第五章 传感器 水平测评-【金版教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册创新导学案课件PPT（教科版2019）

第五章　水平测评 本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，满分100分，考试时间75分钟。 第Ⅰ卷(选择题，共50分) 一、选择题(本题共10小题，每小题5分，共50分。在每小题给出的四个选项中，第1～7题只有一项符合题目要求，第8～10题有多项符合题目要求。全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1．传感器广泛应用在我们的生产生活中，常用的计算机键盘就是一种传感器。如图所示，键盘上每一个键的下面都连一小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一小的固定金属片，这两金属片组成一个小电容器。键被按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能够检测出哪个键被按下，从而给出相应的信号。这种计算机键盘使用的是(　　) A．温度传感器 B．压力传感器 C．磁传感器 D．光传感器 答案 解析　由题意可知，电容器通过受压后变形从而将压力信号转变成电信号，故键盘采用的是压力传感器，B正确。 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2．某智慧物流有20余台配送机器人上阵，该配送机器人能够识别红绿灯信号、规避道路障碍和来往车辆、主动礼让行人。机器人主动礼让行人，是利用了(　　) A．力传感器 B．光传感器 C．磁传感器 D．声传感器 答案 解析　由题意知，该机器人的传感器能够区分颜色、识别静态和动态物体，可知其拥有相当于人类视觉的功能，利用了光传感器，而力传感器、磁传感器和声传感器所测量的非电学量并无法都准确识别颜色、行人、物体等，故B正确，A、C、D错误。 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3．有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，下列说法正确的是(　　) A．两个传感器都是光电传感器 B．两个传感器分别是光电传感器和温度传感器 C．两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器 D．只有光照和温度都适合时排气扇才能工作 答案 解析　在有光照或温度升高时排气扇都能启动，由此可见该装置中有两个传感器，一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇只需满足有光照或温度升高任何一个条件即可启动。A、C、D错误，B正确。 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 4．如图所示是某种汽车上的一种自动测定油箱内油面高度的装置。R是滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端，从油量表(由电流表改装而成)指针所指的刻度，就可以知道油箱内油面的高度。当滑动变阻器的金属片向下移动时(　　) A．电路中的电流减小，油箱内油面降低 B．电路中的电流减小，油箱内油面升高 C．电路中的电流增大，油箱内油面降低 D．电路中的电流增大，油箱内油面升高 答案 解析　金属片向下移动，R接入电路中的电阻减小，电路总电阻减小，根据闭合电路欧姆定律可知，电路中电流增大；金属片向下移动，由杠杆结构知浮标上移，故油面升高。D正确。 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 5．如图为学校教学楼的楼梯上过道灯的控制电路。在傍晚天黑时，用力拍掌，过道灯就亮了，而白天无论怎么用力拍掌，过道灯都不亮。由此可知，在白天用力拍掌时(　　) A．光控开关自动闭合，声控开关自动闭合 B．光控开关自动断开，声控开关自动闭合 C．光控开关自动闭合，声控开关自动断开 D．光控开关自动断开，声控开关自动断开 答案 解析　在傍晚天黑时，用力拍掌，过道灯亮了，说明无光照时光控开关自动闭合，有声音时声控开关自动闭合。白天有光照时，无论怎么用力拍掌，过道灯都不亮，是因为光控开关自动断开，声控开关自动闭合，电路是断开的，故选B。 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 6．如图所示是“电容式加速度传感器”原理图，电容器的一个金属极板固定在绝缘底座上，另一块极板用弹性金属片制成，两电极引线分别接电压表两接线柱(图中未画出)，并定期补充因电压表缓慢放电流失的电荷，从而使电容器的电荷量保持恒定。