第5章 传感器 综合测评（Word练习）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中物理选择性必修 第二册（人教版2019）

第五章综合测评 (时间：75分钟　满分：100分) 一、选择题(共10道题，每题4分，共40分．第1～7小题为单选题，第8～10题为多选题，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有错选或不选的得0分) 1．金属铂的电阻值随温度的变化而变化，图中可能表示金属铂电阻的U－I图线的是(　　) 答案　B 解析　金属铂的电阻随温度的升高而增大，其U－I图线上的点与坐标原点的连线的斜率逐渐增大，选项B正确． 2.如图所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光．若用酒精灯加热电阻丝，会发现小灯泡亮度变暗，发生这一现象的根本原因是(　　) A．小灯泡的电阻发生了变化 B．小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化 C．电阻丝的电阻率随温度发生了变化 D．电源的电压随温度发生了变化 答案　C 解析　电阻丝的电阻率随温度的升高而增大，电阻增大，根据I＝知，通过小灯泡的电流减小，功率减小，所以变暗，选项C正确． 3.酒精测试仪可用于对机动车驾驶人员(是否酒后驾车)及其他严禁酒后作业人员的现场检测，它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器．酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化，在如图所示的电路中，不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻，这样显示仪表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系．如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r′的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的是(　　) A．U越大，表示c越大，c与U成正比 B．U越大，表示c越大，但是c与U不成正比 C．U越大，表示c越小，c与U成反比 D．U越大，表示c越小，但是c与U不成反比 答案　B 解析　传感器电阻r′的倒数与浓度c是正比关系，即＝kc，电路中的电流为I＝，电压表示数U＝IR0＝＝，可见电压与浓度的关系不是正比关系，但随浓度的增加而增加，选项B正确． 4.如图所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，LED为发光二极管(电流越大，发出的光越强)，且R与LED间距不变，下列说法正确的是(　　) A．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率增大 B．当滑动触头P向左移动时，L消耗的功率减小 C．当滑动触头P向右移动时，L消耗的功率可能不变 D．无论怎样移动触头P，L消耗的功率都不变 答案　A 解析　从题图中可知，当P向左滑动时，滑动变阻器连入电路的电阻减小，由于电源两端的电压恒定，即两并联支路的电压恒定，所以有二极管支路的总电阻减小，故通过二极管的电流增加，光照强度增加，从而导致光敏电阻上的光照增强，光敏电阻的阻值R减小，所以根据公式UL＝RL＝，灯泡两端的电压增加，故再根据公式P＝可得L消耗的功率增加，选项A正确，B错误；当P向右滑动时，滑动变阻器连入电路的电阻增加，二极管支路的总电阻增加，故通过二极管的电流减小，光照强度减小，从而导致光敏电阻上的光照减弱，光敏电阻的阻值R增加，所以灯泡两端的电压减小，可得L消耗的功率减小，选项C、D错误． 5．如图所示，M是一小型理想变压器，接线柱a、b接在电压u＝311sin 314t (V)的正弦交流电源上，变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，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)，R3为一定值电阻，当传感器R2所在处出现火情时，下列说法正确的是(　　) A．A1的示数不变，A2的示数增大 B．A1的示数增大，A2的示数增大 C．V1的示数增大，V2的示数增大 D．V1的示数不变，V2的示数减小 答案　D 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总电流，由于副线圈的总电流增大了，所以原线圈的电流也要增大；由于电源的电压不变，原、副线圈的电压也不变，所以V1的示数不变，由于副线圈中电流增大，R3的电压变大，所以V2的示数要减小，即R1的电压也要减小，所以A2的示数要减小，选项D正确． 6.某同学在家利用所学物理知识设计能显示拉力大小的电子健身器材，如图所示是原理图．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位于a端．下列关于这个电路的说法正确的(　　) A．当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0 A B．当拉力为400 N时，电流表指针指在0.3 A处 C．当拉力为400 N时，电流表指针指在0.5 A处 D．该健身器材能测量力的范围是0～400 N 答案　B 解析　当拉环不受力时，滑片P在a端，由欧姆定律得，I＝＝0.1 A，选项A错误；拉力为400 N时，由F＝kΔx可得Δx＝4 cm，对应电阻为RaP＝20 Ω，R1接入电路的电阻RPb＝5 Ω，由欧姆定律得，I′＝＝0.3 A，选项B正确，C错误；在P移动到b点时Δx′＝5 cm，此时拉力最大，由F＝kΔx可得F＝500 N，选项D错误． 