第五章 传感器 单元综合提升-【金版新学案】2024-2025学年新教材高二物理选择性必修第二册同步课堂高效讲义教师用书word（教科版2019）

单元综合提升 (2020·全国卷Ⅲ)已知一热敏电阻当温度从10 ℃升至60 ℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100 Ω)。 (1)在所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图。 (2)实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V 和3.0 mA，则此时热敏电阻的阻值为________kΩ(保留2位有效数字)。实验中得到的该热敏电阻阻值R随温度t变化的曲线如图甲所示。 (3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 kΩ。由图甲求得，此时室温为________℃(保留3位有效数字)。 (4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图乙所示。图中，E为直流电源(电动势为10 V，内阻可忽略)；当图中的输出电压达到或超过6.0 V时，便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时环境温度为50 ℃，则图中________(填”R1”或”R2”)应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻值应为________kΩ(保留2位有效数字)。 学生用书↓第139页 答案：(1)如图所示 (2)1.8　(3)25.5　(4)R1　1.2 解析：(1)滑动变阻器的阻值远小于热敏电阻的阻值，滑动变阻器使用分压式接法；电压表为理想电表，所以电流表使用外接法。 (2)根据欧姆定律，热敏电阻的阻值为R＝≈1.8 kΩ。 (3)由题图甲可得，2.2 kΩ对应的温度为25.5 ℃。 (4)输出电压即R2两端电压达到或超过6.0 V时报警器报警，即R2两端电压应随温度升高而变大，因为该热敏电阻R随温度升高而变小，由串联电路分压规律知R1为热敏电阻；由题图甲可得，50 ℃对应的热敏电阻阻值为0.8 kΩ，另一固定电阻R2两端的电压为6 V时，R1两端的电压为4 V，则R2＝R1＝1.2 kΩ。 　教科版选择性必修第二册P116实验探究－－热敏电阻的温度特性和P129温度报警器。 按照图所示，将热敏电阻连入电路中，多用电表的选择开关置于电阻挡，两支表笔分别与热敏电阻的两端相连。将热敏电阻放入盛有适量冷水并插有温度计的烧杯中，在电阻挡上选择适当的倍率，测量热敏电阻的阻值。 根据实验所用热敏电阻的温度参数，在允许范围内选取10个不同的温度点，通过添加冷水、热水或酒精灯加热的方式达到各点温度，把观测数据填入表中。 如图(课本P129图5－4－4)是一种温度报警器的方框图和电路图。RT为热敏电阻，常温下阻值约为2 kΩ，温度升高时阻值减小。R1为可调电阻，最大阻值10 kΩ。Q1为NPN型三极管，起到开关和放大的作用。R2为定值电阻，通过其分压控制Q1通断。LS为有源蜂鸣器，有直流通过即可发出鸣叫声。 　2020年全国卷Ⅲ高考试题以探究热敏电阻阻值随温度变化和设计温控报警器为情境设计问题。与教材P116实验探究：热敏电阻的温度特性和P129温度报警器为同源情境，重点考查热敏电阻阻值测量的电路设计和自制温控报警器。 针对练．(2023·四川成都高三石室中学校考阶段练习)某实验小组利用热敏电阻制作温控报警器，当温度到达或超过60 ℃时，发出警报。 操作如下： (1)测量热敏电阻在60 ℃时的阻值，该热敏电阻的阻值随着温度的升高而降低。有以下实验器材可供选择。 A．电源E(电动势为15 V，内阻不计) B．电流表A(量程为0.6 A，内阻约5 Ω) C．电压表V(量程为15 V，内阻约10 kΩ) D．