当这种加速度传感器用在上下移动的升降机中时，通过电压表示数的变化就能感知升降机加速度的变化情况。设升降机加速度为零时电压表示数为U0，下列说法正确的是(　　) A．当升降机加速上升时，U>U0 B．当升降机减速上升时，U>U0 C．当升降机减速下降时，U>U0 D．当升降机加速下降时，U<U0 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 7．为了节能和环保，一些公共场所应用光敏电阻来自动控制照明系统的开关，如图甲所示，其中电源电动势E＝3 V，内阻不计，定值电阻R0＝10 kΩ，电阻R1是光敏电阻，阻值大小随光的强弱变化而变化，二者对应关系如表所示，物理学中用照度描述光的强弱，光越强，照度越大，lx是照度的单位。M是电磁开关，内部结构如图乙所示，当电磁铁中通过的电流大于0．1 mA时，电磁铁吸合铁片。下列说法正确的是(　　) 照度/lx 0．2 0．4 0．6 0．8 1．0 1．2 电阻/kΩ 75 40 28 23 20 18 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 A．光敏电阻的阻值大小随照度的增大而均匀减小 B．电磁开关M利用了互感现象 C．当照度小于1．0 lx时，照明系统自动开启 D．增加电磁铁线圈匝数，照明系统平均每天的工作时间变长 答案 照度/lx 0．2 0．4 0．6 0．8 1．0 1．2 电阻/kΩ 75 40 28 23 20 18 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 8．电饭锅的结构如图，它的主要元件是感温铁氧体，其特点是：常温下感温铁氧体具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约103 ℃时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引。这个温度在物理学中称为该材料的“居里点”。下列说法正确的是(　　) A．煮饭时开关按钮要向上提 B．煮饭时开关按钮要向下按 C．用电饭锅烧水，水沸腾后可以自动断电 D．饭熟后，水分被大米吸收，电饭锅才会 自动断电 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析　根据题图可知，煮饭时上下两个触点需要接通，才能够接通电源，因此煮饭时开关按钮要向下按，A错误，B正确；用电饭锅烧水，水沸腾后，在锅内仍然有一定水分存在时，温度一直为100 ℃，此时没有达到居里点，不能自动断电，只有水烧干，温度继续上升超过103 ℃，才会断电，C错误；根据上述可知，只有在饭熟后，水分被大米吸收，电饭锅才会自动断电，D正确。 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 A．当温度低于t1时通电，通电后，其电功率先增大，后减小 B．当温度低于t1时通电，通电后，其电功率先减小，后增大 C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1不变 D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1和t2之间的某一值不变 9．家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率ρ随温度t的变化关系如图所示，由于这种特性，使PTC元件具有发热、保温双重功能。以下关于电热灭蚊器的判断正确的是(　　) 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析　当温度低于t1时通电，在电热灭蚊器温度由初温升高到t1的过程中，电阻器的电阻率随温度的升高而减小，其电阻也随之减小，由于加在灭蚊器上的电压U保持不变，灭蚊器的电功率P增大，当t＝t1时，功率达到最大；在温度由t1升高到t2的过程中，ρ增大，R增大，P减小，在t＝t2时，电功率达到最小，因此在t1～t2之间的某一温度会有产热功率等于散热功率，这时是保温状态，故A、D正确，B、C错误。 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 10．如图所示是温度报警器的电路原理图，热敏电阻RT的阻值随温度升高而减小。下列关于该电路的分析中正确的是(　　) A．当RT的温度升高时，RT的阻值减小，三极管 基极b的电势降低，蜂鸣器会发出报警声 B．当RT的温度升高时，RT的阻值减小，三极管 基极b的电势升高，蜂鸣器会发出报警声 C．当增大R1时，该温度报警器的灵敏度提高 D．