高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第五章 传感器综合与测试练习

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第五章 传感器综合与测试练习，共11页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
传感器(时间：90分钟　满分：100分) 一、选择题(本题共12小题，共40分。第1～8小题，在每小题给出的四个选项中，只有一个正确选项，每小题3分；第9～12小题有多个正确选项，全选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分)1．如图所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光。若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡亮度变暗，发生这一现象的主要原因是(　　)A．小灯泡的电阻发生了变化B．小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化C．电阻丝的电阻率随温度发生了变化D．电源的电压随温度发生了变化解析：选C　电阻丝的电阻率随温度的升高而增大，电阻增大。根据I＝和P＝UI知，通过小灯泡的电流减小，功率减小，所以小灯泡亮度变暗，C正确。2．如图甲所示的电路中，光敏电阻R2受到的光照随时间变化的图像如图乙所示，R2两端的电压随时间的变化规律是(　　)解析：选B　光敏电阻随光照的增强电阻减小，电路中电流增大，电阻R1两端电压增大，R2两端电压减小，但不会减小到零。故选项B正确。3．许多手机都有指纹解锁功能，常用的指纹识别传感器是电容式传感器，如图所示。指纹的凸起部分叫作“嵴”，凹下部分叫作“峪”，传感器上有大量面积相同的小极板，当手指贴在传感器上时，这些小极板和与之正对的皮肤表面就形成了大量的小电容器，由于距离不同，所以这些小电容器的电容不同。此时传感器给所有的电容器充电达到同一电压值，然后开始放电，其中电容值较小的电容器放电较快，于是根据放电快慢的不同，就可以探测到嵴和峪的位置，从而形成指纹的图像数据。根据以上信息，下列说法正确的是(　　)A．电容器在充电过程中是把电能转化成化学能B．在嵴处形成的电容器放电较快C．在峪处形成的电容器充电后带电荷量较小D．潮湿的手指对指纹识别没有任何影响解析：选C　带电的电容器间存在电场能，故电容器在充电过程中，将电能转化为电场能，故A错误。根据电容的决定式C＝可得，极板与峪处距离d大，构成的电容器电容小，根据Q＝CU可知，极板与峪处构成的电容器的极板上的电荷量较少，在放电过程中放电时间短；反之，在嵴处形成的电容器电容大，极板上的电荷量大，放电时间长，故B错误，C正确。潮湿的手指与传感器之间有水填充，改变了原来匹配成平行板电容器的电容，所以会影响指纹解锁，故D错误。4．某温控电路的原理如图所示，RM是负温度系数的热敏电阻，R是滑动变阻器，某种仪器要求在15～27 ℃的环境中工作。当环境温度偏高或偏低时，控制器会自动启动降温或升温设备。下列说法正确的是(　　)A．环境温度降低，RM的阻值减小B．环境温度升高，Uab变大C．滑片P向下移动时，Uab变大D．调节滑片P的位置能改变降温和升温设备启动时的临界温度解析：选D　当环境温度降低时，RM变大，A错误；环境温度升高，RM减小，Uab变小，B错误；滑片向下移动，回路电流减小，Uab变小，C错误；调节滑片P的位置能通过改变电流或电压状况改变临界温度，D正确。5．一种电容式位移传感器的原理图如图甲所示，当被测物体在左右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动。已知电容器的电容C与电介质板进入电容器的长度x之间的关系如图乙所示，其中C0为电介质板没有插入电容器时的电容。为判断被测物体是否发生微小移动，将该电容式位移传感器与电源、电流表、开关组成串联回路(图中未画出)，被测物体的初始位置如图甲所示。电路闭合一段时间后，下列说法正确的是(　　)A．若电源为直流电源且直流电流表示数不为零，说明物体一定在发生移动B．若电源为交流电源且交流电流表示数不为零，说明物体一定在发生移动C．若电源为直流电源且直流电流表示数变大，说明物体一定在向右发生移动D．若电源为交流电源且交流电流表示数变大，说明物体一定在向右发生移动解析：选A　根据平行板电容器的电容公式C＝可知，当电介质板插入极板间的深度发生变化时，则电容器电容发生变化；根据Q＝CU可知，电容器极板上的电荷量发生变化，会有电流“通过”电容器；所以若电源为直流电源且直流电流表示数不为零，说明物体一定在发生移动，故A正确。