2018_2019学年高中物理第六章传感器单元测评新人教版选修3_2.docx

1 第六章 传感器 　　本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分,共 100 分,考试时间 90 分钟. 第Ⅰ卷　(选择题　共 36 分) 一、选择题(本题共 12 小题,每小题 3 分,共 36 分.在每小题给出的四个选项中,有的只有一 个选项符合题意,有的有多个选项符合题意,全部选对的得 3 分,选对但不全的得 2 分,选错或 不答的得 0 分) 1.(多选)下列说法正确的是 (　　) A.热敏电阻能够把热量这个热学量转换为电阻这个电学量 B.金属热电阻的化学稳定性好,但灵敏度差 C.电熨斗中的双金属片是温度传感器 D.霍尔元件是能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量的传感元件 2.关于光敏电阻和热敏电阻,下列说法中正确的是 (　　) A.光敏电阻是用半导体材料制成的,其阻值随光照的增强而减小,随光照的减弱而增大 B.光敏电阻是能把光照强度这个光学量转换为电流这个电学量的传感器 C.热敏电阻是用金属铂制成的,它对温度感知很灵敏 D.热敏电阻是把电学量转换为热学量的传感器 3.有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机,洗手后将湿手靠近,机内的传感器就开通电热 器加热,有热空气从机内喷出,将湿手烘干.手靠近干手机能使传感器工作,是因为 (　　) A.改变了湿度 B.改变了温度 C.改变了磁场 D.改变了电容 4.在探究超重和失重规律时,某重力为 G 的同学站在压力传感器上完成一次下蹲动作.传感 器和计算机相连,经计算机处理后得到压力 F 随时间 t 变化的图像,则图 C-3-1 中的图像可能 正确的是 (　　) 图 C-3-1 5.(多选)传感器是一种采集信息的重要器件.图 C-3-2 是用电容器作为传感器来测定压力变 化的电路,当待测压力作用于可动膜片电极上时,以下说法正确的是 (　　)2 图 C-3-2 A.若 F 向上压膜片电极,则电路中有从 a 到 b 的电流 B.若 F 向上压膜片电极,则电路中有从 b 到 a 的电流 C.若电流表有示数,则说明压力 F 发生变化 D.若电流表有示数,则说明压力 F 未发生变化 6.(多选)利用光敏电阻制作的光传感器记录了传送带上工件的输送情况,图 C-3-3 甲为某工 厂成品包装车间的光传感记录器示意图,光传感器B能接收到发光元件A发出的光,每当工件 挡住 A 发出的光时,光传感器就输出一个电信号,并在屏幕上显示出电信号与时间的关系,如 图乙所示.若传送带始终匀速运动,每两个工件间的距离为 0.2m,则下列说法正确的是 (　　) 图 C-3-3 A.传送带运动的速度是 0.1m/s B.传送带运动的速度是 0.2m/s C.该传送带每小时输送 3600 个工件 D.该传送带每小时输送 7200 个工件 7.如图 C-3-4 所示是一种水位自动报警器的原理示意图,当杯中的水的水位到达金属块 B 时, 出现的情况是 (　　) 图 C-3-4 A.L1 灯亮 B.L2 灯亮 C.L1、L2 两灯同时亮 D.L1、L2 两灯都不亮 8.如图 C-3-5 所示为大型电子地磅电路图,电源电动势为 E,内阻不计.不称物体时,滑片 P 在 A 端,滑动变阻器接入电路的有效电阻最大,电流最小;称物体时,在压力作用下滑片 P 下滑, 滑动变阻器有效电阻变小,电流变大,这样把电流对应的重力值刻在刻度盘上,就可以读出被 称物体的重力.若滑动变阻器上 A、B 间距离为 L,最大阻值等于定值电阻的阻值 R0,已知两弹 簧的总弹力与形变量成正比,比例系数为 k,则所称物体的重力 G 与电流大小 I 的关系为 (　　)3 图 C-3-5 A.G=2kL-EkL IR0 B.G=kL+EkL IR0 C.G= E IR0 +kL D.G=kL 9.如图 C-3-6 所示,a、b 间接入电压 u=311sin100πt(V)的正弦交流电,变压器右侧部分为一 火灾报警系统原理图,其中 R2 为用半导体热敏材料制成的传感器(当温度升高时,其阻值将减 小),所有电表均为理想电表,电流表 A2 为值班室的显示器,显示通过 R1 的电流,电压表 V2 显 示加在报警器上的电压(报警器未画出),R1、R3 均为定值电阻.