当减小R1时，该温度报警器的灵敏度提高 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析　当温度升高时，热敏电阻RT的阻值减小，其两端电压减小，三极管基极b的电势升高，三极管导通，蜂鸣器会发出报警声，A错误，B正确；要提高温度报警器的灵敏度，即在更低的温度时蜂鸣器就发出报警声，此时RT的阻值较大，所以应相应地增大R1，才能使三极管在更低的温度导通，蜂鸣器报警，C正确，D错误。 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 第Ⅱ卷(非选择题，共50分) 二、实验题(本题共2小题，共16分) 11．(5分)如图甲所示，某同学设计了一种“闯红灯违规证据模拟记录器”，它可以通过拍摄照片来记录机动车辆闯红灯时的情景。它的工作原理是：当光控开关接收到某种颜色光时，开关自动闭合，且当压敏电阻受到车的压力，它的阻值变化引起电流变化达到一定值时，继电器的衔铁就被吸下，工作电路中的电控照相机就工作，拍摄违规车辆。光控开关未受到该种光照射就自动断开，衔铁不被吸引，工作电路中的指示灯发光。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (1)要记录车辆违规闯红灯的情景，光控开关应在接收到　　光(选填“红”“绿”或“黄”)时自动闭合。 (2)图乙为压敏电阻阻值与所受压力的关系图线，已知控制电路的电源电动势为6 V，内阻为1 Ω，继电器电阻为R0＝9 Ω，当控制电路中电流大于0．06 A时，衔铁会被吸合，则只有质量超过　　　　 kg的车辆违规时才会被记录。(g取10 N/kg) 红 答案 400 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 12．(11分)如图所示，一热敏电阻RT放在控温容器M内； 为毫安表，量程为6 mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3 V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值约为999．9 Ω；S为开关。已知RT在95 ℃时的阻值为150 Ω，在20 ℃时的阻值约为550 Ω。现要求在降温过程中测量在20～95 ℃之间的多个温度下RT的值。 (1)在图中画出连线，完成实验原理电路图。 答案　如图 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (2)完成下列实验步骤中的填空。 ①依照实验原理电路图连接实验器材。 ②调节控温容器M内的温度，使得RT的温度为95 ℃。 ③将电阻箱调到适当的阻值，以保证仪器安全。 ④闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录　　　　　　　　。 ⑤将RT的温度降为T1(20 ℃＜T1＜95 ℃)；调节电阻箱，使得电流表的读数　　　　，记录　　　　　　　　。 ⑥温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1＝　　　　　　　　。 电阻箱的读数R0 答案 仍为I0 电阻箱的读数R1 R0－R1＋150 Ω 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 (2)④闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录电阻箱的读数R0。 ⑤将RT的温度降为T1(20 ℃＜T1＜95 ℃)；调节电阻箱，使得电流表的读数仍为I0，记录电阻箱的读数R1。 ⑥由闭合电路欧姆定律可得，温度为95 ℃时，E＝I0(r＋RA＋RT＋R0)，当RT的温度降为T1时，有E＝I0(r＋RA＋RT1＋R1)，把RT＝150 Ω代入，联立解得RT1＝R0－R1＋150 Ω。 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 三、作图、论述计算题(本题共3小题，共34分。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) 13．(10分)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并输出。如图所示，B为将可燃气体或有毒气体(如CO、CH4、瓦斯、煤气等)浓度转换为电信号的传感器，俗称电子鼻，当可燃气体或有毒气体浓度增大时，其电阻阻值变小。已知电源电压U＝220 V，M为排风扇，G为继电器，A为控制电源，S为控制开关，请设计一个家用自动排烟电路，并在图中完成连线图。 