传感器（1）——2024届高考物理电磁知识专练

这是一份传感器（1）——2024届高考物理电磁知识专练，共12页。试卷主要包含了单选题，多选题，计算题，实验题等内容，欢迎下载使用。

一、单选题
1．许多办公楼及宿舍楼的楼梯上的电灯到了晚上能够自动做到“人来即亮，人走即灭”，其神奇功能在于控制灯的“开关”传感器，下面有关该传感器的说法中正确的是( )
A.该传感器能够测量的物理量是位移和温度
B.该传感器能够测量的物理量是位移和光强
C.该传感器能够测量的物理量是光强和声音
D.该传感器能够测量的物理量是压力和位移
2．下列设备在工作时，利用了温度传感器的是( )
A.称量货车载重量的电子秤B.能自动开启和关闭的路灯
C.烟雾报警器D.自动恒温箱
3．如图所示，某同学抱着箱子做蹲起运动研究超重和失重现象，在箱内的顶部和底部均安装有压力传感器。两质量均为2kg的物块用轻弹簧连接分别抵住传感器。当该同学抱着箱子静止时，顶部的压力传感器显示示数。重力加速度g取。不计空气阻力，则( )
A.箱子静止时，底部压力传感器显示示数
B.当时，箱子处于失重状态，人可能抱着箱子下蹲
C.当时，箱子处于超重状态，人可能抱着箱子向上站起
D.若箱子保持竖直从高处自由释放，运动中两个压力传感器的示数均为30N
4．利用霍尔传感器可测量自行车的运动速率，如图所示，一块磁铁安装在前轮上，霍尔传感器固定在前叉上，离轮轴距离为r，轮子每转一圈，磁铁就靠近霍尔传感器一次，传感器就会输出一个脉冲电压。当磁铁靠霍尔元件最近时，通过元件的磁场可视为匀强磁场，磁感应强度为B，在导体前后表面间出现电势差U。已知霍尔元件沿磁场方向的厚度为d，载流子的电荷量为，电流I向左。下列说法正确的是( )
A.前表面的电势高于后表面的电势
B.若车速越大，则霍尔电势差U越大
C.元件内单位体积中的载流子数为
D.若单位时间内霍尔元件检测到m个脉冲，则自行车行驶的速度大小
5．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断升降机运动状态的装置，其工作原理如图所示。将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动过程的某一段时间内，发现电流表的示数不变，且I大于升降机静止时电流表的示数，在这段时间内( )
A.升降机可能匀速上升
B.升降机一定匀减速上升
C.升降机一定处于失重状态
D.通过压敏电阻的电流一定比电梯静止时大
二、多选题
6．传感器在现代生产生活中的应用十分广泛。下列传感器中，输入物理量为温度的是( )
A.热敏电阻B.电阻应变片
C.金属热电阻D.电容式位移传感器
7．如图甲所示，一个弹簧一端固定在传感器上，传感器与电脑相连，当对弹簧施加变化的作用力（拉力或压力）时，在电脑上得到了弹簧长度的形变量与弹簧产生的弹力的关系图像（如图乙），则下列判断正确的是( )
A.弹簧产生的弹力和弹簧的长度成正比
B.弹簧长度的增加量与对应的弹力增加量成正比
C.该弹簧的劲度系数是
D.该弹簧受到反向压力时，劲度系数不变
8．如图所示的是一个电容式传感器，在金属a的外面涂一层绝缘的电介质后放在导电液体中构成一个电容器，a与导电液体就是该电容器的两极，今使该电容器充电后与电源断开，并将a与静电计的导体球相连，插入导电液体中的电极b与静电计外壳相连，则当导电液体深度h变大时( )
A.引起两极间正对面积变大B.电容器的电容将变小
C.电容器两极间的电压将变大D.静电计指针偏角将减小
9．如图所示，这是安装在潜水器上的深度表的电路原理图，显示器由电流表改装而成，压力传感器的电阻随压力的增大而减小，电源的电动势和内阻均为定值，定值电阻阻值大于电源内阻，在潜水器下潜的过程中，下列说法正确的是( )
A.通过显示器的电流增大B.压力传感器两端的电压变大
C.电源内阻的功率一定减小D.电源的输出功率变大
三、计算题
10．图为电熨斗构造的示意图，其中温度敏感元件是双金属片，在温度升高时上层金属的膨胀大于下层金属，可造成双金属片的形变。观察电熨斗的构造，并回答下列问题：
(1)常温下，电熨斗的上下触点应当是接触的还是分离的？当温度过高时双金属片将怎样起作用？
(2)熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，这是如何利用调温旋钮来实现的？
11．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。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变化，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。
（1）利用表中的数据写出电阻R随压力F变化的函数关系式。
（2）电容器的耐压值为5 V，该电子秤的最大称量值为多大？
（3）如果把电流表中电流的刻度转换成压力刻度，试通过寻求压力与电流表中电流的函数关系，说明该测力显示器的刻度是否均匀。
