检测卷5 传感器(word练习)-【勤径学升】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册同步练测（人教版2019）

检测卷五 传感器 [对应素能提升训练第69页] （满分：100分,时间：75分钟） 一、选择题：本题共10小题，共46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，每小题4分；第8～10题有多项符合题目要求，每小题6分，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 1.霍尔元件能 （　　） A.把温度这个热学量转换成电阻这个电学量 B.把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量 C.把力这个力学量转换成电压这个电学量 D.把光照强弱这个光学量转换成电阻这个电学量 解析　根据霍尔元件的工作原理,载流子在洛伦兹力作用下漂移,形成霍尔电压UH＝k,所以,它将磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量,故B正确。 答案　B 2.唱卡拉OK用的话筒,内有传感器。其中有一种是动圈式的,它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈,线圈处于永磁体的磁场中,当声波使膜片前后振动时,就将声音信号转变为电信号。下列说法正确的是 （　　） A.该传感器是根据电流的磁效应工作的 B.该传感器是根据电磁感应原理工作的 C.膜片振动时,穿过金属线圈的磁通量不变 D.膜片振动时,金属线圈中不会产生感应电动势 解析　当声波使膜片前后振动时,线圈切割磁感线产生感应电流,将声音信号转变成电信号,是根据电磁感应原理工作的,故A错误,B正确；膜片随着声波而周期性振动,穿过金属线圈的磁通量也是周期性变化的,故C错误,膜片振动时,金属线圈切割磁感线,会产生感应电动势,故D错误。 答案　B 3.温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中,它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的。如图所示,电源的电动势E＝9 V,内阻不计；G为灵敏电流表,内阻Rg保持不变；R为热敏电阻,其电阻阻值与温度的变化关系如图乙所示,闭合开关S,当R的温度等于20 ℃时,电流表的示数I1＝2 mA；当电流表的示数I2＝3.6 mA时,热敏电阻的温度大约是 （　　） A.60 ℃ B.80 ℃ C.100 ℃ D.120 ℃ 解析　在20 ℃时,E＝（Rg＋R1）I1,得Rg＝500 Ω,在温度为t时,E＝（Rg＋R2）I2,代入数据得R2＝2 000 Ω,从题图乙中可以看出t＝120 ℃,故选D。 答案　D 4.如图所示为某商厦安装的光敏电阻自动计数器的示意图。其中A是光源，B是由电动机带动匀速运行的自动扶梯，R1是半导体材料制成的光敏电阻（光照越强，电阻越小），R2是定值电阻。每当扶梯上有顾客经过，挡住由A射向R1的光线时，计数器就计数一次。此计数器的基本工作原理是（　　） A.当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压 B.不论有无光照射R1，信号处理系统获得的电压都不变 C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次 D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次 解析　由电路图可知，R1、R2串联，当有光照射R1时，R1的阻值较小，总阻值较小，由欧姆定律可得电路中电流较大，因R2为定值电阻，则R2两端的电压较大，当光线被挡住时，R1的阻值变大，总阻值变大，由欧姆定律可得电路中电流减小，则R2两端的电压减小，故A、B错误；当光线被挡住时，R1的阻值变大，则R2两端的电压减小，信号处理系统每获得一次低电压就计数一次，故C正确，D错误。 答案　C 5.传感器是一种采集信息的重要器件。如图所示为测定压力的电容式传感器,A为固定电极,B为可动电极,组成一个电容大小可变的电容器。可动电极两端固定,当待测压力施加在可动电极上时,可动电极发生形变,从而改变了电容器的电容。现将此电容式传感器与零刻度线在中央的灵敏电流表和电源串联成闭合电路,已知电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏转。当待测压力增大时 （　　） A.电容器的电容将减小 B.灵敏电流表指针在正中央零刻度线处 C.灵敏电流表指针向左偏转 D.灵敏电流表指针向右偏转 解析　压力增大,则电容器两极板的间距变小,电容变大。因为电容器两极板间电压不变,所以电容器要充电,电流从正接线柱到负接线柱流过电流表,指针向右偏。 