高中物理-專題傳感器問題(能力篇)

2023年高考物理100考點最模擬題千題精練〔選修3-2〕第五局部交變電流專題5.24傳感器問題〔力量篇〕一、選擇題1.(2023高考二輪復(fù)習(xí)測試)在電噴汽車的進(jìn)氣管道中“電熱絲式空氣流量傳感器”的部件，其核心局部是一種用特別的合金材料制作的電熱絲。如下圖，當(dāng)進(jìn)氣管道中的冷空氣流速越大時，電阻R兩端的電壓U0U0便于汽車內(nèi)的電腦系統(tǒng)實現(xiàn)自動掌握。假設(shè)將這種電熱絲從汽車的進(jìn)氣管道中取出，放在試驗室中測量這種電熱絲，得到的伏安特性曲線正確的選項是( )【參考答案】D。E絲【名師解析】設(shè)電熱絲的電阻為R ，則U0=rRR絲絲

R，結(jié)合題意可知，U越大，說明R 越小，可見，0絲0電熱絲溫度越低，電阻值越小，故對應(yīng)的伏安特性曲線為D。2、壓敏電阻的阻值會隨所受壓力的增大而減小，某位同學(xué)利用壓敏電阻設(shè)計了推斷電梯運(yùn)動狀態(tài)的裝置，其裝置示意圖如下圖．將壓敏電阻平放在電梯內(nèi)，受壓面朝上，在上面放一物體m，電梯靜止時電流表示數(shù)為I，電梯在不同的運(yùn)動過程中，電流表的示數(shù)分別如圖甲、乙、丙、丁所示，以下推斷中正確0的是( )A．甲圖表示電梯可能做勻速直線運(yùn)動B．乙圖表示電梯可能做勻加速上升運(yùn)動C．丙圖表示電梯可能做勻加速上升運(yùn)動D．丁圖表示電梯可能做變減速下降運(yùn)動甲 乙 丙 丁【參考答案】ACD0000【名師解析】甲圖電流表示數(shù)不變，且為I，說明壓敏電阻的阻值不變化，物體m對壓敏電阻的壓力等于a＝0，則電梯處于勻速運(yùn)動或者靜止?fàn)顟B(tài)，選項A正確.乙圖電流表示數(shù)I不斷變大，說明壓敏電阻的阻值不斷減小，物體對壓敏電阻的壓力漸漸變大，則物體向上的加速度漸漸變大，速度方向不能確定，應(yīng)選項B錯誤．丙圖中電流表示數(shù)不變，且為2I，說明壓敏電阻的阻值不變，且壓力大于物體的重力，物體的加速度向上，且恒定，但是速度方向不能確定，選項C正確．丁圖電流表示數(shù)由2I不斷減小，說明壓敏電阻的阻值不斷增大，物體對壓敏電阻的壓力漸漸減小，則物體向上的加速度漸漸減小，速度方向不能確定，應(yīng)選項D正確．00001 3．〔6分〕〔2023湖南衡陽二?！秤脠D示裝置可以檢測霍爾效應(yīng)。利用電磁鐵產(chǎn)生磁場，電流表檢測輸入霍爾元件的電流，電壓表檢測元件輸出的電壓，圖中的霍爾元件是半導(dǎo)體，與金屬導(dǎo)體不同，它內(nèi)部形成電流的“載流子”是空穴，空穴可視為能自由移動的帶正電的粒子，圖中的1、2、3、4是霍爾元件上SSA和電表BC〔1 電表B為電壓表，電表C為電流表42的電勢假設(shè)增大R1，則電壓表示數(shù)增大假設(shè)增大R2，則電壓表示數(shù)減小【參考答案】D“載流子”4端，顯正電，對應(yīng)2端缺少”載流子”顯負(fù)電，當(dāng)聚攏的“載流子”形成的電場對后來的“載流子”2qE＝qvB，，U42＝Bdv。