电容具有“隔直流、通交流”的特点，所以若电源为交流电源，则交流电流表示数不为零，不能说明物体一定在发生移动，故B错误。若电源为直流电源且直流电流表示数变大，但没有说明电流的方向，不能判断出物体一定在向右发生移动，故C错误。若电源为交流电源且交流电流表示数变大，可能是物体在向左发生移动，故D错误。6．小强在用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控制。经检查，恒温箱的控制器没有故障。恒温箱的原理图如图所示，下列对故障判断正确的是(　　)A．只可能是热敏电阻出现故障B．只可能是温度设定装置出现故障C．热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障D．可能是加热器出现故障解析：选C　由恒温箱原理图可知，若热敏电阻出现故障或温度设定出现故障都会向控制器传递错误信息，导致控制器发出错误指令，故C正确，A、B错误。若加热器出现故障，只有一种可能，即不能加热，而题中加热器一直加热才会使温度持续升高，故D错误。7．霍尔元件是一种利用霍尔效应的磁传感器，广泛应用于各领域，如在翻盖手机中，常用霍尔元件来控制翻盖时开启或关闭运行程序。一霍尔元件的示意图如图所示，通入沿x轴正方向的电流I，沿y轴正方向加恒定的匀强磁场B，图中a、b是垂直于z轴方向上元件的前后两侧面，霍尔元件宽为d(a、b间距离)，a、b间将出现电压Uab，则(　　)A．a、b间电压Uab仅与磁感应强度B有关B．若霍尔元件的载流子是自由电子，则a、b两端电压Uab<0C．若霍尔元件的载流子是正电荷，则a、b两端电压Uab<0D．若增大霍尔元件宽度d，则a、b间电压Uab一定增大解析：选B　霍尔元件宽为d，设霍尔元件厚度为h，有q＝qvB，又I＝nqvdh，则Uab＝，故A、D错误；若霍尔元件的载流子是自由电子，根据左手定则，电子向a侧面偏转，a表面带负电，b表面带正电，所以b表面的电势高，Uab<0，B正确；若霍尔元件的载流子是正电荷，根据左手定则，正电荷向a侧面偏转，a表面带正电，b表面带负电，所以a表面的电势高，Uab>0，C错误。8．如图所示为一种常见的身高体重测量仪。测量仪顶部向下发射波速为v的超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发射和接收的时间间隔。质量为M0的测重台置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比。当测重台没有站人时，测量仪记录的时间间隔为t0，输出电压为U0，某同学站上测重台，测量仪记录的时间间隔为t，输出电压为U，则该同学身高和质量分别为(　　)A．v(t0－t)　U　　　  B．v(t0－t)　UC．v(t0－t)　(U－U0) D．v(t0－t)　(U－U0)解析：选D　设测量仪高度和人的身高分别为H和h，根据题意知，没有站人时，有H＝v，站人时，有H－h＝v，解得h＝v；传感器输出的电压与作用在其上的压力成正比，则没有站人时U0＝kM0g，站人时U＝k(M0＋m)g，解得m＝(U－U0)，故D项正确。9．一种油箱内油面高度检测装置的示意图如图所示。图中油量表由电流表改装而成，金属杠杆的一端接浮标，另一端触点O接滑动变阻器R。当油箱内油面下降时，下列分析正确的有(　　)A．触点O向下滑动 B．触点O向上滑动C．电路中的电流增大了 D．电路中的电流减小了解析：选BD　当油箱内油面下降时，浮标下降，由杠杆可以看出触点O向上滑动，变阻器R的阻值变大，电流减小，所以选项A、C错误，B、D正确。10．如图甲所示的电路中电源电动势E＝8 V，电阻R与一个电流传感器相连，传感器可以将电路中的电流随时间变化的曲线显示在计算机屏幕上。先将S接2给电容器C充电，再将S接1，结果在计算机屏幕上得到如图乙所示的图线，B为图线上的一点，将该图线描绘在坐标纸上(坐标纸上的小方格图中未画出)，电流坐标轴每小格表示0.1 mA，时间坐标轴每小格表示0.1 s，图线与坐标轴AOD所围成的面积约为80个小方格。则下列说法正确的是(　　)A．充电电流由a极板穿过电容器内部流向b极板B．B点的坐标乘积表示电容器放电过程中流过电流传感器的电荷量C．电容器充电完毕时，所带电荷量约为8×10－4 CD．电容器的电容约为10－4 F解析：选CD　充电电流由电源正极流向a极板，而不是由a极板穿过电容器内部流向b极板，选项A错误；根据图像的含义，因为Q＝It，所以曲线与坐标轴AOD所围方格的面积表示电容器放出的电荷量，也为充电的总电荷量，即Q＝0.1×10－3×0.1×80 C＝8×10－4 C，由于B点的坐标乘积小于电容器放电过程中流过电流传感器的电荷量，故选项B错误，选项C正确；由C＝＝ F＝10－4 F可知，选项D正确。