答案　D 6.在输液时,药液有时会从针口流出体外,为了及时发现,设计了一种报警装置,电路如图所示。M是贴在针口处的传感器,接触到药液时其电阻RM发生变化,导致S两端的电压U增大,装置发出警报,此时（　　） A.RM变大,且R越大,U增大越明显 B.RM变大,且R越小,U增大越明显 C.RM变小,且R越大,U增大越明显 D.RM变小,且R越小,U增大越明显 解析　当RM变大时,回路的总电阻R总变大,根据I总＝,得干路中的电流减小,S两端的电压U＝I总RS减小,故A、B错误；根据I总＝,得干路中的电流增大,S两端的电压U＝I总RS增大,而且R越大,RM变小时,对回路的总电阻变化的影响越明显,故C正确,D错误。 答案　C 7.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计算电流的比例及强弱,准确算出触摸点的位置。由以上信息可知 （　　） A.电容式触摸屏的内部有两个电容器的电极板 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.如果用戴了手套的手触摸屏幕,照样能引起触摸屏动作 解析　电容触摸屏在原理上把人体当作电容器元件的一个极板,把导体层当作另一个极板,故A错误；手指与屏的接触面积越大,即电容器两个极板的正对面积越大,电容越大,B正确,C错误；如果戴了手套或手持不导电的物体触摸时没有反应,这是因为手与导体层距离较大,不能引起导体层电场的变化,D错误。 答案　B 8.关于电子秤中应变式力传感器说法正确的是 （　　） A.应变片是由导体材料制成的 B.当应变片的表面拉伸时,其电阻变大,反之变小 C.传感器输出的是金属架上的电压 D.外力越大,输出的电压差值也越大 解析　应变片多用半导体材料制成,应变片的表面拉伸时,其电阻变大,反之变小,故A错误,B正确；传感器输出的是应变片上、下两表面的电压差,并且随着外力的增大,输出的电压差值也增大,故C错误,D正确。 答案　BD 9.为了锻炼身体，小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计，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处于a端。下列关于这个电路的说法正确的是（不计电源内阻）（　　） A.小明在电路中连入R0的目的是保护电路 B.当拉环不受力时，闭合开关后电流表的示数为0.1 A C.当拉力为400 N时，电流表的指针指在0.3 A处 D.当拉力为400 N时，电流表的指针指在0.5 A处 解析　若电路无电阻R0，且金属滑片P在b端时，回路短路会损坏电源，R0的存在使电路不出现短路，因此A正确；当拉环不受力时，滑片P在a端，由闭合电路欧姆定律得I＝＝0.1 A，故B正确；拉力为400 N时，由F＝kΔx，则Δx＝4 cm，对应的电阻为RaP＝20 Ω，R1接入电路的电阻RPb＝5 Ω，由闭合电路欧姆定律得I′＝＝0.3 A，故D错误，C正确。 答案　ABC 10.陶瓷传感器可以用于分析气体中酒精蒸气的含量,常用于检查驾驶人员是否饮酒。如果司机饮酒,血液中的酒精成分会扩散到呼出的气体中,呼出的气体喷向传感器,传感器的电阻将随酒精蒸气浓度发生相应的变化,从而可以检测血液中的酒精含量。某种陶瓷气敏传感器的电导（即电阻的倒数）与气体中酒精蒸气浓度C的关系如图甲所示。现用其组成如图乙所示的检测电路（电源内阻为r,电流表内阻不计）。对此,以下说法正确的是 （　　） A.此陶瓷气敏传感器的电阻与气体中酒精蒸气的浓度成正比 B.气体中酒精蒸气的浓度越大,则电流表指针偏转的角度越大 C.气体中酒精蒸气的浓度越大,则电池的路端电压越小,电阻R0两端的电压也越小 D.电源用的时间长了,内阻变大,则会导致测得的酒精浓度偏低 解析　由题图甲可知,该传感器的电导与酒精蒸气的浓度成正比,则传感器的电阻与气体中酒精蒸气的浓度成反比,故A错误；因为酒精蒸气的浓度C越大,传感器的电阻越小,电路中的电流越大,电流表指针偏转的角度越大,路端电压越小,R0两端电压越大,故B正确,C错误；若电源用的时间长了,内阻变大,则所测酒精浓度相同时总电阻变大,电流变小,测量的C变小,故D正确。 答案　BD 二、非选择题：本题共5小题,共54分。 11.（6分）如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图。门打开时,红外光敏电阻R3受到红外线照射,电阻减小；门关闭时会遮蔽红外线源（红外线源没有画出）。经实际试验,灯的亮、灭能反映门的开、关状态。 （1）门打开时R2两端的电压U2与门关闭时相比　　（选填“增大”或“减小”）。 （2）门打开时　　（选填“红”或“绿”）灯亮。 解析　当门打开时,R3受红外线照射,电阻减小,从而使并联电路总电阻减小,总电流增大,R2两端的电压减小,通过R2的电流减小,故通过R3的电流增大,线圈产生的磁场增强,吸引衔铁,红灯亮。 