人教版高中物理选择性必修第二册第五章传感器测评含答案

第五章测评

(时间:75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。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.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

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

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

4.利用现代信息技术进行的实验叫作DIS实验,DIS由传感器、数据采集器和计算机组成。如图所示为“用DIS测变速直线运动的瞬时速度”实验的装置图,图中①所示的器材的传感器为(　　)

A.位移传感器 B.速度传感器

C.时间传感器 D.光传感器

5.在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今天,担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用,其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的元件。某学习小组的同学在用多用电表研究热敏特性实验中,安装好如图所示装置。向杯内加入冷水,温度计的示数为20 ℃,多用电表选择适当的倍率,读出热敏电阻的阻值R1。然后向杯内加入热水,温度计的示数为60 ℃,发现多用电表的指针偏转角度较大,则下列说法正确的是(　　)

A.应选用电流挡,温度升高换用大量程测量

B.应选用电流挡,温度升高换用小量程测量

C.应选用欧姆挡,温度升高时换用倍率大的挡

D.应选用欧姆挡,温度升高时换用倍率小的挡

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

7.氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测,它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化。在如图甲所示的电路中,不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻。这样,理想电压表的指针位置就与一氧化碳浓度有了对应关系,观察电压表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标。有一种氧化锡传感器,其技术资料中给出的是电导(即电阻的倒数)—CO浓度曲线,如图乙所示。在下列表示一氧化碳浓度c与电压表示数U0之间关系的图像中正确的是(　　)

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

9.为了锻炼身体,小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计,其原理图如图所示。轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起(弹簧的电阻不计,P与R1间的摩擦不计),弹簧劲度系数为100 N/cm。定值电阻R0=5 Ω,ab是一根长为5 cm的均匀电阻丝,阻值R1=25 Ω,电源输出电压恒为U=3 V,理想电流表的量程为0~0.6 A。当拉环不受力时,滑片P处于a端。下列关于这个电路的说法正确的是(　　)

A.小明在电路中连入R0的目的是保护电路

B.当拉环不受力时,闭合开关后电流表的读数为0.1 A

C.当拉力为400 N时,电流表指针指在0.3 A处

D.当拉力为400 N时,电流表指针指在0.5 A处

10.电容式话筒的保真度比动圈式话筒好,其工作原理如图所示,Q是绝缘支架,薄金属膜片M和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电,当声波使膜片M振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流。当膜片M向右运动的过程中有(　　)

A.电容变大

B.电容变小

C.导线AB中有向左的电流

D.导线AB中有向右的电流

三、非选择题:本题共5个小题,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。

(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)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”)。 

12.(10分)电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度,将光敏电阻Rx和定值电阻R0接在9 V的电源上,光敏电阻阻值随光强的变化关系如表所示。

[“光强”是表示光强弱程度的物理量,符号为Iv,单位为坎德拉(cd)]

(1)当光照强度为4坎德拉(cd)时光敏电阻Rx的大小为　　　　 Ω。 

(2)其原理是光照增强,光敏电阻Rx阻值变小,施加于玻璃两端的电压降低,玻璃透明度下降,反之则玻璃透明度上升。若电源电压不变,R0是定值电阻,则下列电路图中符合要求的是　　　　。 

(3)现已知定值电阻R0为12 Ω,用电压表测得光敏电阻两端的电压为3 V,则此时光照强度为　　　　。 

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)。

14.(12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?

15.(14分)某同学设计了一种“自动限重器”,如图甲所示。该装置由控制电路和工作电路组成,其主要元件有电磁继电器、货物装载机(实质是电动机)、压敏电阻R1和滑动变阻器R2等。压敏电阻R1的阻值随压力F变化的关系如图乙所示。当货架承受的压力达到限定值时,电磁继电器会自动控制货物装载机停止向货架上摆放物品。已知控制电路的电源电动势E=6 V,r=2 Ω,电磁继电器线圈的阻值忽略不计。请你解答下列问题:

甲

乙

(1)用笔画线代替导线将图甲的电路连接完整。

(2)当电磁继电器线圈中的电流大小为15 mA时,衔铁被吸下。若货架能承受的最大压力为800 N,则所选滑动变阻器R2的最大阻值至少为多少?

答案：

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

2.B　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,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。

3.C　空调机的温度控制使用了温度传感器。

4.D　光传感器能够测量并记录挡光片通过光电门的时间t,若挡光片的宽度为d,则瞬时速度v=,故D正确。

5.D　多用电表与热敏电阻构成的回路中未接入电源,故不能选用电流挡,A、B错误;当温度升高时多用电表指针偏转角度较大,说明热敏电阻的阻值变小了,应该换用倍率小的挡,C错误,D正确。

6.A　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。

7.A　U0=IR0=,一氧化碳浓度c增大,电导增大,电阻R传减小,U0增大,但不是正比关系,选项A正确,B、C、D错误。

8.AD　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。

9.ABC　若电路无电阻R0,且金属滑片P在b端时,电路短路会损坏电源,R0的存在使电路不会出现短路,故A正确;当拉环不受力时,滑片P在a端,由闭合电路欧姆定律得I==0.1 A,故B正确;当拉力为400 N时,由F=kΔx可得Δx=4 cm,对应的电阻为=20 Ω,R1接入电路的电阻RPb=5 Ω,由闭合电路欧姆定律得I'==0.3 A,故D错误,C正确。

10.AC　当声波使膜片M向右运动时,电容器极板间距减小,电容变大,电荷量Q=UC变大,电源要继续给电容器充电,所以导线AB中有向左的电流,故选项A、C正确。

11.答案 (1)M　(2)b　c

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)为使电流自Q端流入、P端流出,应将S1掷向b,将S2掷向c。

12.答案 (1)4.5　(2)C　(3)3 cd

解析 (1)由表格数据可知,光敏电阻与光强的乘积均不变,则当Iv=4 cd时,光敏电阻的阻值Rx= Ω=4.5 Ω。

(2)由题意可知,光敏电阻Rx与定值电阻R0串联连接,光照增强时,光敏电阻Rx的阻值减小,电路中的总电阻减小,由欧姆定律可知,电路中的电流增大,由U=IR可知,R0两端的电压增大,因串联电路中总电压等于各分电压之和,所以Rx两端的电压减小,反之光照减弱时,光敏电阻Rx的阻值增大,R0两端的电压减小,Rx两端的电压增大,则玻璃并联在R0两端时不符合,玻璃并联在Rx两端时符合,故A错误,C正确;若玻璃与电源并联,光照变化时,玻璃两端的电压不变,故B、D错误。

(3)当R0=12 Ω时,光敏电阻Rx两端的电压Ux=3 V,因串联电路中总电压等于各分电压之和,R0两端的电压U0=U-Ux=(9-3)V=6 V,因串联电路中各处的电流相等,所以电路中的电流I=,解得Rx=6 Ω,此时光照强度Iv= cd=3 cd。

13.答案 见解析

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。

14.答案 见解析

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。

15.答案 (1)图见解析　(2)318

解析 (1)连接电路如图所示。

(2)R1与R2串联,I1=I2=Imax=15 mA=0.015 A

根据闭合电路的欧姆定律得R1+R2+r=

由题图乙可知,F=800 N时,R1=80 Ω

所以R2=-r-R1=Ω=318 Ω

即滑动变阻器R2的最大阻值至少为318 Ω。