当传感器 R2 所在处出现火情 时,以下说法中正确的是 (　　) 图 C-3-6 A.A1 的示数增大,A2 的示数增大 B.V1 的示数不变,V2 的示数减小 C.A1 的示数增大,A2 的示数不变 D.V1 的示数减小,V2 的示数减小 10.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小.有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动 状态的装置,其工作原理如图 C-3-7 甲所示,将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上,中间 放置一个绝缘小球.小车向右做直线运动的过程中,电流表的示数随时间的变化情况如图乙 所示,下列判断正确的是 (　　) 图 C-3-7 A.t1~t2 时间内,小车做匀速直线运动 B.t1~t2 时间内,小车做匀加速直线运动 C.t2~t3 时间内,小车做匀速直线运动 D.t2~t3 时间内,小车做匀加速直线运动4 11.(多选)某电学黑箱内可能有电容器、电感线圈、定值电阻等元件,在接线柱间以如图 C-3-8 所示的“Z”字形连接(两接线柱间只有一个元件).为了确定各元件的种类,小华同学 用电流传感器(相当于电流表)与直流电源、滑动变阻器、开关串联后,分别将“A、B”“B、 C”“C、D”接入电路,闭合开关,计算机显示的电流随时间变化的图像分别如图 C-3-9 甲、 乙、丙所示,则下列判断中正确的是 (　　) 图 C-3-8 图 C-3-9 A.A、B 间是电容器 B.B、C 间是电感线圈 C.C、D 间是电容器 D.C、D 间是定值电阻 12.如图 C-3-10 甲所示,面积 S=0.2m2、匝数 n=630 匝、总电阻 r=1.0Ω 的线圈处在变化的 匀强磁场中,磁场方向垂直于线圈平面(纸面),设磁场方向垂直于纸面向外为正方向,磁感应 强度 B 随时间 t 按图乙所示的规律变化.图甲中的传感器可看成一个标有“3V　0.9W”的字 样的纯电阻 R,滑动变阻器 R0 上标有“10Ω　1A”的字样.下列说法中正确的是 (　　) 图 C-3-10 A.通过电流表的电流方向向左 B.为了保证电路的安全,电路中允许通过的最大电流为 1A C.线圈中产生的感应电动势随时间在变化 D.若滑动变阻器的滑片置于最左端,为了保证电路的安全,图乙中 t0 的最小值为 40s 请将选择题答案填入下表: 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 总分5 答案 第Ⅱ卷(非选择题　共 64 分) 二、实验题(本题共 2 小题,13 题 6 分,14 题 9 分,共 15 分) 13.气体传感器利用物质的化学反应将某种气体的浓度转换成电信号输出.如图 C-3-11 所示,B 为将可燃气体或有毒气体浓度转换为电信号的传感器,简称电子鼻,还有如下器材:U=220V 的 电源、排风扇 M、继电器 G、控制电源 A、控制开关 S.请设计一个家用自动排烟电路,在图中 完成连线. 图 C-3-11 14.热敏电阻包括正温度系数电阻器(PTC)和负温度系数电阻器(NTC),正温度系数电阻器 (PTC)在温度升高时电阻值增大,负温度系数电阻器(NTC)在温度升高时电阻值减小.某实验 小组欲探究通过热敏电阻 R1(常温下阻值约为 10.0Ω)的电流随其两端电压变化的特点,现 提供下列器材: A.电流表 A1(量程 0~100mA,内阻约 1Ω); B.电流表 A2(量程 0~1.0A,内阻约 0.3Ω); C.电压表 V1(量程 0~3.0V,内阻约 3kΩ); D.电压表 V2(量程 0~15.0V,内阻约 15kΩ); E.滑动变阻器 R(最大阻值为 10Ω); F.电源 E(电动势为 15V,内阻不计); G.开关、导线若干. (1)该小组测出热敏电阻 R1的 U-I 图线如图 C-3-12 中曲线Ⅰ所示,该热敏电阻是　　　　(选 填“PTC”或“NTC”)热敏电阻. 图 C-3-126 (2)请在所提供的器材中选择必需的器材(填写器材前面的字母):电流表应选　　　　,电压 表应选　　　　;并在下面的虚框内画出该小组设计的电路图. 