答案　（1）减小　（2）红 12.（10分）如图甲所示为某一热敏电阻（电阻值随温度的改变而改变，且对温度很敏感）的I­U关系曲线图。 （1）为了通过测量得到如图甲所示I­U关系的完整曲线，在图乙（a）和（b）两个电路中应选择的是________；简要说明理由：____________________________。（电源电动势为9 V，内阻不计，滑动变阻器的阻值为0～100 Ω） （2）在如图丙所示的电路中，电源电压恒为9 V，电流表示数为70 mA，定值电阻R1＝ 250 Ω。由热敏电阻的I­U关系曲线可知，热敏电阻两端的电压为________ V；电阻R2的阻值为________ Ω。 （3）举出一个可以应用热敏电阻的例子____________。 解析　（1）由于I­U关系图线中电压从0调至所需电压，电压调节范围大，所以应选择（a）。 （2）由题图知，R2与热敏电阻串联后与R1并联接在9 V电源上，总电流I＝70 mA，R1＝ 250 Ω。设通过热敏电阻的电流为I2，通过R1的电流为I1，则I＝I1＋I2，故I2＝I－I1＝mA＝34 mA。由图像查得34 mA对应的电压为5.5 V，R2两端电压U2＝（9－5.5） V＝3.5 V，所以R2＝≈102.9 Ω。 （3）应用热敏电阻的例子很多，如恒温箱，自动孵化器，热敏温度计等。 答案　（1）（a）　电路电压可从0调到所需电压，电压调节范围大　（2）5.5　102.9（102.9～103.1均可） （3）恒温箱（或自动孵化器，热敏温度计等） 13.（10分）有一种角速度计可以测量航天器的转动角速度，其结构如图所示，角速度计固定在待测装置上，元件A可在光滑杆上滑动，静止时，电压输出刚好为零。当装置绕竖直轴OO′转动时，元件A在光滑杆上发生位移并输出电压信号，成为航天器制导系统的信息源。已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k，自然长度为l0，电源的电动势为E，内阻不计，滑动变阻器B总长度为l，当系统以角速度ω转动时，求U与ω的函数关系。 解析　当系统以角速度ω转动时，对元件A，弹簧弹力提供做圆周运动的向心力为kx＝mω2（l0＋x）， 电压表的示数U＝E， 解得U与ω的函数关系为U＝， 当x＝l时，U＝E，ω＝， 上式成立的条件是：ω≤。 答案　U＝ 14.（14分）某同学设计了一种测定风力的装置,其原理如图所示,迎风板与一轻弹簧的一端N相连,穿在光滑的金属杆上。弹簧是由绝缘材料制成的,其劲度系数k＝1 300 N/m,自然长度L0＝ 0.5 m,均匀金属杆用电阻率较大的合金制成,迎风板面积S＝0.5 m2,工作时总是正对着风吹来的方向。电路中左端导线与金属杆的M端相连,右端导线接N点并可随迎风板在金属杆上滑动,且与金属杆接触良好。限流电阻的阻值R＝1 Ω,电源的电动势E＝12 V,内阻r＝0.5 Ω。合上开关,没有风时,弹簧长度为原长度,电压表的示数U1＝3.0 V。如果某时刻由于风吹使迎风板向左压缩弹簧,电压表示数为U2＝2.0 V,求： （1）金属杆单位长度的电阻； （2）此时作用在迎风板上的风力。 解析　（1）设无风时金属杆接入电路的电阻为R1,风吹时接入电路的电阻为R2, 由题意得无风时U1＝R1, 得R1＝＝ Ω＝0.5 Ω, 设金属杆单位长度的电阻为R', 则R'＝×1 m＝1 Ω。 （2）有风时U2＝R2, 得R2＝＝ Ω＝0.3 Ω, 此时,弹簧长度L＝＝ m＝0.3 m, 压缩量x＝L0－L＝0.5 m－0.3 m＝0.2 m, 则此时风力F＝kx＝1 300×0.2 N＝260 N。 答案　（1）1 Ω　（2）260 N 15.（14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,图丙是其工作原理图：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,左端电路电流表示数为多少？ （3）比赛时,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？ 解析　（1）当开关S1、S2、S3都闭合,压力传感器R压板上无人时,由图像知,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＝＝＝0.12 W。 （2）当有人抢跑时,对传感器的压力为900 N,由图像知,此时压力传感器的电阻为R'＝100 Ω, 所以左端电路电流表示数为I'＝＝＝0.06 A。 （3）由题意知,红灯不亮时的电路最小电流为 Imin＝30 mA＝0.03 A, 此时的电路最大电阻为R总＝＝＝200 Ω, 由图像知,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。 答案　（1）0.12 W　（2）0.06 A　（3）150 Ω 学科网（北京）股份有限公司 $$