滑动变阻器R1(最大电阻为10 Ω，额定电流1.5 A) E．滑动变阻器R2(最大电阻为500 Ω，额定电流为1.0 A) F．热敏电阻RT(60 ℃时阻值在20～30 Ω之间) 1 为了更准确测定阻值，滑动变阻器应选择______(选填“R1”或“R2”)，电路图应选择图中的______(选填“甲”或“乙”)： ②对热敏电阻加热至60 ℃，保持温度不变，调节滑动变阻器，得到电压表和电流表的多组数据，已在图丙中描好点，请在图中画出I-U 图像，并得到RT＝________Ω(计算结果保留2位有效数字)。 学生用书↓第140页 (2)调试报警器 ①按照图丁连接器材，报警器报警最低电流为0.01 A，功率极小，电源为可调电源，内阻不计，调试时输出电压为3 V； ②在常温下，闭合开关S1，开关S2接通b，将电阻箱的阻值调为RT，调节滑动变阻器，直至报警器警报。再将开关S2接通a，报警器调试完成。有三种滑动变阻器R3、R4、R5可供选择，其最大阻值分别为30 Ω、300 Ω、3 000 Ω，为方便调节，应选择________(选填“R3”、 “R4”或“R5”)。 答案：(1)①R1　乙　②见解析图　25　(2)②R4 解析：(1)①为了方便调节，滑动变阻器选阻值范围小的R1。60 ℃时阻值在20～30 Ω之间，所以RT< ＝＝100 Ω，所以电流表采用外接法，测量较准确，故选乙图。 ②描点连线如图所示，通过画出的I-U图像可得RT＝＝ Ω＝25 Ω。 (2)②电路中最大电阻R＝＝ Ω＝300 Ω 滑动变阻器的最大电阻R′＝R－RT＝275 Ω 所以滑动变阻器应选择R4。 (2017·江苏高考)某同学通过实验制作一个简易的温控装置，实验原理电路图如图甲所示，继电器与热敏电阻Rt、滑动变阻器R串联接在电源E两端，当继电器的电流超过15 mA时，衔铁被吸合，加热器停止加热，实现温控。继电器的电阻约20 Ω，热敏电阻的阻值Rt与温度t的关系如下表所示。 t/℃ 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 Rt/Ω 199.5 145.4 108.1 81.8 62.9 49.1 (1)提供的实验器材有：电源E1(3 V，内阻不计)、电源E2(6 V，内阻不计)、滑动变阻器R1(0～200 Ω)、滑动变阻器R2(0～500 Ω)、热敏电阻Rt，继电器、电阻箱(0～999.9 Ω)、开关S、导线若干。 为使该装置实现对30～80 ℃之间任一温度的控制，电源E应选用________(选填“E1”或“E2”)，滑动变阻器R应选用________(选填“R1”或“R2”)。 (2)实验发现电路不工作。某同学为排查电路故障，用多用电表测量各接点间的电压，则应将如图乙所示的选择开关旋至________(选填“A”、 “B”、 “C”或“D”)。 (3)合上开关S，用调节好的多用电表进行排查。在图甲中，若只有b、c间断路，则应发现表笔接入a、b时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)，接入a、c时指针________(选填“偏转”或“不偏转”)。 (4)排除故障后，欲使衔铁在热敏电阻为50 ℃时被吸合，下列操作步骤的正确顺序是________。(填写各步骤前的序号) ①将热敏电阻接入电路 ②观察到继电器的衔铁被吸合 ③断开开关，将电阻箱从电路中移除 ④合上开关，调节滑动变阻器的阻值 ⑤断开开关，用电阻箱替换热敏电阻，将阻值调至108.1 Ω 答案：(1)E2　R2　(2)C　(3)不偏转　偏转 (4)⑤④②③① 解析：(1)当温度控制在30 ℃，衔铁被吸合时，Rt两端的电压约为Ut＝IRt＝0.015×200 V＝3 V，继电器两端的电压U′＝IR′＝0.015×20 V＝0.3 V，故需电源电动势大于3 V，故选E2。当温度控制在80 ℃时，电路中的总电阻R总＝＝400 Ω，远大于热敏电阻、继电器以及滑动变阻器R1的电阻的总和，故滑动变阻器选R2。 (2)A挡位测量电阻值，B挡位测量交流电压，C挡位测量直流电压，D挡位测量电流值，故为测量各接入点的电压，应将开关旋至C挡。 (3)若b、c间断路，a、b只与电源正极相连通，a、b间无电压，如图(a) 故多用电表指针不偏转。 若b、c间断路，a点与电源正极相连通，c点与电源负极相连通，a、c两点间的电压为电源电动势。如图(b) 故多用电表指针偏转。 (4)要想保证温度控制在50 ℃，由题目表中可得Rt＝108.1 Ω，因此我们要用电阻箱代替热敏电阻，把电阻箱电阻调到108.1 Ω，闭合电路调节滑动变阻器，让继电器吸合(即让电路中的电流为15 mA)，再将电阻箱移除，将热敏电阻接入电路，完成实验。 　教科版选择性必修第二册P120T3 如图所示，图甲为热敏电阻的R-t曲线，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器线圈的电阻为150 Ω。当线圈中的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势E＝6 V，内阻忽略不计。 (1)试分析应该把恒温箱内的加热器接在A、B端还是C、D端？ (2)如果要使恒温箱内的温度保持在100 ℃，可变电阻R′应该调为多少？ 学生用书↓第141页 　2017年江苏高考试题以温控电路设计制作为情景设计问题，与教材P120T3为同源情景，重点考查温控电路的设计和分析。 针对练．现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干。如图所示，试设计一个温控电路。要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程。 答案：见解析 解析：电路图如图所示。 工作过程：闭合S，当温度低于设定值时，热敏电阻阻值增大到某值，通过电磁继电器的电流很小，无法吸合衔铁P，K接通，电炉丝通电加热；当温度达到设定值时，热敏电阻的阻值减小到某值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，吸合衔铁P使K断开，电炉丝断电，停止供热；当温度低于设定值时，又重复上述过程。 1．(不能将传感器的特点与电路分析有机结合)(多选)如图所示的电路，理想变压器原、副线圈匝数比为2∶1，电流表、电压表均为理想交流电表，R是光敏电阻(其阻值随照射光照强度增大而减小)，原线圈接入电压随时间按u＝220sin(100πt) V变化的交流电，下列说法正确的是(　　) A．交流电的频率为100 Hz B．电压表的示数为110 V C．照射R的光照强度增大时，电流表的示数变大 D．照射R的光照强度增大时，电压表的示数变大，灯泡变得更亮 答案：BC 解析：原线圈接入u＝220sin(100πt) V的交流电压，T＝ s＝0.02 s，所以频率为f＝＝50 Hz，故A错误；交流电的有效值为U1＝220 V，根据＝，则U2＝110 V，故B正确；R阻值随光照强度增大而减小，根据I2＝可知，副线圈电流增大，副线圈输出功率增大，即灯泡变得更亮，因为理想变压器输入功率等于输出功率，所以原线圈输入功率增大，原线圈电流增大，所以电流表的示数增大，但是电压表的示数不变，故C正确，D错误。 [易错分析]　该题将光敏电阻、变压器、电路有机结合在一起，在熟悉光敏电阻阻值随光照强度变化的同时还要联系变压器知识分析。 2．(对传感器特点不明确)目前研发的人工视网膜阵列可以模拟视网膜感光细胞对视觉通路施加特定电刺激，从而产生视觉感受。按工作原理来看，目前的人工视网膜阵列主要有两种，微光电二极管阵列和微电极阵列。前者直接将入射光转化成电信号激励神经细胞，但电流较小，需要配备放大电路。后者通过外置摄像头采集图像并通过无线电波传输至电极阵列，可以最小化植入体积。人工视网膜无论采用哪一种阵列，工作时如果使用直流电，都可能造成电荷累积对神经细胞损伤，以及电解水产生化学腐蚀和气泡。下列说法正确的是(　　) A．