-新教材高中物理第五章傳感器章末檢測含解析新人教版選擇性必修第二冊

PAGEPAGE11傳感器(時間：90分鐘滿分：100分)一、選擇題(本題共12小題，共40分。第1～8小題，在每小題給出的四個選項中，只有一個正確選項，每小題3分；第9～12小題有多個正確選項，全選對的得4分，選對但不全的得2分，有選錯的得0分)1．如圖所示，由電源、小燈泡、電阻絲、開關(guān)組成的電路中，當閉合開關(guān)S后，小燈泡正常發(fā)光。若用酒精燈加熱電阻絲時，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗，發(fā)生這一現(xiàn)象的主要原因是()A．小燈泡的電阻發(fā)生了變化B．小燈泡燈絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化C．電阻絲的電阻率隨溫度發(fā)生了變化D．電源的電壓隨溫度發(fā)生了變化解析：選C電阻絲的電阻率隨溫度的升高而增大，電阻增大。根據(jù)I＝eq\f(U,R)和P＝UI知，通過小燈泡的電流減小，功率減小，所以小燈泡亮度變暗，C正確。2．如圖甲所示的電路中，光敏電阻R2受到的光照隨時間變化的圖像如圖乙所示，R2兩端的電壓隨時間的變化規(guī)律是()解析：選B光敏電阻隨光照的增強電阻減小，電路中電流增大，電阻R1兩端電壓增大，R2兩端電壓減小，但不會減小到零。故選項B正確。3．許多手機都有指紋解鎖功能，常用的指紋識別傳感器是電容式傳感器，如圖所示。指紋的凸起部分叫作“嵴”，凹下部分叫作“峪”，傳感器上有大量面積相同的小極板，當手指貼在傳感器上時，這些小極板和與之正對的皮膚表面就形成了大量的小電容器，由于距離不同，所以這些小電容器的電容不同。此時傳感器給所有的電容器充電達到同一電壓值，然后開始放電，其中電容值較小的電容器放電較快，于是根據(jù)放電快慢的不同，就可以探測到嵴和峪的位置，從而形成指紋的圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)以上信息，下列說法正確的是()A．電容器在充電過程中是把電能轉(zhuǎn)化成化學能B．在嵴處形成的電容器放電較快C．在峪處形成的電容器充電后帶電荷量較小D．潮濕的手指對指紋識別沒有任何影響解析：選C帶電的電容器間存在電場能，故電容器在充電過程中，將電能轉(zhuǎn)化為電場能，故A錯誤。根據(jù)電容的決定式C＝eq\f(εrS,4πkd)可得，極板與峪處距離d大，構(gòu)成的電容器電容小，根據(jù)Q＝CU可知，極板與峪處構(gòu)成的電容器的極板上的電荷量較少，在放電過程中放電時間短；反之，在嵴處形成的電容器電容大，極板上的電荷量大，放電時間長，故B錯誤，C正確。潮濕的手指與傳感器之間有水填充，改變了原來匹配成平行板電容器的電容，所以會影響指紋解鎖，故D錯誤。4．某溫控電路的原理如圖所示，RM是負溫度系數(shù)的熱敏電阻，R是滑動變阻器，某種儀器要求在15～27℃的環(huán)境中工作。當環(huán)境溫度偏高或偏低時，控制器會自動啟動降溫或升溫設(shè)備。下列說法正確的是()A．環(huán)境溫度降低，RM的阻值減小B．環(huán)境溫度升高，Uab變大C．滑片P向下移動時，Uab變大D．調(diào)節(jié)滑片P的位置能改變降溫和升溫設(shè)備啟動時的臨界溫度解析：選D當環(huán)境溫度降低時，RM變大，A錯誤；環(huán)境溫度升高，RM減小，Uab變小，B錯誤；滑片向下移動，回路電流減小，Uab變小，C錯誤；調(diào)節(jié)滑片P的位置能通過改變電流或電壓狀況改變臨界溫度，D正確。5．一種電容式位移傳感器的原理圖如圖甲所示，當被測物體在左右方向發(fā)生位移時，電介質(zhì)板隨之在電容器兩極板之間移動。已知電容器的電容C與電介質(zhì)板進入電容器的長度x之間的關(guān)系如圖乙所示，其中C0為電介質(zhì)板沒有插入電容器時的電容。