图 C-3-13 (3)该小组又通过查阅资料得出了热敏电阻 R2 的 U-I 图线如曲线Ⅱ所示.然后将热敏电阻 R1、 R2分别与某电池组连成如图 C-3-13 所示电路.测得通过R1和R2的电流分别为 0.30A 和 0.60A, 则该电池组的电动势为　　　　V.(结果保留三位有效数字) 三、计算题(本题共 3 小题,15 题 15 分,16 题 16 分,17 题 18 分,共 49 分.解答应写出必要的 文字说明、方程式和重要演算步骤,只写出最后答案的不能得分) 15.某电子天平原理如图 C-3-14 所示,E 形磁铁的两侧为 N 极,中心为 S 极,两极间的磁感应 强度大小均为 B,磁极宽度均为 L,忽略边缘效应.一正方形线圈套于中心磁极,其骨架与秤盘 连为一体,线圈两端 C、D 与外电路连接.当质量为 m 的重物放在秤盘上时,弹簧被压缩,秤盘 和线圈一起向下运动(骨架与磁极不接触),随后外电路对线圈供电,秤盘和线圈恢复到未放 重物时的位置并静止,由此时对应的供电电流 I 可确定重物的质量.已知线圈匝数为 n,线圈 电阻为 R,重力加速度为 g. (1)线圈向下运动过程中,线圈中感应电流是从 C 端还是从 D 端流出? (2)供电电流 I 是从 C 端还是从 D 端流入?求重物质量与电流的关系. 图 C-3-14 16.电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器,它们一般具有加热和保温功能,其工作 原理大致相同.图 C-3-15 为某种电热式电器的简化电路图,主要元件有电阻丝 R1、R2 和自动 开关 S. (1)当自动开关 S 闭合或断开时,用电器分别处于什么状态?7 (2)用电器由照明电路供电(U=220V),设加热时用电器的电功率为 400W,保温时用电器的电功 率为 40W,则 R1 和 R2 的阻值分别为多大? 图 C-3-15 17.[2017·东北育才中学期末]某学生为了测量一个物体的质量,找到一个力电转换器,该转 换器的输出电压正比于受压面受到的压力(比例系数为 k).如图 C-3-16 所示,测量时先调节 输入端的电压,使转换器空载时的输出电压为 0;而后在其受压面上放上物体,即可测得与物 体的质量成正比的输出电压 U. 图 C-3-16 现有下列器材:力电转换器、质量为 m0 的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池一个、开关及 导线若干、待测物体(可置于力电转换器的受压面上).请完成对该物体的质量 m 的测量. (1)设计一个电路,要求力电转换器的输入电压可调,并且使电压的调节范围尽可能大,画出 完整的测量电路图. (2)简要说明测量步骤,求出比例系数 k,并测出待测物体的质量 m. (3)请设想实验中可能会出现的一个问题.8 1.BCD　[解析]热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量,选项 A 错误. 2.A　[解析]光敏电阻是把光照强度这个光学量转换为电阻这个电学量的元件;热敏电阻是 把温度这个热学量转换为电阻这个电学量的元件,故选项 B、D 错误;热敏电阻和光敏电阻都 是用半导体材料制成的,半导体具有光敏性和热敏性,故选项 A 正确,选项 C 错误. 3.D　[解析]根据自动干手机工作的特征,手靠近干手机则电热器工作,手撤离后电热器停止 工作,人是一种导体,可以与其他导体构成电容器.手靠近时相当于连接一个电容器,可以确 定干手机内设有电容式传感器,手靠近改变了电容大小,故选项 D 正确;用湿度和温度来驱动 电热器工作,理论上可行,但是假如干手机是由于温度、湿度的变化而工作,这就成了室内烘 干机. 4.D　[解析]该同学站在压力传感器上完成一次下蹲动作的过程中,先向下加速,后向下减速, 其加速度先向下后向上,即先失重后超重,选项 D 正确. 5.AC　[解析]当 F 向上压可动膜片电极时,电容 C 变大,根据 C=Q U,U 不变,故 Q 变大,电容器充 电,电路中有从 a 到 b 的电流,选项 A 正确,选项 B 错误;若电流表有示数,说明压力 F 发生变 化,选项 C 正确,选项 D 错误. 6.BC　[解析]从乙图可以知道,每间隔 1s 的时间光传感器就输出一个电信号,而在这一段时 间内传送带运动了两个工件之间的距离,所以传送带运动的速度是 v=0.2 1 m/s=0.2m/s,故 A 错 误,B 正确;传送带每小时传送的距离为 s=vt=0.2×3600m,工件个数为 n=s L=3600(个),C 正确,D 错误. 7.B　[解析]由电路结构可以看出,当杯中的水的水位到达 B 时,左端电路被接通,这样螺线 管就产生磁场,相当于一个磁铁,对与弹簧相连的衔铁产生吸引力作用,使之向下移动,这样 L2 所在的电路就被接通. 