微光电二极管阵列在正常工作时不需要额外电源提供能量 B．微电极阵列直接将进入人眼的光线转化成视觉电信号 C．微电极阵列传输信号的原理是电流的磁效应 D．人造视网膜假体工作时应采用交流电信号 答案：D 解析：由于微光电二极管阵列直接将入射光转化成电信号激励神经细胞，但电流较小，需要配备放大电路，所以微光电二极管阵列在正常工作时需要额外电源提供能量，故A错误；微电极阵列通过外置摄像头采集图像并通过无线电波传输至电极阵列，将图像信号转化为电流脉冲，不是电流的磁效应，故B、C错误；工作时如果使用直流电，都可能造成电荷累积对神经细胞损伤，以及电解水产生化学腐蚀和气泡，所以人造视网膜假体工作时应采用交流电信号，故D正确。 [易错分析]　人工视网膜的两种阵列原理不同，特点也不一样，易出现错选，审题应注意区分。 学生用书↓第142页 3．(不能将传感器的特点与动力学量间构建联系)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I不变，且I大于升降机静止时电流表的示数I0，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．升降机可能处于失重状态 D．通过压敏电阻的电流一定等于电梯静止时的数值 答案：C 解析：I>I0，说明R两端分压变大，电源内阻分压变小，总电流变小，总电阻变大，则压敏电阻的阻值变大了，其所受压力减小，物块所受支持力小于重力，处于失重状态，可能加速下降或减速上升，A、B错误，C正确；由于总电流变小，电流表示数变大，则通过压敏电阻的电流比电梯静止时小，D错误。 [易错分析]　有同学一看到电流表示数不变就认为压敏电阻所受压力等于物块重力，从而得出物块处于平衡状态，误选A、D。 4．(不能分清控制电路与被控制电路关系出错)(2022·浙江温州二模)图中光敏电阻RG没有受到光照射(或光较暗)时，阻值较大；有光照射(或光较强)时，阻值较小。如图所示，现利用该光敏电阻、低压直流电源和电磁继电器设计了自动控制电路，用于公路照明。下列说法正确的是(　　) A．白天光照越强，电磁铁的磁性越强 B．白天流过R2的电流大于晚上流过R2的电流 C．该电路能实现灯泡白天亮，晚上不亮 D．低压直流电源的总功率晚上比白天的大 答案：B 解析：光照增强，则光敏电阻阻值减小，电路的总阻值减小，电路中的总电流增大，R1两端的电压增大，根据闭合电路欧姆定律可知，路端电压减小，因此电磁铁和R3两端电压减小，流过该支路的电流减小，电磁铁的磁性减弱，选项A错误；光照增强，总电流增大，流过R3的电流减小，因此流过R2的电流增大，故白天流过R2的电流大于晚上流过R2的电流，选项B正确；白天光照较强，流过电磁铁的电流较小，电磁铁的磁性减弱，因此灯泡所在电路断开，白天灯泡不亮，选项C错误；光照增强，回路中总电流增大，根据P＝EI可知电源的总功率增大，因此白天功率较大，选项D错误。 [易错分析]　该题中，光照会影响RG阻值，近而影响电磁铁中的电流，光照强弱与电磁铁中电流大小关系易分析出错，导致错选。 单元测试卷(四)　电磁振荡与电磁波　传感器 (时间：90分钟　满分：100分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分。在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求) 1．(2023·顺义高二期末)关于电磁场和电磁波，下列说法正确的是(　　) A．赫兹预言了电磁波的存在 B．均匀变化的电场能够产生均匀变化的磁场 C．紫外线是一种波长比紫光更长的电磁波，能够灭菌消毒 D．无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线都是电磁波 答案：D 解析：麦克斯韦预言了电磁波的存在，赫兹第一次通过实验验证了电磁波的存在，故A错误；均匀变化的电场产生恒定的磁场，故B错误；紫外线是一种波长比紫光更短的电磁波，能够灭菌消毒，故C错误；在电磁波谱中，无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线都是电磁波，故D正确。 