12．有一种测量物体所受重力的装置，其电路原理图如图所示，图中虚线区域内电路主要由三部分构成：踏板、压力传感器（实际上是一个阻值可随压力变化的电阻）、显示物体所受重力的仪表A（实际上是电流表）。不计踏板的质量，已知电流表的量程为2 A、内阻为1 Ω势为12 V、内阻为1 Ω，压力传感器的阻值R随压力F变化的函数式为（F和R的单位分别为N和Ω）。
（1）求该装置能测量的最大重力。
（2）通过计算，得出该装置零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表刻度盘的哪个刻度处？
（3）写出该装置测量的重力与电流表中电流的函数关系。
四、实验题
13．酒精测试仪是交警用来检测机动车驾驶员是否酒后驾车的仪器，它的原理示意图如图所示。电源电压为6 V恒定，当电流表的示数为0.3 A时，表明该驾驶员没有酒驾，酒精气体传感器正常工作。为定值电阻，阻值为10 Ω。则：
（1）酒精气体传感器正常工作时的电阻的大小为________。
（2）酒精气体传感器正常工作一天（24 h），所消耗的电能为________。
14．学校新进了一批传感器，小明同学在老师的指导下在实验室利用传感器探究物体做圆周运动的向心力与质量，轨道半径及转速的关系。如图1所示的实验装置中，带孔的小滑块套在光滑的水平细杆上，通过细线与固定在转轴上的拉力传感器相连，小滑块上固定有转速传感器，水平细杆可绕转轴做匀速圆周运动，小明先保持滑块质量和半径不变，来探究向心力与转速的关系。
①该同学采用的实验方法主要是_______。（填正确答案标号）
A.理想模型法B.控制变量法C.等效替代法
②小明通过改变转轴转速测量多组数据，记录力传感器示数F，转速传感器的示数n，作出了如图2所示的
图像，则小明选取的横坐标可能是_______。
A.nB.C.D.
参考答案
1．答案：C
解析：楼道中安装了自动灯光控制系统，白天灯不亮，和光传感器有关；晚上有人经过时，灯自动亮起来，与声音有关，是声传感器，所以该传感器能够测量的物理量是光强和声音.
故选C。
2．答案：D
解析：A.称量货车载重量的电子秤利用的是压力传感器，故A错误；B.能自动开启和关闭的路灯与光的强弱有关，利用的是光传感器，故B错误；C.烟雾报警器，是当有火灾时，会产生烟雾进入火灾报警器，利用光的漫反射，从而触发开关报警，利用的是光传感器，故C错误；D.自动恒温箱需要将温度信号转化为电信号，利用的是温度传感器，故D正确。故选D。
3．答案：D
解析：A.当箱子静止时，对两物块和弹簧组成的系统受力分析可知
得下面压力传感器显示示数
对上面物体
得
故A错误；
B.当时，对上面物体
所以加速度方向向上，箱子处于超重状态，人可能抱着箱子开始站起，故B错误；
C.当时
加速度方向向下，箱子处于失重状态，人可能抱着箱子开始下蹲，故C错误；
D.当箱子自由下落时处于完全失重状态，两个物体所受合力均为mg，则应有
弹簧长度没变，所以两个压力传感器的示数均为30N，故D正确。
故选D。
4．答案：C
解析：A.根据左手定则可知载流子受到的洛伦兹力指向前表面，所以载流子会在前表面聚集，载流子带负电，所以霍尔元件的前表面电势低于后表面电势，故A错误；
B.设霍尔元件的宽为b，稳定后电荷所受电场方和洛伦兹力平衡，即
解得
设单位体积内自由移动的载流子数为n，由电流微观表达式
整理得
由于电流强度I和磁感强度B不变，因此霍尔电势差U与车速大小无关，故B错误；
C.由B可知，单位体积内自由移动的载流子数为
故C正确；
D.若单位时间内霍尔元件检测到m个脉冲，周期为
角速度为
自行车行驶的速度大小
故D错误。
故选C。
5．答案：C
解析：A.在升降机运动过程中发现I大于升降机静止时电流表的示数，说明此时压敏电阻的阻值大于升降机静止时的阻值，则压敏电阻所受的压力小于升降机静止时的压力，升降机不可能匀速运动，故A错误；
B.在升降机运动过程中发现电流表不变，说明是匀变速运动，且I大于升降机静止时电流表的示数，可知外电压变大，内电压变小，说明总电流变小，所以总电阻变大，压敏电阻的阻值变大。由压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，则知压力变小，因此加速度方向向下，可能向下匀加速，也可能向上匀减速。故B错误；
C.升降机的加速度向下，一定处于失重状态。故C正确；
D、电路中总电流变小，而通过电流表的电流变大，则R的电流变小，所以通过压敏电阻的电流一定比电梯静止时小，故D错误。
故选C。
6．答案：AC
解析：A.热敏电阻是将温度信号转化为电压（电阻）信号输出的，A正确；
B.电阻应变片是将压力信号转化为电压（电阻）信号输出的，B错误；
C.金属热电阻是将温度信号转化为电压（电阻）信号输出的，C正确；
D.电容式位移传感器，是将位移信号转化为电压（电阻）信号输出的，D错误。
故选AC。
7．答案：BCD
解析：由图乙得，A错误，B正确；，C正确；弹簧的劲度系数k是由弹簧本身的因素决定的，无论是拉伸还是压缩，k都不变，D正确.