假設(shè)電表B為電壓表，相當(dāng)于斷路，則霍爾元件中形不成電流，無法工作，所以電表B為電流C4、2端之間電勢差，故A錯誤；由右手定則，左端電磁鐵在霍爾元件處形“載流子”4端，顯正電電勢高，對應(yīng)2端缺少”載流子”BR1BU42＝Bdv，電壓表示數(shù)變小，故C錯誤；假設(shè)增大R2，霍爾元件中電流變大，依據(jù)電流微觀表達(dá)式I＝nqvS，“載流子”流淌速度v變大，依據(jù)U42＝Bdv，電壓表示數(shù)變大，故D正確?！娟P(guān)鍵點撥】此題考察了電磁鐵、右手定則、左手點則、霍爾效應(yīng)原理、閉合電路、電壓表與電流表的使用多個學(xué)問點，綜合性較強(qiáng)，難度適中。難點在依據(jù)聚攏的”載流子”形成的電場對后來的”載流子”的電場力等于洛倫茲力時的平衡，推導(dǎo)電勢差的表達(dá)式。4.〔2023·江蘇宿遷模擬3月〕檢測煤氣管道是否漏氣通常使用氣敏電阻傳感器。某氣敏電阻的阻值隨空氣中煤氣濃度增大而減小，某同學(xué)用該氣敏電阻設(shè)計了圖示電路，R為變阻器，a、ba、b間電壓高于某臨界值時，裝置將發(fā)出警報。則煤氣濃度越高，a、b間電壓越高煤氣濃度越高，流過的電流越小煤氣濃度越低，電源的功率越大R的阻值會影響報警裝置的靈敏度【參考答案】AD【名師解析】煤氣濃度越高氣敏電阻

阻值越小，電路總電阻越小，由閉合電路歐姆定律可知，電路電流I越大，電阻兩端電壓

a、bA正確，B錯誤；C、煤氣濃度越大，氣敏電阻越大，電路總電阻越大，電路電流I越小，電源功率 越小，故C錯誤；DRa、b間的電壓，回影響報警器的靈敏度，故D正確；【關(guān)鍵點撥】：分析清楚電路構(gòu)造，依據(jù)煤氣濃度變化推斷電路總電阻如何變化，然后應(yīng)用閉合電路歐姆定律與局部電路歐姆定律分析答題。此題是一道閉合電路動態(tài)分析題，分析清楚電路構(gòu)造、知道氣敏電阻隨煤氣濃度變化的關(guān)系是解題的前提與關(guān)鍵，應(yīng)用歐姆定律即可解題。5.〔2023浙江杭州模擬〕在勻強(qiáng)磁場中有一不計電阻的矩形線圈，繞垂直磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生如圖甲所示的正弦溝通電，把該溝通電接在圖乙中抱負(fù)變壓器的A、B兩端，電壓表和電流表均為抱負(fù)電表，Rt〔〕R〔〕在t＝0.01s時，穿過該矩形線圈的磁通量的變化率為零變壓器原線圈兩端電壓的瞬時值表達(dá)式為u＝36 sin50πt〔V〕Rt處溫度上升時，由于變壓器線圈匝數(shù)比不變，所以電壓表V1、V2的比值不變Rt處溫度上升時，電流表的示數(shù)變小，變壓器輸入功率變大【參考答案】A．u的表達(dá)式u＝U〔V功率相等，Rt處溫度上升時，阻值減小，依據(jù)負(fù)載電阻的變化，可知電流、電壓變化。原線圈接的圖甲所示的正弦溝通電，由圖知，最大電壓：Um＝36 V，周期0.02s，角速度是ω 100＝36sn100π〔V，當(dāng)0.01s＝，此時穿過該線圈的磁通量最大，穿過線圈的磁通量的變化率為零，故A正確，B錯誤；Rt處溫度上升時，原副線圈電壓比不變，但是V2不是測量副線圈電壓，R1R2電壓增大，所以V2V1、V2C錯誤；Rt溫度上升時，Rt的阻值減小，副線圈電流增大，電流表示數(shù)增大，變壓器副線圈電壓不變，變壓器輸出功率增大，抱負(fù)變壓器的輸入功率等于輸出功率，所以變壓器的輸入功率增大，故D錯誤。6.〔2023東北三省三校模擬〕生活中可以通過霍爾元件來測量轉(zhuǎn)動物體的轉(zhuǎn)速。