2．世界各地有许多无线电台同时广播，用收音机一次只能收听到某一电台的播音，而不是同时收听到许多电台的播音，其原因是(　　) A．收听到的电台离收音机最近 B．收听到的电台频率最高 C．接收到的电台电磁波能量最强 D．接收到的电台电磁波与收音机调谐电路的频率相同，产生了电谐振 答案：D 解析：选台就是调谐过程，使f固＝f电磁波，在接收电路中产生电谐振激起的感应电流最强，D正确。 3．(2022·山东枣庄高二期末)广播电台发射的中波无线电信号、家用微波炉中的微波、可见光、人体透视用的X光都是电磁波，设它们的频率分别是f1、f2、f3、f4，则(　　) A．f1>f2>f3>f4　　 B．f1<f2<f3<f4 C．f1<f3<f2<f4 D．f1<f2<f4<f3 答案：B 解析：按频率从小到大的顺序为中波、微波、可见光、X射线，则f1<f2<f3<f4，故选B。 4．(2023·广东广州执信五校高二期末)”中国天眼”位于贵州的大山深处，是500 m口径球面射电望远镜(FAST)。它通过接收来自宇宙深处的电磁波，探索宇宙。下列关于电磁波的说法正确的是(　　) A．电磁波在任何介质中的传播速度均为3×108 m/s B．麦克斯韦认为均匀变化的电场能激发出变化的磁场，空间将产生电磁波 C．紫外线的波长比红外线短 D．普朗克通过实验捕捉到电磁波，证实了麦克斯韦的电磁理论 答案：C 解析：真空中，电磁波的速度为3×108 m/s，而在其他介质中电磁波的速度不是3×108 m/s，故A错误；均匀变化的电场激发恒定的磁场，恒定的磁场无法形成电场，即无法在空间中产生电磁波，故B错误；因电磁波在真空中速度相同，均为光速，则由c＝λf可得，频率越大的电磁波，波长越短，紫外线的频率比红外线频率大，故紫外线的波长比红外线的波长短，故C正确；赫兹通过实验捕捉到电磁波，证实了麦克斯韦的电磁理论，故D错误。 5．光敏电阻是一种阻值对光照极其敏感的电路元件。在光照条件下光敏电阻的电子能够脱离束缚，离开原有位置成为自由电子，而缺失电子的位置便称为空穴。如图所示，自由电子与空穴总是成对出现，称为电子－空穴对，空穴可视为正电荷，空穴周围的束缚电子受到空穴吸引会填补该空穴。光敏电阻具有延时性，表现为光照突然消失时，其阻值会缓慢恢复为无光照时的阻值。根据上述材料，下列说法正确的是(　　) A．光敏电阻受到的光照越强，其阻值越大 B．光敏电阻受到光照射后，其导电性能变强 C．光照消失后，电子－空穴对迅速消失 D．光敏电阻适合用于需要快速响应的电路场合 答案：B 解析：由于在光照条件下光敏电阻的电子能够脱离束缚，离开原有位置成为自由电子，所以光敏电阻受到的光照越强，自由电子越多，导电性能越强，其阻值越小，故A错误，B正确；光敏电阻具有延时性，表现为光照突然消失时，其阻值会缓慢恢复为无光照时的阻值，即光照消失后，电子－空穴对并不会迅速消失，故C错误；光敏电阻具有延时性，因此光敏电阻不适合用于需要快速响应的电路场合，故D错误。 6．(2023·江苏南京一中月考)氧化锡传感器主要用于汽车尾气中的一氧化碳浓度的检测，它的电阻阻值随一氧化碳浓度的变化而变化。在如图甲所示的电路中，不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同阻值，这样，电压表的指针位置就与一氧化碳浓度有了对应关系，观察电压表指针位置就能判断一氧化碳浓度是否超标。有一种氧化锡传感器，其技术资料中给出了电导(即电阻的倒数)－一氧化碳浓度曲线，如图乙所示。下列表示一氧化碳浓度c与电压表示数U0之间关系的图像正确的是(　　) 答案：D 解析：设传感器的电阻为R1，电源的电动势为E，内阻为r，由氧化锡传感器电导(即电阻的倒数)－一氧化碳浓度曲线，得到＝kc，k是图像斜率。