為判斷被測物體是否發(fā)生微小移動，將該電容式位移傳感器與電源、電流表、開關(guān)組成串聯(lián)回路(圖中未畫出)，被測物體的初始位置如圖甲所示。電路閉合一段時間后，下列說法正確的是()A．若電源為直流電源且直流電流表示數(shù)不為零，說明物體一定在發(fā)生移動B．若電源為交流電源且交流電流表示數(shù)不為零，說明物體一定在發(fā)生移動C．若電源為直流電源且直流電流表示數(shù)變大，說明物體一定在向右發(fā)生移動D．若電源為交流電源且交流電流表示數(shù)變大，說明物體一定在向右發(fā)生移動解析：選A根據(jù)平行板電容器的電容公式C＝eq\f(εrS,4πkd)可知，當電介質(zhì)板插入極板間的深度發(fā)生變化時，則電容器電容發(fā)生變化；根據(jù)Q＝CU可知，電容器極板上的電荷量發(fā)生變化，會有電流“通過”電容器；所以若電源為直流電源且直流電流表示數(shù)不為零，說明物體一定在發(fā)生移動，故A正確。電容具有“隔直流、通交流”的特點，所以若電源為交流電源，則交流電流表示數(shù)不為零，不能說明物體一定在發(fā)生移動，故B錯誤。若電源為直流電源且直流電流表示數(shù)變大，但沒有說明電流的方向，不能判斷出物體一定在向右發(fā)生移動，故C錯誤。若電源為交流電源且交流電流表示數(shù)變大，可能是物體在向左發(fā)生移動，故D錯誤。6．小強在用恒溫箱進行實驗時，發(fā)現(xiàn)恒溫箱的溫度持續(xù)升高，無法自動控制。經(jīng)檢查，恒溫箱的控制器沒有故障。恒溫箱的原理圖如圖所示，下列對故障判斷正確的是()A．只可能是熱敏電阻出現(xiàn)故障B．只可能是溫度設(shè)定裝置出現(xiàn)故障C．熱敏電阻和溫度設(shè)定裝置都可能出現(xiàn)故障D．可能是加熱器出現(xiàn)故障解析：選C由恒溫箱原理圖可知，若熱敏電阻出現(xiàn)故障或溫度設(shè)定出現(xiàn)故障都會向控制器傳遞錯誤信息，導(dǎo)致控制器發(fā)出錯誤指令，故C正確，A、B錯誤。若加熱器出現(xiàn)故障，只有一種可能，即不能加熱，而題中加熱器一直加熱才會使溫度持續(xù)升高，故D錯誤。7．霍爾元件是一種利用霍爾效應(yīng)的磁傳感器，廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，如在翻蓋手機中，常用霍爾元件來控制翻蓋時開啟或關(guān)閉運行程序。一霍爾元件的示意圖如圖所示，通入沿x軸正方向的電流I，沿y軸正方向加恒定的勻強磁場B，圖中a、b是垂直于z軸方向上元件的前后兩側(cè)面，霍爾元件寬為d(a、b間距離)，a、b間將出現(xiàn)電壓Uab，則()A．a(chǎn)、b間電壓Uab僅與磁感應(yīng)強度B有關(guān)B．若霍爾元件的載流子是自由電子，則a、b兩端電壓Uab<0C．若霍爾元件的載流子是正電荷，則a、b兩端電壓Uab<0D．若增大霍爾元件寬度d，則a、b間電壓Uab一定增大解析：選B霍爾元件寬為d，設(shè)霍爾元件厚度為h，有qeq\f(Uab,d)＝qvB，又I＝nqvdh，則Uab＝eq\f(BI,nqh)，故A、D錯誤；若霍爾元件的載流子是自由電子，根據(jù)左手定則，電子向a側(cè)面偏轉(zhuǎn)，a表面帶負電，b表面帶正電，所以b表面的電勢高，Uab<0，B正確；若霍爾元件的載流子是正電荷，根據(jù)左手定則，正電荷向a側(cè)面偏轉(zhuǎn)，a表面帶正電，b表面帶負電，所以a表面的電勢高，Uab>0，C錯誤。8．如圖所示為一種常見的身高體重測量儀。測量儀頂部向下發(fā)射波速為v的超聲波，超聲波經(jīng)反射后返回，被測量儀接收，測量儀記錄發(fā)射和接收的時間間隔。