第5章 章末检测(五) 传感器-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第二册同步导学案配套PPT课件（粤教版）

章末检测(五)　传感器 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 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,只有一项是符合题目要求的。 1.(2024·佛山一中高二期中)传感器的种类多种多样,其性能也各不相同,空调机在室内温度达到设定的温度后,会自动停止工作,空调机内使用的传感器是(　　) A.生物传感器　　　　　 B.压电传感器 C.温度传感器 D.光电传感器 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 空调机根据温度调节工作状态,所以内部使用了温度传感器,C正确,A、B、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 2.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(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 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 答案:B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 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,选项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,故电容越大,选项B正确,选项C错误;如果戴了手套触摸屏幕,屏幕没有反应,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,选项D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 3.如图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,电流较小;称物体时,在压力作用下使滑片P下滑,滑动变阻器的有效电阻变小,电流变大,这样把重力值转换成电信号,将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值。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,则所称重物的重力G与电流大小I的关系为(　　) A.G=(2-)kL B.G=(-1)kL C.G=(+1)kL D.G=kIL A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 设称重物时,在压力作用下使P下滑x,则G=kx①,滑动变阻器有效电阻R=R0-R0②,由闭合电路欧姆定律得I=③,由①②③得G=(2-)·kL,故选项A正确,B、C、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 4.如图所示为用电源、电磁继电器、滑动变阻器、绿灯泡、小电铃、负温度系数半导体热敏电阻、开关、导线等组成的一个高温报警器电路图,要求正常情况绿灯亮,有险情时电铃报警,则图中的甲、乙、丙分别是(　　) A.小电铃、半导体热敏电阻、绿灯泡 B.半导体热敏电阻、小电铃、绿灯泡 C.绿灯泡、小电铃、半导体热敏电阻 D.半导体热敏电阻、绿灯泡、小电铃 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 甲的回路应为控制电路,甲应是半导体热敏电阻;温度高时,热敏电阻阻值小,电路中电流大,继电器工作,触头被吸下,乙被接通应报警,即乙是小电铃;平常时,温度低,热敏电阻阻值大,电路中电流小,丙导通,丙应是绿灯泡,故B正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 5.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,在升降机中将重物放在压敏电阻上,压敏电阻接在如图甲所示的电路中,电流表示数变化如图乙所示,某同学根据电流表的示数变化情况推断升降机的运动状态。下列说法正确的是(　　) A.0~t1时间内,升降机一定匀速运动 B.0~t1时间内,升降机可能匀减速上升 C.t1~t2时间内,升降机可能匀速上升 D.t1~t2时间内,升降机可能匀加速上升 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 在0~t1时间内,电流恒定,表明压敏电阻的阻值恒定,则重物对压敏电阻压力恒定,则升降机可能处于静止、匀速运动或匀变速直线运动状态,故A选项错误,B选项正确。t1~t2时间内,电流在增加,表明压敏电阻的阻值在减小,则重物对压敏电阻的压力在增大,故不可能做匀速运动或匀加速运动,C、D选项错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 6.(2024·江门台山第一中学高二校考)某同学利用压力传感器设计水库水位预警系统。如图所示,电路中的R1和R2,其中一个是定值电阻,另一个是压力传感器(可等效为可变电阻)。水位越高,对压力传感器的压力越大,压力传感器的电阻值越小。当a、b两端的电压大于U1时,控制开关自动开启低水位预警;当a、b两端的电压小于U2(U1、U2为定值)时,控制开关自动开启高水位预警。下列说法正确的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 A.U1<U2 B.R2为压力传感器 C.若定值电阻的阻值越大,开启高水位预警时的水位越低 D.若定值电阻的阻值越大,开启低水位预警时的水位越高 答案:C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 根据题意可知水位越高,对压力传感器的压力越大,压力传感器的电阻值越小。