作时间，故B错误；若减小电源电动势，则使路灯工作的光敏电阻临界阻值变小，临界光照强度变强，所以可以延长路灯工作时间，故C正确。14．(12分)(2023·云南曲靖市高二期末)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干。在室温下对系统进行调节，已知直流电源U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω。(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。_见解析__(2)电路中应选用滑动变阻器_R2__(填“R1”或“R2”)。(3)按照下列步骤调节此报警系统：①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为_650.0__ Ω；滑动变阻器的滑片应置于_b__(选填“a”或“b”)端附近。②将开关向_c__(选填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至_报警器开始报警__。(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。解析：(1)电路图连接如图所示(2)报警器开始报警时，对整个回路有U＝Ic(R滑＋R热)，R热＝650.0 Ω，代入数据可得R滑＝1 150.0 Ω，因此滑动变阻器应选择R2。(3)①在调节过程中，电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用，电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻的阻值，即为650.0 Ω。滑动变阻器在电路中为限流接法，滑片应置于b端附近，若置于另一端a时，闭合开关，则电路中的电流I＝ A≈27.7 mA，超过报警器最大电流20 mA，报警器可能损坏。②开关应先向c端闭合，移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警为止。三、论述、计算题(本题共2小题，共26分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)15．(12分)某同学设计了一种测定风力的装置，其原理如图所示，迎风板与一轻弹簧的一端N相连，穿在光滑的金属杆上。弹簧是绝缘材料制成的，其劲度系数k＝1 300 N/m，自然长度L0＝0.5 m，均匀金属杆用电阻率较大的合金制成，迎风板面积S＝0.5 m2，工作时总是正对着风吹来的方向。电路中左端导线与金属杆M端相连，右端导线接住N点并可随迎风板在金属杆上滑动，且与金属杆接触良好。限流电阻的阻值R＝1 Ω，电源的电动势E＝12 V，内阻r＝0.5 Ω。合上开关，没有风时，弹簧长度为原长度，电压表的示数U1＝3.0 V；如果某时刻由于风吹使迎风板向左压缩弹簧，电压表示数为U2＝2.0 V，求：(1)金属杆单位长度的电阻；(2)此时作用在迎风板上的风力。答案：(1)1 Ω/m　(2)260 N解析：设无风时金属杆接入电路的电阻为R1，风吹时接入电路的电阻为R2，由题意得(1)无风时U1＝R1，得R1＝＝ Ω＝0.5 Ω，设金属杆单位长度的电阻为R′，则R′＝＝ Ω/m＝1 Ω/m。(2)有风时U2＝R2，得R2＝＝ Ω＝0.3 Ω，此时，弹簧长度L＝＝ m＝0.3 m，压缩量x＝L0－L＝(0.5－0.3)m＝0.2 m，则此时风力F＝kx＝1 300×0.2 N＝260 N。16．(14分)小明根据所学的电学知识，想设计一个汽车超载自动报警电路。他查阅了相关资料了解到压敏电阻是阻值随压力变化而变化的元件，并了解到压敏电阻在生活中的一种应用——压力传感器。压力传感器受到的压力越大，输出的电压就越大，用它可以测量汽车的重力。某压力传感器输出电压与压力的关系如下表：压力/(105N)01.22.43.64.86.0输出电压/V012345小明利用该压力传感器和电阻箱R′(最大电阻为999.9 Ω)及部分其他器材设计了如图甲所示的电路，闭合开关S，当线圈中电流大于或等于20 mA时，电磁继电器的衔铁被吸合。已知继电器线圈的电阻为25 Ω，继电器电路的电源电压由传感器的输出电压U提供。(假设U不受继电器电路影响)       回答下列问题：(1)根据表格中数据，请在图乙给定的坐标系中描绘出压力传感器的输出电压随压力变化的图像_见解析图__。(2)当压力增大到一定程度时，电铃报警，说明汽车超载，则图甲中电铃应接在_C、D__(选填“A、B”或“C、D”)之间。(3)小明希望压力大于或等于2.4×105 N时，启动报警系统，则电阻箱R′的电阻应调节到多大？(4)要使该装置报警，汽车的最小重力为多少？答案：(3)75 Ω　(4)6×104 N解析：(1)横坐标表示压力，纵坐标表示输出电压，对应表中数据，绘制图像。(2)当压力增大到一定程度时，压力传感器输出电压达到一定数值，线圈中电流大于或等于20 mA时，电磁继电器的衔铁被吸合，C、D间的电路就会被接通，因此电铃应接在C、D之间。(3)由图像可知，当压力为2.4× 105 N时，输出电压U＝2 V，使电磁继电器衔铁被吸合的最小电流I＝20 mA＝0.02 A，所以此时电路的总电阻R总＝＝＝100 Ω，又因为继电器线圈的电阻R线＝25 Ω，所以电阻箱接入电路的阻值R′＝R总－R线＝100 Ω－25 Ω＝75 Ω。(4)使电磁继电器衔铁被吸合的最小电流I＝20 mA＝0.02 A，电磁继电器线圈的电阻R线＝25 Ω，把R′调节到0，对应压力传感器需要输出的最小电压U最小＝IR线＝0.02 A×25 Ω＝0.5 V，由图像可知，电压为0.5 V时，对应的压力为6×104 N。即汽车的最小重力为6×104 N。