質(zhì)量為M0的測重臺置于壓力傳感器上，傳感器輸出電壓與作用在其上的壓力成正比。當測重臺沒有站人時，測量儀記錄的時間間隔為t0，輸出電壓為U0，某同學站上測重臺，測量儀記錄的時間間隔為t，輸出電壓為U，則該同學身高和質(zhì)量分別為()A．v(t0－t)eq\f(M0,U0)U B．eq\f(1,2)v(t0－t)eq\f(M0,U0)UC．v(t0－t)eq\f(M0,U0)(U－U0) D．eq\f(1,2)v(t0－t)eq\f(M0,U0)(U－U0)解析：選D設(shè)測量儀高度和人的身高分別為H和h，根據(jù)題意知，沒有站人時，有H＝veq\f(t0,2)，站人時，有H－h(huán)＝veq\f(t,2)，解得h＝eq\f(t0－t,2)v；傳感器輸出的電壓與作用在其上的壓力成正比，則沒有站人時U0＝kM0g，站人時U＝k(M0＋m)g，解得m＝eq\f(M0,U0)(U－U0)，故D項正確。9．一種油箱內(nèi)油面高度檢測裝置的示意圖如圖所示。圖中油量表由電流表改裝而成，金屬杠桿的一端接浮標，另一端觸點O接滑動變阻器R。當油箱內(nèi)油面下降時，下列分析正確的有()A．觸點O向下滑動 B．觸點O向上滑動C．電路中的電流增大了 D．電路中的電流減小了解析：選BD當油箱內(nèi)油面下降時，浮標下降，由杠桿可以看出觸點O向上滑動，變阻器R的阻值變大，電流減小，所以選項A、C錯誤，B、D正確。10．如圖甲所示的電路中電源電動勢E＝8V，電阻R與一個電流傳感器相連，傳感器可以將電路中的電流隨時間變化的曲線顯示在計算機屏幕上。先將S接2給電容器C充電，再將S接1，結(jié)果在計算機屏幕上得到如圖乙所示的圖線，B為圖線上的一點，將該圖線描繪在坐標紙上(坐標紙上的小方格圖中未畫出)，電流坐標軸每小格表示0.1mA，時間坐標軸每小格表示0.1s，圖線與坐標軸AOD所圍成的面積約為80個小方格。則下列說法正確的是()A．充電電流由a極板穿過電容器內(nèi)部流向b極板B．B點的坐標乘積表示電容器放電過程中流過電流傳感器的電荷量C．電容器充電完畢時，所帶電荷量約為8×10－4D．電容器的電容約為10－4解析：選CD充電電流由電源正極流向a極板，而不是由a極板穿過電容器內(nèi)部流向b極板，選項A錯誤；根據(jù)圖像的含義，因為Q＝It，所以曲線與坐標軸AOD所圍方格的面積表示電容器放出的電荷量，也為充電的總電荷量，即Q＝0.1×10－3×0.1×80C＝8×10－4C，由于B點的坐標乘積小于電容器放電過程中流過電流傳感器的電荷量，故選項B錯誤，選項C正確；由C＝eq\f(Q,U)＝eq\f(8×10－4,8)F＝10－4F可知，選項D正確。11．某中學實驗小組的同學設(shè)計的拉力傳感器原理圖如圖所示，將勁度系數(shù)k＝100N/cm的彈簧的一端固定在豎直墻壁上，另一端與導(dǎo)電性能良好的剛性拉桿相連接，在拉桿上固定一滑片。已知電路中定值電阻R0＝5Ω，R1是阻值為25Ω、長度為5cm且分布均勻的電阻絲，忽略滑片與電阻絲之間的摩擦，理想電流表允許的最大電流為0.6A，電源電動勢E＝3V(內(nèi)阻不計)。當拉桿不受力時滑片位于電阻絲的最左端。則()A．定值電阻的作用是限流B．當滑片位于電阻絲的最左端時，電流表的示數(shù)為0.1AC．如果在拉桿上施加大小為400N的力，電流表的示數(shù)為0.3AD．如果在拉桿上施加大小為400N的力，電流表的示數(shù)為0.5A解析：選ABC開關(guān)閉合后，電源外電路的總阻值不能為零，接入R0的目的是為了保護電路，A正確；當滑片位于電阻絲的最左端時，電路中的電流I1＝eq\f(E,R0＋R1)＝0.1A，所以選項B正確；當拉桿上施加大小為400N的力時，由F＝kx得x＝4cm，則接入電路的R1的阻值R1′＝eq\f(R1,L)·(L－x)＝5Ω，此時電流表示數(shù)I2＝eq\f(E,R0＋R1′)＝0.3A，C正確，D錯誤。12．