根据欧姆定律得，电压表示数U0＝E＝E，则当c增大时，U0增大，c与U0是非线性关系，图像是曲线，故D正确。 7．近场通信(NFC)是一种短距高频的无线电技术，其主要结构就是线圈和电容组成的类似LC振荡电路的并联谐振电路，其终端有主动、被动和双向三种模式，最常见的被动模式广泛应用于公交卡、门禁卡、校园一卡通等，刷卡时，电路发生电谐振，给电容器充电，达到一定电压后，在读卡设备发出的射频场中响应，被读或写入信息。下列说法正确的是(　　) A．LC振荡电路的电容器在充电时，电流增大 B．如果增大LC振荡电路中电容器两极板间距离，振荡周期将增大 C．LC振荡电路中，电容器充电时，线圈中自感电动势增大 D．电磁波发射时，使电磁波随各种信号而改变的技术叫作电谐振 答案：C 解析：LC振荡电路的电容器在充电时，电流减小，故A错误；增大LC振荡电路中电容器两极板间距离，电容器的电容C会变小，根据T＝2π可知，LC振荡电路的振荡周期将减小，故B错误；LC振荡电路中，电容器充电时，电流减小得越来越快，线圈中的自感电动势增大，故C正确；电磁波发射时，使电磁波随各种信号而改变的技术叫作调制，故D错误。 二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分。在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分) 8．电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力。感应线是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，压力越大，电压越大，压电薄膜与电容器C、电阻R组成图甲所示的回路。红灯亮时，如果汽车的车轮先后经过感应线，回路中产生两个脉冲电流，如图乙所示，即视为”闯红灯”，电子眼拍照，则红灯亮时(　　) A．汽车前轮停在感应线上不动时，不会被电子眼拍照 B．汽车的前、后轮先后经过感应线，不会被电子眼拍照 C．汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，不会被电子眼拍照 D．汽车前轮经过感应线，但后轮没有经过感应线就立即停下，不会被电子眼拍照 答案：AD 解析：A、D两种情况只压感应线一次，只能形成一个脉冲电流，不符合拍照的条件，所以不会被拍照，故A、D正确；B、C两种情况压感应线两次，形成两个脉冲电流，符合拍照的条件，所以会被拍照，故B、C错误。 9．(2023·广州高二期末)传感器是采集信息的一种重要元件，如图是一种电容式压力传感器，当待测压力作用于可动电极时，使它发生形变，从而改变传感器的电容。若电流从灵敏电流计“＋”接线柱流进时指针向右偏，从 “－”接线柱流进时向左偏。当待测压力突然增大时，下列说法中不正确的是(　　) A．电容器的电容将减小 B．M点的电势比N点的低 C．灵敏电流计指针向左偏转 D．若电流计示数稳定且不为零，说明压力F不再变化 答案：ACD 解析：由题可知，电容器的电压不变，F向上压可动电极，由C＝可知，当待测压力突然增大时，d减小，电容增大，电荷量增大，电容器充电，电路中形成逆时针方向的电流，则灵敏电流计指针向右偏，电流从N流向M，故M点的电势比N点的低，A、C错误，B正确；若电流计示数稳定且不为零，说明电容器正在充放电，电容器的电容变化，说明压力F变化，D错误。 10．一个LC振荡电路中，线圈的自感系数为L，电容器的电容为C，从电容器上电压达到最大值Um开始计时，则有(　　) A．至少经过π，磁场能达到最大 B．至少经过π，磁场能达到最大 C．在0～π时间内，电路中的平均电流是 D．在0～π时间内，电容器放出的电荷量为CUm 答案：BCD 解析：LC振荡电路的周期T＝2π，电容器上电压最大时开始放电，经π放电结束，此时电容器电荷量为零，电路中电流最大，磁场能最大，A错误，B正确；在0～π时间内，电容器放出的电荷量Q＝CUm，则平均电流I＝＝ ，C、D正确。 三、非选择题(本题共6小题，共54分。