如圖，在一個轉(zhuǎn)動的圓盤邊緣處沿半徑方向均勻地放置四個小磁鐵，其中兩個NS極向外。在圓盤邊緣四周放置一個霍爾元件，其尺寸如下圖。當(dāng)電路接通后，會在a、b兩端產(chǎn)生電勢差，經(jīng)電路放大后得到脈沖信號。脈沖信號的周期為T，假設(shè)無視感應(yīng)電動勢的影響，則〔 〕圓盤轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速越大，脈沖信號的最大值就越大h成正比a點電勢高則霍爾元件中定向移動的電荷帶負(fù)電【參考答案】DN極向外，兩個S極向外，所以圓盤轉(zhuǎn)一周可以得到兩個脈沖信號，圓盤轉(zhuǎn)一周的時間為2T，故圓盤的轉(zhuǎn)速為 ，故A錯誤；最終電子在電場力和洛倫茲力的作用下處于平衡，霍爾元件的長寬高分別為 L、d、h，有： ，結(jié)合電流的微觀定義式： ，所以有：hBCa點電勢高，則說明上極板帶正電，下極板帶負(fù)電；電流向里，則依據(jù)左手定則可知，只能是帶負(fù)電的電荷移動到下板D正確?！娟P(guān)鍵點撥】小磁片被磁化，當(dāng)靠近和遠(yuǎn)離線圈時產(chǎn)生感應(yīng)交變電流，轉(zhuǎn)速越大，磁通量變化越快，交變電流的最大值越大，轉(zhuǎn)速乘以一圈上的小磁片的個數(shù)就是交變電流的頻率，即可推斷。解決此題的關(guān)鍵明確測量轉(zhuǎn)速的原理，留意分析給出的裝置構(gòu)造，同時明確霍爾元件的根本性質(zhì)，會用左手定則分析電荷的受力和電勢凹凸的關(guān)系。7〔2023北京交大附中三?！嘲l(fā)的人工視網(wǎng)膜陣列可以模擬視網(wǎng)膜感光細(xì)胞對視覺通路施加特定電刺激，從而產(chǎn)生視覺感受。按工作原理來看，目前的人工視網(wǎng)膜陣列主要有兩種，分為微光電二極管陣列和微電極陣列。微光電二極管陣列直接將入射光轉(zhuǎn)化成電信號鼓勵神經(jīng)細(xì)胞，但電流強(qiáng)度缺乏，需要配備放大電路。微電極陣列通過外置攝像頭采集圖像并通過無線電波傳輸至電極陣列，可以最小化植入體積。人工視網(wǎng)膜無論承受哪一種陣列，工作時假設(shè)使用直流電，都可能造成電荷累積對神經(jīng)細(xì)胞損傷，以及電解水產(chǎn)生化學(xué)腐蝕和氣泡。以下說法正確的選項是〔〕A．微光電二極管陣列在正常工作時不需要額外電源供給能量B．微電極陣列直接將進(jìn)入人眼的光線轉(zhuǎn)化成視覺電信號C．微電極陣列傳輸信號的原理是電流的磁效應(yīng)D．人造視網(wǎng)膜假體工作時應(yīng)承受溝通電信號【參考答案】D【名師解析】依據(jù)題述，微光電二極管陣列直接將入射光轉(zhuǎn)化成電信號鼓勵神經(jīng)細(xì)胞，但電流強(qiáng)度缺乏，需要配備放大電路。而放大電路需要額外電源供給能量，因此微光電二極管陣列在正常工作時需要額外電源供給能量，選項A錯誤；微電極陣列通過外置攝像頭采集圖像并通過無線電波傳輸至電極陣列，可以最小化植入體積，即微電極陣列不是直接將進(jìn)入人眼的光線轉(zhuǎn)化成視覺電信號，選項B錯誤；微電極陣列傳輸信號的原理是微電極陣列通過外置攝像頭采集圖像并通過無線電波傳輸至電極陣列，不是電流的磁效應(yīng)，選項C錯誤；由于人工視網(wǎng)膜無論承受哪一種陣列，工作時假設(shè)使用直流電，都可能造成電荷累積對神經(jīng)細(xì)胞損D正確。