11．某中学实验小组的同学设计的拉力传感器原理图如图所示，将劲度系数k＝100 N/cm的弹簧的一端固定在竖直墙壁上，另一端与导电性能良好的刚性拉杆相连接，在拉杆上固定一滑片。已知电路中定值电阻R0＝5 Ω，R1是阻值为25 Ω、长度为5 cm且分布均匀的电阻丝，忽略滑片与电阻丝之间的摩擦，理想电流表允许的最大电流为0.6 A，电源电动势E＝3 V(内阻不计)。当拉杆不受力时滑片位于电阻丝的最左端。则(　　)A．定值电阻的作用是限流B．当滑片位于电阻丝的最左端时，电流表的示数为0.1 AC．如果在拉杆上施加大小为400 N的力，电流表的示数为0.3 AD．如果在拉杆上施加大小为400 N的力，电流表的示数为0.5 A解析：选ABC　开关闭合后，电源外电路的总阻值不能为零，接入R0的目的是为了保护电路，A正确；当滑片位于电阻丝的最左端时，电路中的电流I1＝＝0.1 A，所以选项B正确；当拉杆上施加大小为400 N的力时，由F＝kx得x＝4 cm，则接入电路的R1的阻值R1′＝·(L－x)＝5 Ω，此时电流表示数I2＝＝0.3 A，C正确，D错误。12．某商厦安装的光敏电阻自动计数器的示意图如图所示。其中A为光源，B为由电动机带动的匀速运行的自动扶梯，R1为光敏电阻，R2为定值电阻。每当扶梯上有顾客经过，挡住由A射向R1的光线时，计数器就计数一次。此光计数器的基本工作原理是(　　)A．当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压B．当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次解析：选BC　当光照射R1时，R1阻值减小，R总减小，电源电压不变，故电路中的电流增大，R2是定值电阻，U2＝IR2，R2两端电压增大，信号处理系统获得高电压，A错误，B正确；当有人经过时信号处理系统计数，即没有光照时获得低电压，C正确，D错误。二、非选择题(本题共6小题，共60分)13．(6分)在温度为10 ℃左右的环境中，工作的自动恒温箱简图如图甲所示，箱内电阻R1＝20 kΩ，R2＝10 kΩ，R3＝40kΩ，Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图像如图乙所示。当a、b端电压Uab<0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当Uab>0时，电压鉴别器使S断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在________ ℃。解析：根据图甲求出热敏电阻的阻值，然后从图乙的图像中找出所对应的温度。设电路路端电压为U，当Uab＝0时，有＝，代入数据解得Rt＝20 kΩ，由图乙可知，当Rt＝20 kΩ时，t＝35 ℃。答案：3514．(8分)(1)某宾馆的房卡如图甲所示，只有把房卡插入槽中，房间内的灯和插座才会有电。房卡的作用相当于一个________(填电路元件名称)接在干路上。(2)如图乙所示，当房客进门时，只要将带有磁铁的卡P插入盒子Q中，这时由于磁铁吸引簧片，开关B就接通，通过继电器J使整个房间的电路的总开关接通，房客便能使用室内各种用电器。当继电器工作时，c、d相吸，a、b便接通。请你将各接线端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10适当地连接起来，构成正常的电门卡电路。解析：(1)房卡可以控制房间内的灯和插座，不插入槽中，所有房间内的灯和插座都不工作，所以房卡相当于干路上的开关。(2)将开关B与电源E、线圈连成一个回路；将三个灯泡所在电路与交流电流接成回路，构成正常的电门卡电路。如图所示。答案：(1)开关　(2)见解析图15．(7分)热敏电阻是传感电路中常用的电子元件，现用伏安法研究热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整。已知常温下待测热敏电阻的阻值为40～50 Ω。热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水，其他备用的仪表和器材有：盛有热水的热水瓶(图中未画出)、电源(3 V、内阻可忽略)、直流电流表(内阻约1 Ω)、直流电压表(内阻约5 kΩ)、滑动变阻器(0～10 Ω)、开关、导线若干。(1)图中a、b、c三条图线能反映热敏电阻的伏安特性曲线的是______________。(2)在虚线框中画出实验电路图，要求测量误差尽可能小。 (3)根据电路图，在实物图上连线。解析：(1)随温度的升高，热敏电阻阻值减小，在I­U图像中，任一点的＝，故在I­U图像中图线上的点与坐标原点连线的斜率应变大，可见c图线正确。