按题目要求作答。计算题要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位) 11．(8分)(2022·河北邯郸高二期末)如图所示，感应圈G上装两根带有球形电极的铜管a、b构成发射天线，两球的间隙约0.5 cm。将一根导线弯成环状，导线两端安装两个小金属球，其间留有空隙，将导线固定到绝缘支架B上靠近感应圈放置。让感应圈工作，当电火花在铜管a、b上两个金属球间跳动时，支架B上导线环两端的两个小球间也有电火花跳动。据此回答下列问题。 (1)人类历史上，首先捕捉到电磁波的科学家是________。 (2)对于这一实验现象的解释如下，请完成其中的填空。 ①感应圈本质上是一个变压器，它利用________将低压交流电变成数千伏的高电压。由于铜管a、b上两球间的电压很高，间隙中电场________，空气分子被电离，从而形成一个导电通路。 ②当电火花在铜管a、b上的两个金属球间跳动时，必定建立了一个迅速变化的电磁场。这种变化的电磁场以________的形式在空间快速传播。当其经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出________，击穿导线环两端小球间的空气，使得导线环的空隙中也产生了电火花。 ③在此实验中，感应圈及金属棒构成了电磁波的______，导线环成了电磁波的右右右　。 答案：(1)赫兹　(2)①电磁感应　很强　②电磁波　感应电动势　③发射器　检测器 解析：(1)建立完整的电磁场理论并首先预言电磁波存在的科学家是麦克斯韦，而首先证实电磁波存在并捕捉到电磁波的科学家是赫兹。 (2)①感应线圈本质上是一个变压器，它利用电磁感应将低压交流电变成数千伏的高电压，由于a、b管上两球间的电压很高，间隙中电场很强，空气分子被电离，从而形成一个导电通路；②当电火花在a、b管上两个金属球间跳动时，必定建立一个迅速变化的电磁场，这种变化的电磁场以电磁波的形式在空间快速传播，当其经过导线环时，迅速变化的电磁场在导线环中激发出感应电动势，击穿导线环中的空气，使得导线环的空隙中也产生了电火花；③在此实验中，感应线圈及金属棒构成了电磁波的发射器，导线环成了电磁波的检测器。 12．(8分)(2022·四川遂宁统考)高速路入口都安装有称量车重量的地磅。如图甲是某工厂生产的小型地磅结构图和电路图，其中R是压敏电阻，质量m0＝500 kg的秤台平放在压敏电阻上，被称车停放在秤台上。已知电路中电源电动势为26 V、内阻r＝10 Ω，电流表量程为0.3 A、内阻RA＝10 Ω，滑动变阻器R′的总电阻为500 Ω。如图乙是压敏电阻的阻值R随压力F变化曲线。某设计人员对电流表上刻度重新赋值，使之能够从表盘上直接读出秤台上车的质量，他先后进行了以下操作。g＝10 m/s2。 (1)断开开关S，撤去秤台上的车，把多用电表的旋钮旋到电阻“×10挡”，通过正确调零后，用红、黑表笔接在压敏电阻两端，多用电表的表针指到如图丙所示刻度，则压敏电阻R此时的电阻值为________Ω。 (2)闭合开关S，设计人员通过调节滑动变阻器，使电流表读数为0.10 A，并在此处标注为0，则此时滑动变阻器R′接入电路的电阻值为________Ω；2 500 kg处应标注在________A处。 答案：(1)160　(2)80　0.13 解析： (1)电阻挡选择“×10挡”，则阻值为16×10 Ω＝160 Ω。 (2)当仅有台秤时，压敏电阻的阻值为160 Ω，根据闭合电路欧姆定律得E＝I(R＋R′＋RA＋r) 由题图乙可知2 500 kg的物体在台秤上时，压敏电阻的阻值为100 Ω，根据闭合电路欧姆定律得 E＝I1(R1＋R′＋RA＋r) 解得R′＝80 Ω，I1＝0.13 A。 13．(8分)按照有关规定，工作场所受到的电磁辐射强度(单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量)不得超过0.5 W/m2。