很多樓道照明燈具有這樣的功能：天黑時，消滅聲音它就開啟；而在白天，即使有聲音它也沒有反響，它的掌握電路中可能接入的傳感器是〔〕①溫度傳感器 ②光傳感器 ③聲音傳感器 ④熱傳感器．A.①② B.②③C.③④ D.②④【參考答案】B【名師解析】樓道照明燈天黑時，消滅聲音它就開啟；而在白天，即使有聲音它也沒有反響．緣由是天黑沒有光，則聲音傳感器起作用，當(dāng)在白天聲音傳感器不起作用．所以電路中光傳感器則安裝在聲音傳感器之前．【思路分析】傳感器的作用是將溫度、力、光、聲音等非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量．作原理如圖〔a〕所示，將壓敏電阻和一塊擋板固定在絕緣小車上，中間放置一個絕緣重球．小車向右做直線運(yùn)動過程中，電流表示數(shù)如圖〔b〕所示，以下推斷正確的選項是〔〕1 tt1 1 tt1 2 tt2 2 tt2 【參考答案】D1 1 【名師解析】在t～t內(nèi)，I變大，阻值變小，壓力變大，小車做變加速運(yùn)動，故A錯誤；t～t內(nèi)，I變大，阻值變小，壓力變大，小車做變加速運(yùn)動，故B1 1 2 2 t～t內(nèi)，I不變，壓力恒定，小車做勻加速直線運(yùn)動，故C錯誤；t～t內(nèi)，I不變，壓力恒定，小車做勻加速直線運(yùn)動，故D2 2 【思路分析】壓敏電阻的阻值會隨所受壓力的增大而減小，而電流變大說明電阻變小，故電流變大說明壓力變大；反之，電流變小說明壓力變??；電流不變說明壓力不變．模塊機(jī)器人可以由以下幾局部組成〔〕觸發(fā)傳感器、執(zhí)行器和小風(fēng)扇光敏電阻、觸發(fā)傳感器和執(zhí)行器聲傳感器、小燈泡和蜂鳴器熱敏電阻、掌握器和蜂鳴器【參考答案】D【名師解析】模塊機(jī)器人由傳感器、掌握器和執(zhí)行器三個模塊組成，相當(dāng)于人的感覺器官、大腦和肌肉．在四個選項中，ABC三個選項都沒有掌握器，是ABC三個選項都錯誤，D正確．【思路分析】模塊機(jī)器人由傳感器、掌握器和執(zhí)行器三個模塊組成．由此分析解答即可．如下圖，是一火警報警的一局部電路示意圖．其中R2為熱敏材料制成的傳感器，該傳感器的電阻隨溫度的上升而增大，電流表為值班室的顯示器，a、b之間接報警器．當(dāng)傳感器R2所在處消滅火情時，顯示器的電流I、報警器兩端的電壓U的變化狀況是〔〕I變小，U變小 B.I變大，U變小C.I變小，U變大 D.I變大，U變大【參考答案】D1【名師解析】當(dāng)傳感器R2所在處消滅火情時，R2的阻值變大，外電路總電阻變大，則總電流變小，電源的內(nèi)電壓變小，路端電壓變大，即U變大．電路中并聯(lián)局部的電壓U =﹣〔R+r，I變小，其他量不變，1并則U 變大，I也變大．所以I變大，U變大．故D正確，ABC錯誤；并【分析】由題，R2為用半導(dǎo)體熱敏材料制成的傳感器，溫度上升時，其電阻增大．當(dāng)傳感器R2所在處消滅火情時，分析R2的變化，確定外電路總電阻的變化，分析總電流和路端電壓的變化，即可知U的變化．依據(jù)并聯(lián)局部電壓的變化，分析I的變化．