某商廈安裝的光敏電阻自動計數(shù)器的示意圖如圖所示。其中A為光源，B為由電動機帶動的勻速運行的自動扶梯，R1為光敏電阻，R2為定值電阻。每當扶梯上有顧客經(jīng)過，擋住由A射向R1的光線時，計數(shù)器就計數(shù)一次。此光計數(shù)器的基本工作原理是()A．當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得低電壓B．當有光照射R1時，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓C．信號處理系統(tǒng)每獲得一次低電壓就計數(shù)一次D．信號處理系統(tǒng)每獲得一次高電壓就計數(shù)一次解析：選BC當光照射R1時，R1阻值減小，R總減小，電源電壓不變，故電路中的電流增大，R2是定值電阻，U2＝IR2，R2兩端電壓增大，信號處理系統(tǒng)獲得高電壓，A錯誤，B正確；當有人經(jīng)過時信號處理系統(tǒng)計數(shù)，即沒有光照時獲得低電壓，C正確，D錯誤。二、非選擇題(本題共6小題，共60分)13．(6分)在溫度為10℃左右的環(huán)境中，工作的自動恒溫箱簡圖如圖甲所示，箱內(nèi)電阻R1＝20kΩ，R2＝10kΩ，R3＝40kΩ，Rt為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖像如圖乙所示。當a、b端電壓Uab<0時，電壓鑒別器會令開關(guān)S接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度升高；當Uab>0時，電壓鑒別器使S斷開，停止加熱，恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在________℃。解析：根據(jù)圖甲求出熱敏電阻的阻值，然后從圖乙的圖像中找出所對應(yīng)的溫度。設(shè)電路路端電壓為U，當Uab＝0時，有eq\f(UR1,R1＋R2)＝eq\f(UR3,R3＋Rt)，代入數(shù)據(jù)解得Rt＝20kΩ，由圖乙可知，當Rt＝20kΩ時，t＝35℃。答案：3514．(8分)(1)某賓館的房卡如圖甲所示，只有把房卡插入槽中，房間內(nèi)的燈和插座才會有電。房卡的作用相當于一個________(填電路元件名稱)接在干路上。(2)如圖乙所示，當房客進門時，只要將帶有磁鐵的卡P插入盒子Q中，這時由于磁鐵吸引簧片，開關(guān)B就接通，通過繼電器J使整個房間的電路的總開關(guān)接通，房客便能使用室內(nèi)各種用電器。當繼電器工作時，c、d相吸，a、b便接通。請你將各接線端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10適當?shù)剡B接起來，構(gòu)成正常的電門卡電路。解析：(1)房卡可以控制房間內(nèi)的燈和插座，不插入槽中，所有房間內(nèi)的燈和插座都不工作，所以房卡相當于干路上的開關(guān)。(2)將開關(guān)B與電源E、線圈連成一個回路；將三個燈泡所在電路與交流電流接成回路，構(gòu)成正常的電門卡電路。如圖所示。答案：(1)開關(guān)(2)見解析圖15．(7分)熱敏電阻是傳感電路中常用的電子元件，現(xiàn)用伏安法研究熱敏電阻在不同溫度下的伏安特性曲線，要求特性曲線盡可能完整。已知常溫下待測熱敏電阻的阻值為40～50Ω。熱敏電阻和溫度計插入帶塞的保溫杯中，杯內(nèi)有一定量的冷水，其他備用的儀表和器材有：盛有熱水的熱水瓶(圖中未畫出)、電源(3V、內(nèi)阻可忽略)、直流電流表(內(nèi)阻約1Ω)、直流電壓表(內(nèi)阻約5kΩ)、滑動變阻器(0～10Ω)、開關(guān)、導(dǎo)線若干。(1)圖中a、b、c三條圖線能反映熱敏電阻的伏安特性曲線的是______________。