控制开关自动开启低水位预警,此时水位较低,压力传感器的电阻值较大,由于a、b两端此时的电压大于U1,根据串联电路电压分布特点可知,R1为压力传感器,故高水位时压力传感器的电阻值越小,R1压力传感器两端电压变小, U1>U2,A、B错误;根据闭合电路欧姆定律可知,a、b两端的电压为U=R1=,若定值电阻的阻值越大,当开启低水位预警时a、b两端的电压大于U1时,R1压力传感器阻值需要越大,则水位越低;当a、b两端的电压小于U2时开启高水位预警时,R1压力传感器阻值需要越大,则水位越低,C正确,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 7.氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测,它的电阻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电阻。这样,理想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,其技术资料中给出的是电导(即电阻的倒数)—CO浓度曲线,如图乙所示。在下列表示一氧化碳浓度c与电压表示数U0之间关系的图像中正确的是(　　) A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 U0=IR0=,一氧化碳浓度c增大,电导增大,电阻R传减小,U0增大,但不是正比关系,选项A正确,B、C、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 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,有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。 8.如图是测试热敏电阻Rt的实验电路图,滑动变阻器已调节到某一适当的值。实验中观察到当温度升高时灯更亮。对于实验现象分析正确的有(　　) A.温度升高,电路中的电流减小 B.温度升高,电路中的电流增大 C.温度升高,热敏电阻的阻值增大 D.温度升高,热敏电阻的阻值减小 BD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 当温度升高时,电路中的热敏电阻的阻值减小,由闭合电路欧姆定律可知,电路中的电流增大,导致灯泡变亮,故B、D正确,A、C错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 9.电容式话筒的保真度比动圈式话筒好,其工作原理如图所示,Q是绝缘支架,薄金属膜片M和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电,当声波使膜片M振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流。当膜片M向右运动的过程中有(　　) A.电容变大 B.电容变小 C.导线AB中有向左的电流 D.导线AB中有向右的电流 AC 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 当声波使膜片M向右运动时,电容器极板间距减小,电容变大,电荷量Q=UC变大,电源要继续给电容器充电,所以导线AB中有向左的电流,故选项A、C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 10.如图为自动售货机投币系统。它可以自动识别硬币。以下关于自动售货机投币系统工作原理的说法正确的是(　　) A.当硬币投入自动售货机的投币口时,硬币被挡住,暂时停止在A处,以便让机器测出电阻,如果电阻值在机器内计算机芯片所认可的范围内,支持物A下降,硬币沿斜面滚下 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 B.当硬币通过两块磁铁时,硬币内产生了涡流,从而受到安培力的作用,导致速度减小 C.当硬币通过磁铁后,传感器测出它的速度,并且与存储在计算机中的标准值比较,如果速度适当,开关B就打开,硬币被接受 D.当硬币通过磁铁后,传感器测出它的速度,并且与存储在计算机中的标准值比较,如果速度过快,开关B就打开,硬币被接受 答案:ABC 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 当硬币投入自动售货机的投币口时,硬币被挡住,暂时停止在A处,以便让机器测出电阻。如果电阻值在机器内计算机芯片所认可的范围内,支持物A下降,硬币沿斜面滚下,当硬币通过两块磁铁时,硬币内产生了涡流,从而受到安培力的作用,导致速度减小,当硬币通过磁铁后,传感器测出它的速度,并且与存储在计算机中的标准值比较,如果速度适当,开关B就打开,硬币被接受,否则开关C打开,硬币进入拒绝通道。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 三、非选择题:本题共5小题,共54分。 11.(7分)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,要求温度低于某一值时,电炉丝自动通电供热,高于另一值时,又可以自动断电,画出电路图并说明工作过程。 答案:见解析 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 电路图如图所示,闭合开关S1,当温度低于设定值时,热敏电阻阻值较大,通过电磁继电器的电流不能使它工作,S2接通,电炉丝加热。当温度达到设定值时,热敏电阻阻值减小到某值,通过电磁继电器的电流达到工作电流,S2断开,电炉丝断电,停止加热。当温度低于设定值时,又重复前述过程。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 12.(9分)如图所示,图甲为热敏电阻的R-t图像,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,继电器的电阻为100 Ω。当线圈的电流大于或等于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=9.0 V,内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (1)应该把恒温箱内的加热器接在　　　　　　(选填“A、B端”或“C、D端”)。  (1)当温度较低时,热敏电阻的阻值较大,线圈中的电流较小,继电器的衔铁在上方,恒温箱的加热器处于工作状态,恒温箱内温度升高,热敏电阻R的阻值随之变小,线圈中电流增大,衔铁被吸下来,加热器断开,故恒温箱内的加热器应该接在A、B端。 A、B端 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (2)如果要使恒温箱内的温度保持在50 ℃,可变电阻R'的阻值应调节为 　　　　Ω。  (2)要使恒温箱内的温度保持在50 ℃,即50 ℃时线圈内的电流为I= 20 mA。由闭合电路欧姆定律得I=,式中r为继电器的电阻,解得R+R'+r=450 Ω。由题图甲可知,50 ℃时热敏电阻的阻值为90 Ω,所以R'=450 Ω-R-r=260 Ω。 260 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 13.(11分)用压敏电阻可制成压力传感器,它受到的压力越大,输出的电压就越大,用它可以对汽车称重。经实测,某压力传感器输出电压与压力的关系如下表: 压力/(×105 N) 0 1.2 2.4 3.6 4.8 6.0 输出电压/V 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 将该压力传感器水平放置,并和电阻箱R'(最大电阻999.9 Ω)及部分其他器材组成了如图甲所示的电路,闭合开关S,当线圈中的电流I≥20 mA时,电磁继电器的衔铁被吸合。已知继电器线圈的电阻为25 Ω,继电器控制电路的电压由传感器的输出电压U提供。(假设U不受继电器电路影响) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (1)根据表格中数据,请在图乙给定的坐标系中描绘出压力传感器的输出电压随压力变化的图像。 答案:(1)图见解析 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (1)横坐标表示压力,纵坐标表示输出电压,根据表中数据,所作图像如图所示。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (2)当压力增大到一定程度时,电铃报警,说明汽车超载,则图甲中电铃应接在　　　　(选填“A、B”或“C、D”)两端。  (2)当压力增大到一定程度时,压力传感器输出电压达到一定数值,线圈中电流大于或等于20 mA时,电磁继电器的衔铁被吸合,C、D间的电路就会被接通,因此电铃应接在C、D之间。 C、D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (3)为使车重G≥3.0×105 N时启动报警系统,则电阻箱R'的电阻应调节到 　　　　Ω。  (3)由图可知当FN=3.0×105 N时U=2.5 V,而使电磁继电器的衔铁被吸合的最小电流为0.02 A,故电路总电阻R总= Ω=125 Ω,所以电阻箱接入电路的阻值R'=R总-R线=125 Ω-25 Ω=100 Ω。 100 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (4)通过调整电阻箱R'的阻值,可以调整报警车重,能使该装置报警的最小车重为　　　 　N。  (4)因为使电磁继电器衔铁吸合的最小电流I=20 mA=0.02 A,继电器线圈的电阻R线=25 Ω,所以要使该装置报警,压力传感器输出的电压最小值为U最小=IR线=0.02 A×25 Ω=0.5 V,由图像可知,输出电压为0.5 V时,对应的压力为6.0×104 N。 6.0×104 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 14.(12分)某同学设计了一种“自动限重器”,如图甲所示。该装置由控制电路和工作电路组成,其主要元件有电磁继电器、货物装载机(实质是电动机)、压敏电阻R1和滑动变阻器R2等。压敏电阻R1的阻值随压力F变化的关系如图乙所示。当货架承受的压力达到限定值时,电磁继电器会自动控制货物装载机停止向货架上摆放物品。已知控制电路的电源电动势E=6 V,r=2 Ω,电磁继电器线圈的阻值忽略不计。请你解答下列问题: 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (1)用笔画线代替导线将图甲的电路连接完整。 答案:(1)图见解析 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (1)连接电路如图所示。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (2)当电磁继电器线圈中的电流大小为15 mA时,衔铁被吸下。若货架能承受的最大压力为800 N,则所选滑动变阻器R2的最大阻值至少为 　　　　Ω。  318 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 (2)R1与R2串联,I1=I2=Imax=15 mA=0.015 A 根据闭合电路的欧姆定律得R1+R2+r= 由图乙可知,F=800 N时,R1=80 Ω 所以R2=-r-R1=(-2-80)Ω=318 Ω 即滑动变阻器R2的最大阻值至少为318 Ω。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 15.(15分)在开展研究性学习的过程中,某同学设计了一个利用线圈测量转轮转速的装置(如图所示)。在轮子的边缘贴上一小磁铁,将小线圈靠近轮边放置,接上数据采集器和电脑(DIS实验器材)。如果小线圈的面积为S,匝数为N,回路的总电阻为R,小磁铁附近的磁感应强度最大值为B。实验发现,轮子转过θ弧度时,小线圈处的磁感应强度由最大值变为零。他说:“只要测得此过程感应电流的平均值I,就可以求得转轮转速的大小。”请你运用所学的知识推证该同学的判断是否正确,如果正确,请推导出转轮转速的表达式;如果不正确,请说明理由。 答案:见解析 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 14 15 设转轮的角速度、转速分别为ω和n。轮子转过θ角度所需时间为Δt,穿过线圈的磁通量的变化量为ΔΦ,线圈中产生的感应电动势的平均值为E。根据法拉第电磁感应定律有E== 由闭合电路欧姆定律得,感应电流的平均值I= 又Δt=,n=,解得n= 由解得的结果看,该同学的判断是正确的。 $$