光敏電阻能將光信號轉(zhuǎn)化為電信號是由于〔〕光照強(qiáng)度發(fā)生變化時，光敏電阻的阻值也發(fā)生變化光照強(qiáng)度發(fā)生變化時，光敏電阻的體積也發(fā)生變化光照強(qiáng)度發(fā)生變化時，光敏電阻的長度也發(fā)生變化光照照度發(fā)生變化時，光敏電阻的橫截面積也發(fā)生變化【參考答案】A【名師解析】有些半導(dǎo)體材料的電阻率隨著光照的變化而變化，故其電阻會發(fā)生變化；從而在電路中可能ABCD．【思路分析】明確光敏電阻的性質(zhì)，知道光敏電阻是如何將光信號轉(zhuǎn)化為電信號的．NTC熱敏電阻器即負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器，也就是指阻值隨溫度的上升而減小的電阻．負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻R2接入如下圖電路中，R1為定值電阻，L為小燈泡，當(dāng)溫度降低時〔不考慮燈泡和定值電阻阻值隨溫度變化〔〕小燈泡變亮 B.小燈泡變暗C.R1兩端的電壓增大 D.電流表的示數(shù)增大【參考答案】A1 1 R1 L 【名師解析】當(dāng)溫度降低時，R2的電阻的電阻增大，總電阻增大，據(jù)閉合電路的歐姆定律知干路電流減小，即電流表的示數(shù)減?。粨?jù)UR1=IR知電阻R兩端的電壓減??；再據(jù)E=U+U+U知燈L兩端的電壓增大，即小燈泡變亮，故ABCD1 1 R1 L 【思路分析】首先看懂電路圖中各用電器的連接方式，NTC熱敏電阻在電路中與滑動變阻器的作用一樣，也是動態(tài)電路分析的題目．當(dāng)溫度降低時，R2的電阻的電阻增大，總電阻增大，據(jù)閉合電路的歐姆定律知干路電流減小，電阻R1兩端的電壓減小，燈L兩端的電壓增大，即可推斷選項．0酒精測試儀就用于對機(jī)動車駕駛?cè)藛T是否酒后駕車及其他嚴(yán)禁酒后作業(yè)人員的現(xiàn)場檢測，它利用的是一種二氧化錫半導(dǎo)體型酒精氣體傳感器．酒精氣體傳感器的電阻隨酒精氣體濃度的變化而變化，在如下圖的電路中，不同的酒精氣體濃度對應(yīng)著傳感器的不同電阻，這樣，顯示儀表的指針就與酒精氣體濃度有了r的倒數(shù)與酒精氣體的濃度c成正比，那么，電壓表示數(shù)U與酒精氣體濃度c之間的對應(yīng)關(guān)系正確的選項是〔〕0U越大，表示c越大，c與U成正比U越大，表示c越大，但是c與U不成正比U越大，表示c越小，c與U成反比U越大，表示c越小，但是c與U不成反比【參考答案】B【名師解析】酒精氣體傳感器和定值電阻串聯(lián)在電路中，電壓表測R0兩端的電壓．依據(jù)酒精氣體傳感器的1電阻的倒數(shù)與酒精氣體的濃度成正比，得：0由閉合電路歐姆定律，E=I〔R+r +r〕②0酒0依據(jù)歐姆定律得U=IR 30kcER

r =kc〔k是比例系數(shù)〕①．酒3

0Rkc+1+rkc由數(shù)學(xué)學(xué)問知，U越大，c越大，但兩者不成正比．故B正確．【思路分析】首先依據(jù)電路圖分析電路的連接方式，分析酒精氣體傳感器的電阻的變化，然后依據(jù)歐姆定r′r′C與酒精氣體濃度的關(guān)系式，再進(jìn)展選擇．如圖是溫度自動報警器的工作原理圖，圖中1是電磁鐵、2是銜鐵、3是觸點、4是水銀溫度計。則以下說法正確的選項是( )溫度低于戒備溫度時，電鈴報警B．溫度高于戒備溫度時，電鈴報