若某小型无线通信装置的电磁辐射功率是1 W，那么在距离该通信装置多少米以外是符合规定的安全区域？(已知球面面积为S＝4πR2，计算结果保留1位小数) 答案：0.4 m 解析：设临界区为一半径为R的球面，则 ＝0.5 W/m2 解得R＝()≈0.4 m。 14．(8分)中央广播电视总台“中国之声”节目在北京地区为调频106.1 MHz。已知真空中的光速c＝3×108 m/s。(计算结果保留2位有效数字) (1)求在北京地区“中国之声”电台发出的电磁波的波长； (2)如果收音机的接收装置是由LC振荡电路组成的，该接收装置里的线圈的自感系数L＝4 mH，此时产生电磁振荡的电容多大？ 答案：(1)2.8 m　(2)5.6×10－16 F 解析：(1)依题意，有f＝106.1 MHz＝1.061×108 Hz，又λ＝，代入数据可得λ＝2.8 m。 (2)振荡电路的周期为T＝2π 又f＝，代入数据可得C＝5.6×10－16 F。 15．(10分)可以用电学方法来测水流的速度。如图所示，将小铅球P系在细金属丝下，悬挂在O点，开始时小铅球P沿竖直方向处于静止状态，当将小铅球P放入水平流动的水中时，球向左摆起一定的角度θ(水流速度越大，θ越大)。为了测定水流的速度v，在水平方向固定一根电阻丝BC，使C端位于O点的正下方，它与金属丝接触良好，不计摩擦，还有一个电动势为E的电源(内阻不计)和一只电压表，重力加速度为g。 (1)请你设计一个电路，使水流速度增大时，电压表的示数也增大，在题图上画出原理图。 (2)已知水流对小球的作用力F与水流速度v的关系为F＝kDv(k为比例系数，D为小铅球的直径)，OC＝h，BC长为L，小铅球质量为m，当小铅球平衡时电压表示数为U，请推导出v与U的关系式。(水对小铅球的浮力忽略不计) 答案：(1)见解析图　(2)v＝U 解析：(1)原理图如图所示。 (2)设CE＝x，小铅球P平衡时，由平衡条件可得 tan θ＝＝ 根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律可得 I＝＝ 根据电阻定律可得 RL＝ρ Rx＝ρ 又F＝kDv 联立解得v＝U。 16．(12分)为了比赛的公平公正，学校短跑比赛设计安装了一款防抢跑装置，该装置安装在起跑线前，如图甲所示，丙图是其工作原理图。起跑发令枪发令前，开关S1、S2、S3都闭合，K与A端相连，绿灯亮；发令枪扳机和开关S2相连动，扣动扳机，枪响同时开关S2断开；当电流表示数小于或等于30 mA时，在弹簧弹力作用下，K与A端相连，绿灯亮，无人抢跑；当电流表示数大于30 mA时，衔铁被吸下，K与B端相连，红灯亮同时铃声响，有人抢跑。已知两电路电源电压均为6 V，保持不变，压力传感器R的阻值随所受压力变化的图像如图乙所示，压板重力不计，电磁铁线圈电阻不计。 (1)起跑发令枪发令前，开关S1、S2、S3都闭合，压力传感器R压板上无人(压力F＝0)时，左端电路消耗的电功率为多少？ (2)比赛时，起跑发令枪发令前，抢跑同学踩在压板上的压力F为900 N时，左端电路电流表读数为多少？ (3)比赛枪声响起后，若某同学踩在压板上的力为1 500 N时，要使得红灯不亮，电阻R0至少为多大？ 答案：(1)0.12 W　(2)0.06 A　(3)150 Ω 解析：(1)当开关S1、S2、S3都闭合，压力传感器R压板上无人时，由题图知，压力传感器的电阻为R＝300 Ω，所以左端电路消耗的电功率为P＝＝ W＝0.12 W。 (2)当有人抢跑，对传感器的压力为900 N时，由题图知，此时压力传感器的电阻为R′＝100 Ω，所以左端电路电流表读数为I′＝＝ V＝0.06 A。 (3)由题意知，红灯不亮时的电路最大电流为 I最大＝30 mA＝0.03 A 此时的电路电阻为R总＝＝ Ω＝200 Ω 由题图知，当传感器受到的压力是1 500 N时，此时的电阻为Rmin＝50 Ω 所以保护电阻的阻值最小为 R0＝R总－Rmin＝200 Ω－50 Ω＝150 Ω。 学科网（北京）股份有限公司 $$