答案　如图 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析　由题意可知，当可燃气体或有毒气体浓度增大时，B的电阻阻值变小，控制电路电流增大，电磁铁磁性增强，从而使E被吸引下来，排风扇M工作，因此控制电源A、控制开关S、继电器G和传感器B组成控制电路，排风扇M和工作电源组成工作电路，如图所示。 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 14．(12分)在航天事业中要用角速度计测量航天器的自转角速度ω，其结构如图所示。当系统绕轴OO′转动时，元件A在光滑杆上发生滑动，并输出电信号成为航天器的制导信号源。已知A质量为m，弹簧的劲度系数为k，原长为l0，电源电动势为E，内阻不计，滑动变阻器总长为l，电阻分布均匀。系统静止时滑动变阻器触头P在中点，与固定接头Q正对。当系统以角速度ω转动时，求： (1)弹簧形变量x与ω的关系式； (2)电压表示数U与角速度ω的关系式。 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 15．(12分)工业生产中需要物料配比的地方常用“吊斗式”电子秤，图甲所示的是“吊斗式”电子秤的结构图，其中实现称质量的关键性元件是拉力传感器。拉力传感器的内部电路如图乙所示，R1、R2、R3是定值电阻，R1＝20 kΩ，R2＝10 kΩ，R0是对拉力敏感的应变片电阻，其电阻值随拉力变化的图像如图丙所示。已知料斗重1×103 N，没装料时Uba＝0，g取10 m/s2。 (1)求R3的阻值； (2)装料时，Uba的值怎么变？ 答案　(1)40 kΩ　(2)变大 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 解析 (2)装料时，由于R1所在支路电流恒定，且R2、R0右端接地，电势不变，所以a点的电势恒定，而R3所在支路中R0的阻值逐渐变大，R3所在支路电流逐渐变小，R3两端的电压逐渐变小，即b点的电势逐渐变大，所以Uba逐渐变大。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R 解析　当升降机加速上升或减速下降时，加速度方向向上，弹性金属片向下弯曲，两极板平均间距减小，根据平行板电容器电容的决定式C＝eq \f(εrS,4πkd)，可知电容C变大，而U＝eq \f(Q,C)，Q不变，则电压减小，即U<U0，故A、C错误；当升降机减速上升或加速下降时，加速度方向向下，弹性金属片向上弯曲，两极板平均间距增大，根据平行板电容器电容的决定式C＝eq \f(εrS,4πkd)，可知电容C变小，而U＝eq \f(Q,C)，Q不变，则电压增大，即U>U0，故B正确，D错误。 解析　根据表中数据可知，光敏电阻阻值大小随照度的增大而减小，但不是均匀减小，A错误；电磁开关中含有电磁铁，利用了电流的磁效应现象，B错误；根据题意，当电磁铁不吸合铁片时，照明系统开启，此时通过光敏电阻的电流I小于等于0．1 mA，结合I＝eq \f(E,R1＋R0)得R1≥20 kΩ，则当照度小于1．0 lx时，照明系统自动开启，C正确；若电磁铁的线圈匝数增加，则电磁铁中通入小于0．1 mA的电流就能吸合铁片，使照明系统断开，即照度小于1．0 lx时照明系统依然断开，则该照明系统平均每天的工作时间变短，D错误。 解析　(1)电控照相机要自动记录违规闯红灯的情景，光控开关应在接收到红光时自动闭合。 (2)根据闭合电路欧姆定律I＝eq \f(E,R总)，当控制电路中的电流为0．06 A时，电路中的总电阻为R总＝eq \f(E,I)＝100 Ω，设电源内阻为r，此时压敏电阻的阻值为R＝R总－R0－r＝100 Ω－9 Ω－1 Ω＝90 Ω。由题图乙可知，当R＝90 Ω时，压敏电阻所受的压力F＝4×103 N，根据F＝G＝mg得：此时车的质量为m＝eq \f(G,g)＝eq \f(4×103,10) kg＝400 kg。 解析　(1)由于本实验只有一只可以测量和观察的直流电流表，而电路中的最小总阻值为eq \f(3 V,6 mA)＝500 Ω，大于RT的最小测量值150 Ω与 答案　(1)x＝eq \f(mω2l0,k－mω2)　(2)U＝eq \f(mω2l0E,l(k－mω2)) 解析　(1)由圆周运动规律知 kx＝mω2R＝mω2(l0＋x) 即kx－mω2x＝mω2l0 所以x＝eq \f(mω2l0,k－mω2)。 (2)由串联电路的规律知 U＝eq \f(x,l)E＝eq \f(mω2l0E,l(k－mω2))。 解析　(1)没装料时，根据串并联电路规律可得，R1两端的电压为：UR1＝eq \f(R1,R1＋R2)×12 V＝8 V 料斗重1×103 N，由题图丙R0­F图线可得，此时R0＝20 kΩ 因为此时Uba＝0，说明R1两端的电压和R3两端的电压相等，所以R3两端的电压为： UR3＝eq \f(R3,R3＋R0)×12 V＝UR1 解得R3＝40 kΩ。 $$