8．答案：AD
解析：A、由图可知，液体与芯柱构成了电容器，两板间距离不变；液面变化时只有正对面积发生变化；当液面升高时，只能是正对面积S增大；故A正确.
B、由可知电容增大，B错误.
CD、因电容器充电后与电源断开，则电容器的总电荷量Q不变，依据，因此电势差减小，而静电计指针的偏角反映电容器的电压大小，即静电计的指针偏角变小；C错误，D正确.
故选AD.
9．答案：AD
解析：A.在潜水器下潜过程中，压力增大，压力传感器的电阻减小，电路电阻减小，因此电流增大，A正确；B.压力传感器电压有，电源电压不变，除压力传感器之外的总电阻也不变，但电流增大，所以压力传感器两端电压减小，B错误；C.电路电流增大，电源内阻不变，电源内阻功率，功率增大，C错误；D.设电路外电阻为R，关于输出功率有，可知，当时，输出功率最大。即R值越接近r值，输出功率越大。因大于电源内阻，所以传感器电阻越小，路端电阻反而越接近r，输出功率越大，D正确。故选AD。
10．答案：(1)常温下，电熨斗上的触点是接触的，当温度过高，由于上层金属的膨胀大于下层金属，使双金属片向下弯曲，弯曲到一定程度时，触点分离，电路断开，电热丝不在加热；
(2)熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，调温旋钮应该向下旋，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，调温旋钮应该向上旋。
解析：(1)常温下，电熨斗上的触点是接触的，这样接通电源后能进行加热。当温度过高，由于上层金属的膨胀大于下层金属，使双金属片向下弯曲，弯曲到一定程度时，触点分离，电路断开，电热丝不在加热，当温度降低后，双金属片恢复原状，电路接通继续加热；
(2)熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，调温旋钮应该向下旋，使得双金属片弯曲较大时，触点点才分离，这样保证了较高的温度，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，调温旋钮应该向上旋，使得双金属片弯曲较小时，触点就分离，这样保证了温度不会过高。
11、
（1）答案：
解析：把压力大小作为横坐标，把电阻作为纵坐标，在坐标系中描点连线即可得到压敏电阻R的阻值随压力大小F变化的图像，如图所示，根据R的阻值随压力F变化的图像可知压敏电阻R的阻值与压力F是一次函数关系，设函数关系式为，
其中，
所以函数关系式为。
（2）答案：550 N
解析：从上式可知，压力增大时，压敏电阻阻值减小，当电阻两端的电压为5 V时，压敏电阻两端的电压为，
根据串联电路特点可得，
代入数据得，解得，
把代入中，
解得。
（3）答案：见解析
解析：根据闭合电路欧姆定律得，
把代入上式，化简得，
所以压力和电流不是一次函数关系，故该测力显示器的刻度不均匀。
12、
（1）答案：2600 N
解析：由电流表量程可知电路中最大电流为2 A。
由闭合电路欧姆定律得，
可解得压力传感器的阻值R的最小值为4 Ω。
由阻值R随压力F变化的函数式为可得压力F的最大值为2600 N。
即该装置能测量的最大重力是2600 N。
（2）答案：0.375 A
解析：踏板空载时，
由闭合电路欧姆定律得，，可解得
即该装置零刻度线应标在电流表刻度盘的0.375 A刻度处。
（3）答案：(为重力、电流，其单位为N、A)
解析：由和可得
将电动势，内阻，电流表的内阻，代入化简得(F和I的单位分别为N和A)
即(为重力、电流，其单位为N、A)
13．答案：（1）10 Ω
（2）77760 J
解析：由题图可知，定值电阻与酒精气体传感器串联，电流表测电路中的电流，根据欧姆定律求出酒精气体传感器正常工作时电路中的总电阻，利用串联电阻的特点求出酒精气体传感器正常工作时的电阻；根据求出酒精气体传感器正常工作一天（24 h）所消耗的电能。
（1）由可得，酒精气体传感器正常工作时电路中的总电阻，由于串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以酒精气体传感器正常工作时的电阻。
（2）酒精气体传感器正常工作一天（24 h）所消耗的电能。
14．答案：①B；②D
解析：①题意知，保持质量和半径不变，研究向心力和转速的关系，属于控制变量法。
②滑块做圆周运动，则
因均为定值，故横坐标应为，选项D正确。
压力F/N
0
50
100
150
200
250
300
…
电阻R/Ω
300
280
260
240
220
200
180
…