(2)热敏电阻阻值为40～50 Ω，由电压表、电流表内阻知临界阻值R0＝＝ Ω＝50 Ω，即热敏电阻属于小电阻，应用外接法。由于要描绘伏安特性曲线电压从0开始连续变化，因此用滑动变阻器的分压式接法。电路图如图所示。(3)实物连线如图所示。答案：(1)c　(2)、(3)见解析图16．(9分)用压敏电阻可制成压力传感器，它受到的压力越大，输出的电压就越大，用它可以对汽车称重。经实测，某压力传感器输出电压与压力的关系如下表：压力/(×105 N)01．22．43．64．86．0输出电压/V01．02．03．04．05．0将该压力传感器水平放置，并和电阻箱R′(最大电阻999．9 Ω)及其他器材组成了如图甲所示的电路。闭合开关S，当线圈中的电流I≥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，继电器控制电路的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)(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；(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______(选填“A、B”或“C、D”)两端；(3)为使车的重力G≥3．0×105 N时启动报警系统，则电阻箱R′的电阻应调节到________ Ω；(4)通过调整电阻箱R′的阻值，可以调整报警车的重力，能使该装置报警的车的最小重力为________ N。解析：(1)横坐标表示压力，纵坐标表示输出电压，根据表中数据，所作图像如图所示。(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)由图可知当FN＝3．0×105 N时，U＝2．5 V，而使电磁继电器的衔铁被吸合的最小电流为0.02 A，故电路总电阻R总＝＝ Ω＝125 Ω，所以电阻箱接入电路的阻值R′＝R总－R线＝125 Ω－25 Ω＝100 Ω。(4)因为使电磁继电器衔铁吸合的最小电流I＝20 mA＝0.02 A，继电器线圈的电阻R线＝25 Ω，所以要使该装置报警，压力传感器输出的电压最小值U最小＝IR线＝0.02 A×25 Ω＝0.5 V，由图像可知，输出电压为0.5 V时，对应的压力为6．0×104 N。答案：(1)见解析图　(2)C、D　(3)100　(4)6．0×10417．(14分)某同学研究自感现象的实验电路图如图甲所示，用电流传感器显示各时刻通过线圈L的电流。电路中电灯的电阻R1＝6．0 Ω，定值电阻R＝2．0 Ω，A、B间电压U＝6．0 V。开关S原来闭合，电路处于稳定状态，在t1＝1．0×10－3 s时刻断开开关S，此时刻前后电流传感器显示的电流随时间变化的图线如图乙所示。(1)求出线圈L的直流电阻RL；(2)指出图甲中断开开关后通过电灯的电流方向；(3)求在t2＝1．6×10－3 s时刻线圈L中的感应电动势的大小是多少。解析：(1)由题图读出，开始时流过线圈L的电流I0＝1．5 A，由欧姆定律I0＝，解得RL＝－R＝2 Ω。(2)电流方向向左。(3)由题图乙读出，t2＝1．6×10－3 s时刻线圈L的电流I＝0.3 A，线圈L此时是一个电源，由闭合电路欧姆定律可知E＝I(RL＋R＋R1)，得E＝3．0 V。答案：(1)2 Ω　(2)电流方向向左　(3)3．0 V18．(16分)电子秤是市场上一种常见的测量工具，为广大的顾客带来了很大的方便， 一台指针式电子秤的结构图如图所示，电路中有一内阻可忽略、电动势为6 V的电源，R0＝300 Ω，G为理想电流表改装而成的电子秤显示仪，R为阻值随压力增大而减小的压敏电阻，其电阻的大小随压力的变化关系如表所示，C为耐压值为5 V的电容器，假设忽略秤盘的重力，重力加速度g＝10 m/s2。压力F/N050100150200250300…电阻R/Ω300280260240220200180… (1)压敏电阻的阻值与其所受压力的关系式是什么？(2)该电子秤测量的质量最多为多少？(3)利用上述的电子秤测量物体时，该显示仪上所对应的测量物的质量的刻度是否均匀？解析：(1)由题表中数据可知k＝＝0.4 Ω/N所以压敏电阻的阻值随压力F变化的函数表达式为R＝(300－0.4F)Ω。(2)压敏电阻R受到的压力越大，其阻值越小，电容器两极板电压越大，但不能超过5 V，所以＝解得R＝60 Ω又因为R＝(300－0.4F)Ω解得F＝600 N因此测量的质量最多为m＝＝ kg＝60 kg。(3)电流表中的电流I＝＝电流I与压力F不是线性关系，所以该电子秤显示仪上所对应的测量物的质量的刻度不均匀。答案：(1)R＝(300－0.4F)Ω　(2)60 kg　(3)不均匀