7.一种测量血管中血流速度的仪器原理如图所示，在动脉血管的左右两侧加有匀强磁场，上、下两侧安装电极并连接电压表．设血管的直径是2.0 mm，磁场的磁感应强度为0.080 T，电压表测出的电压为0.10 mV，则血流速度大小为(　　) A．1.25 m/s B．0.25 m/s C．0.625 m/s D．0.5 m/s 答案　C 解析　当电场力和洛伦兹力相等时有qE＝qvB，且E＝，则可得v＝＝ m/s＝0.625 m/s，选项C正确． 8．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根据电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置．由以上信息可知，下列说法正确的是(　　) A．电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指 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．当用手触摸屏幕时，手指和屏的接触面积的大小影响电容的大小 答案　ABD 解析　电容式触摸屏在原理上把人的手指当作一个电容器元件的一个极板，把导体层当作另一极板，选项A正确；手指和屏的接触面积大小会影响到电容大小，接触面积越大，即两极板的正对面积越大，电容越大，选项B、D正确，C错误． 9．如图所示，电源电动势为E，内阻为r，R1为定值电阻，R2为光敏电阻．光强增大时，R2的阻值减小，R3为滑动变阻器，平行板电容器与定值电阻R1并联，闭合开关，下列判断正确的是(　　) A．仅增加光照强度时，电容器所带电荷量将减小 B．仅减弱光照强度时，电源的输出功率一定减小 C．仅将滑动变阻器的滑片向上移动时，电容器贮存的电场能将减小 D．仅将滑动变阻器的滑片向下移动时，电源的效率将增大 答案　CD 解析　仅增加光照强度，则R2电阻变小，总电阻变小，总电流变大，电源内阻分压变大，路端电压变小，则通过R3的电流变小，通过R1的电流变大，则R1的分压变大，电容器电压变大，带电荷量增加，选项A错误；仅减弱光照强度，R2电阻变大，电源的输出功率由内、外电阻关系决定，因其大小关系不确定，所以不能判断电源输出功率的变化，选项B错误；滑动变阻器的滑片向上移动时电阻减小，外电阻变小，路端电压变小，则电容器的电压变小，贮存的电场能减小，选项C正确；滑动变阻器的滑片向下移动时电阻增大，外电阻增大，路端电压增大，则电源效率增大，选项D正确． 10．电吉他之所以能以其独特的魅力吸引众多的音乐爱好者，是因为它的每一根琴弦下面都安装了一种叫作“拾音器”的装置，能将琴弦的振动转化为电信号，电信号经扩音器放大，再经过扬声器就能播出优美的音乐．如图所示是“拾音器”的结构示意图，多匝绕制的线圈置于永久磁铁与钢质的琴弦之间，当琴弦沿着线圈振动时，线圈中就会产生感应电流，关于感应电流，下列说法正确的是(　　) A．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流是变化的 B．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流大小变化，方向不变 C．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流大小和方向都会发生变化 D．琴弦振动时，线圈中产生的感应电流大小不变，方向变化 答案　AC 解析　由题意及图可知，电吉他是利用振动的钢质琴弦使线圈切割磁感线而产生感应电流，再将该电流放大并与扩音器相连从而发出声音，属于法拉第电磁感应现象，因琴弦在振动时速度的大小和方向均变化，故感应电流不是恒定的，选项A、C正确． 二、非选择题(本题共5小题，共60分) 11. (8分)某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性．现用直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线连成如图甲所示的实物图． (1)实验的主要步骤： ①正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源，调节并记录电源输出的电流值； ②在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开关，__________________，__________________，断开开关. ③重复第②步操作若干次，测得多组数据． (2)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得如图乙所示的R－t关系图线，请根据图线写出该热敏电阻的R－t关系式R＝__________＋________t (Ω)(保留三位有效数字). 解析　(1)因本实验是探究热敏电阻的阻值随温度变化的特性，所以实验需要测出热敏电阻的阻值及相应的温度，热敏电阻的阻值用R＝间接测量，故需要记录的数据是温度计的示数和电压表的示数． (2)设热敏电阻R＝R0＋kt，k＝＝0.400. 由图线知，温度为10 ℃时，热敏电阻R＝104 Ω， 则R0＝R－kt＝(104－0.400×10) Ω＝100 Ω， 所以R＝100＋0.400t (Ω)． 答案　(1)记录温度计的示数　记录电压表的示数　(2)100　0.400 12．(9分)实验室备有以下器材：电压传感器、电流传感器、滑动变阻器R1(阻值变化范围0～20 Ω)、滑动变阻器R2(阻值变化范围0～1 000 Ω)、电动势适当的电源、小灯泡(4 V　2 W)、开关、导线若干． (1)要完整地描绘小灯泡的U－I曲线，请在方框中画出实验电路图，并标出所用滑动变阻器的符号． 　 (2)实验中描绘出的小灯泡U－I曲线如图所示，由图可知，小灯泡灯丝电阻随温度升高而______(选填“增大”“减小”或“不变”)． (3)如果用上述器材测量所给电源的电动势和内阻，实验电路如图甲所示，图中R0是阻值为9.0 Ω的保护电阻，实验中测得的多组数据记录在下表中，试在同一坐标系中画出等效电源的U－I图像，由图像可求出电源自身内阻约为________Ω. 序号 1 2 3 4 5 6 U/V 4.00 3.40 2.80 2.00 1.50 0.80 I/A 0.20 0.25 0.33 0.40 0.46 0.52 甲　　　　　　　　乙 (4)若将上述小灯泡直接与电源和保护电阻组成串联电路，如图乙所示，此时小灯泡消耗的电功率约为______W. 解析　(1)要完整地描绘灯泡的U－I曲线，电压与电流应从零开始变化，滑动变压器要采用分压接法，由于灯泡的阻值较小，电流表应用外接法，电路图如图所示． (2)由图示U－I图像可知，随电压和电流的增大，灯泡实际功率增大，灯丝温度升高，电压与电流的比值增大，由此可知，灯泡灯丝电阻随温度升高而增大． (3)根据表中数据作出等效电源U－I图像如图所示，由图示图像可知，电源自身内阻r＝－R0＝ Ω－9 Ω＝1 Ω. (4)由图示图像可知，灯泡两端电压为2.1 V，电流为0.39 A，灯泡的电功率为P＝UI＝2.1×0.39 W≈0.82 W. 答案　(1)见解析图　(2)增大　(3)1　(4)0.82 13．(10分)如图所示是一种悬球式加速度仪，它可以用来测定沿水平轨道运动的列车的加速度．金属球的质量为m，它系在金属丝的下端，金属丝的上端悬挂在O点，AB是一根长为L的均匀电阻丝，其阻值为R，金属丝与电阻丝接触良好，摩擦不计，电阻丝的中心C焊接一根导线，从O点也引出一根导线，两线之间接入一个电压表○,V)(金属丝和导线电阻不计)．图中虚线OC与AB垂直，且OC＝h，电阻丝AB接在电压为U的直流稳压电源上，整个装置固定在列车中使AB与车前进的方向保持水平．列车静止时金属丝呈竖直状态，当列车加速或减速前进时，金属丝将偏离竖直方向，从电压表○,V)的读数变化可以测出加速度的大小． (1)当列车向右做匀加速直线运动时，试推导出加速度a与电压表读数U′的关系式(a用U′、U、L、h及重力加速度g等表示)； (2)用推导出的a与U′的关系式说明表盘上a的刻度是否均匀？ (3)C点设置在电阻丝AB中点的原因是什么？对电压表的选择应有什么特殊要求？ 解析　(1)设列车加速度为a时，小球偏离竖直方向θ角，此时小球受力情况如图所示， 根据牛顿第二定律得mgtan θ＝ma，　① 因为tan θ＝，　② 由①②两式得a＝g，　③ 又设列车加速度为a时，电压表读数为U′， ＝＝，　④ 由④式得＝.　⑤ 将⑤式代入③式得a＝.　⑥ (2)由⑥式可知，g、L、U、h均为常数，则列车加速度a与电压表读数U′成正比，可将电压表中刻度一一对应地改成加速度a的数值，因而可知表盘上加速度a的刻度与电压表的刻度一样，是均匀的． (3)原因是列车可能加速运动也可能减速运动(加速度方向随之变化)，所选择的电压表中间刻度应为零． 答案　(1)　(2)均匀的，说明见解析　(3)见解析 14．(15分)有一种测量压力的电子秤，其原理如图所示．E是内阻不计、电动势为6 V的电源．R0是一个阻值为300 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改变，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．试分析： 压力F/N 0 50 100 150 200 250 300 … 电阻R/Ω 300 280 260 240 220 200 180 … (1)利用表中的数据写出电阻R随压力F变化的函数式． (2)若电容器的耐压值为5 V，则该电子秤的最大称量值为多少？ (3)如果把电流表中电流的刻度变换成压力刻度，则该测力显示器的刻度是否均匀？ 解析　(1)由表中数据可知， k＝＝＝0.4 Ω/N， 所以电阻R随压力F变化的函数表达式为 R＝(300－0.4F) Ω. (2)R上受到的压力越大，R的阻值越小，电容器两极板电压越大，但不能超过5 V， 所以＝，解得R＝60 Ω 又因为R＝(300－0.4F) Ω，得F＝600 N. 电流表中的电流I＝＝，电流I与压力F不是线性关系，则该测力显示器的刻度不均匀． 答案　(1)R＝(300－0.4F) Ω　(2)600 N　(3)不均匀 15．(18分)如图所示是电饭煲的电路图，S1是一个温控开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里点(103 ℃)时，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，加热电阻丝R3＝50 Ω，两灯的电阻不计． (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？ 解析　(1)接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1，这时黄灯短路，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；饭煮熟后，温度升高到103 ℃时，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，如此循环． (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＝ Ω， 故＝＝＝. (3)如果不闭合S1，开始时S2是闭合的，R1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；温度降低到70 ℃，S2自动闭合，温度只能在70～80 ℃之间变化，不能将饭煮熟． 答案　(1)见解析　(2)12∶1　(3)见解析 学科网（北京）股份有限公司 $$