8.A　[解析]放上物体后,滑片 P 向下滑动距离 x,物体处于平衡状态.由受力平衡得 G=kx,由 闭合电路的欧姆定律得 R0+L - x L R0 I=E,联立解得 G=2kL-EkL IR0 . 9.B　[解析]当传感器 R2 所在处出现火情时,R2 的电阻减小,导致电路的总电阻减小,所以电 路中的总电流将会增大,A1 测量的是原线圈中的电流,由于副线圈中的电流增大,所以电流表 A1 示数也要增大;由于电源的电压不变,原、副线圈两端的电压也不变,所以 V1 的示数不变, 由于副线圈中的电流增大,R3两端的电压增大,所以 V2的示数要减小,即 R1两端的电压也要减 小,所以 A2 的示数要减小,所以 B 正确. 10.D　[解析]由小球的受力情况可知 a∝FN,而压敏电阻的阻值随压力的增大而减小,则电流 随加速度的增大而增大,故t2~t3时间内小车做匀加速运动,t1~t2时间内小车做加速度增大的 变加速运动,选项 D 正确. 11.ABD　[解析]由题图甲可知,电流先达到最大,然后变为零,因电容器在充电时,电路中有 充电电流,充电完毕后,电路中的电流为零,所以 A、B 间应是电容器,选项 A 正确;题图乙中电9 流先慢慢增大,然后不再发生变化,而电感线圈由于自感的作用,使得电路中的电流只能先慢 慢增大,然后稳定不变,故 B、C 间是电感线圈,选项 B 正确;题图丙中电流立即达到最大值,然 后电流的大小保持不变,所以 C、D 间是定值电阻,选项 C 错误,选项 D 正确. 12.D　[解析]由楞次定律可知,通过电流表的电流方向向右;传感器正常工作时的电阻 R=U2 P = (3V)2 0.9W =10Ω,工作电流 I=U R= 3V 10Ω=0.3A,由于滑动变阻器允许的最大电流是 1A,所以电路中允许 通过的最大电流为 Imax=0.3A;由于磁场随时间均匀变化,所以线圈中产生的感应电动势是不 变的;滑动变阻器的滑片位于最左端时,外电路的电阻为 R 外=20Ω,故电动势的最大值 Emax= nΔΦ Δt =nSΔB Δt ,又 Emax=Imax(R 外+r),联立解得 t0=40s,故只有选项 D 正确. 13.如图所示 14.(1)PTC　(2)B　D　如图所示　(3)11.8 15.(1)从 C 端流出　(2)从 D 端流入　m=2nBIL g [解析](1)感应电流从 C 端流出. (2)设线圈受到的安培力为 FA,外加电流从 D 端流入. 由 FA=mg 和 FA=2nBIL 解得 m=2nBL g I. 16.(1)S 闭合时,处于加热状态　S 断开时,处于保温状态 (2)121Ω　1089Ω [解析](1)当 S 闭合时,R2 被短路,此时电路总电阻较小,由 P=U2 R 知功率较大,此时为加热状态, 当 S 断开时,R1、R2 串联,电路总电阻较大,功率较小,此时为保温状态. (2)S 闭合时,用电器处于加热状态,有 Pmax=U2 R1 S 断开时,用电器处于保温状态,有 Pmin= U2 R1 + R2 联立解得 R1=121Ω,R2=1089Ω. 17.见解析 [解析](1)设计的电路图如图所示,输入端采用分压接法,目的是让电压可调范围尽可能大.10 (2)测量步骤: ①调节滑动变阻器,使转换器的输出电压为零. ②将质量为 m0 的砝码放在转换器的受压面上,记下输出电压 U0. ③将待测物体放在转换器的受压面上,记下输出电压 U1,由 U0=km0g 得 k= U0 m0g,测得 U1=kmg,所 以 m=m0U1 U0 . (3)可能出现的问题(注:本题属开放性问题,答案不唯一): ①因电源电压不够而输出电压调不到零.②待测物体质量超出转换器量程.