(2)在虛線框中畫出實驗電路圖，要求測量誤差盡可能小。(3)根據(jù)電路圖，在實物圖上連線。解析：(1)隨溫度的升高，熱敏電阻阻值減小，在I-U圖像中，任一點的eq\f(I,U)＝eq\f(1,R)，故在I-U圖像中圖線上的點與坐標原點連線的斜率eq\f(1,R)應(yīng)變大，可見c圖線正確。(2)熱敏電阻阻值為40～50Ω，由電壓表、電流表內(nèi)阻知臨界阻值R0＝eq\r(RVRA)＝eq\r(5000)Ω＝50eq\r(2)Ω，即熱敏電阻屬于小電阻，應(yīng)用外接法。由于要描繪伏安特性曲線電壓從0開始連續(xù)變化，因此用滑動變阻器的分壓式接法。電路圖如圖所示。(3)實物連線如圖所示。答案：(1)c(2)、(3)見解析圖16．(9分)用壓敏電阻可制成壓力傳感器，它受到的壓力越大，輸出的電壓就越大，用它可以對汽車稱重。經(jīng)實測，某壓力傳感器輸出電壓與壓力的關(guān)系如下表：壓力/(×105N)01．22．43．64．86．0輸出電壓/V01．02．03．04．05．0將該壓力傳感器水平放置，并和電阻箱R′(最大電阻999．9Ω)及其他器材組成了如圖甲所示的電路。閉合開關(guān)S，當線圈中的電流I≥20mA時，電磁繼電器的銜鐵被吸合。已知繼電器線圈的電阻為25Ω，繼電器控制電路的電壓由傳感器的輸出電壓U提供。(假設(shè)U不受繼電器電路影響)(1)根據(jù)表格中數(shù)據(jù)，請在圖乙給定的坐標系中描繪出壓力傳感器的輸出電壓隨壓力變化的圖像；(2)當壓力增大到一定程度時，電鈴報警，說明汽車超載，則圖甲中電鈴應(yīng)接在______(選填“A、B”或“C、D”)兩端；(3)為使車的重力G≥3．0×105N時啟動報警系統(tǒng)，則電阻箱R′的電阻應(yīng)調(diào)節(jié)到________Ω；(4)通過調(diào)整電阻箱R′的阻值，可以調(diào)整報警車的重力，能使該裝置報警的車的最小重力為________N。解析：(1)橫坐標表示壓力，縱坐標表示輸出電壓，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，所作圖像如圖所示。(2)當壓力增大到一定程度時，壓力傳感器輸出電壓達到一定數(shù)值，線圈中電流大于或等于20mA時，電磁繼電器的銜鐵被吸合，C、D間的電路就會被接通，因此電鈴應(yīng)接在C、D之間。(3)由圖可知當FN＝3．0×105N時，U＝2．5V，而使電磁繼電器的銜鐵被吸合的最小電流為0.02A，故電路總電阻R總＝eq\f(U,I)＝eq\f(2.5,0.02)Ω＝125Ω，所以電阻箱接入電路的阻值R′＝R總－R線＝125Ω－25Ω＝100Ω。(4)因為使電磁繼電器銜鐵吸合的最小電流I＝20mA＝0.02A，繼電器線圈的電阻R線＝25Ω，所以要使該裝置報警，壓力傳感器輸出的電壓最小值U最?。絀R線＝0.02A×25Ω＝0.5V，由圖像可知，輸出電壓為0.5V時，對應(yīng)的壓力為6．0×104N。答案：(1)見解析圖(2)C、D(3)100(4)6．0×10417．(14分)某同學研究自感現(xiàn)象的實驗電路圖如圖甲所示，用電流傳感器顯示各時刻通過線圈L的電流。電路中電燈的電阻R1＝6．0Ω，定值電阻R＝2．0Ω，A、B間電壓U＝6．0V。開關(guān)S原來閉合，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)，在t1＝1．0×10－3s時刻斷開開關(guān)S，此時刻前后電流傳感器顯示的電流隨時間變化的圖線如圖乙所示。(1)求出線圈L的直流電阻RL；(2)指出圖甲中斷開開關(guān)后通過電燈的電流方向；(3)求在t2＝1．6×10－3s時刻線圈L中的感應(yīng)電動勢的大小是多少。解析：(1)由題圖讀出，開始時流過線圈L的電流I0＝1．5A，由歐姆定律I0＝eq\f(U,RL＋R)