第五章 传感器 水平测评+知识网络构建-【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word（人教版）

物理选择性必修第二册RJ 多学科网书城四 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.2XXk.c0m● 您身边的互联网+教辅专家 第五章 知识网络构建 定义：将非电学量转换为圆电学量或电路的☑通断的元件 种类：☒物理传感器、☑化学传感器、因生物传感器 识 组成部分：囵敏感元件、☑转换元件 盛 执行机构 应用模式：传感器→信号调整与转换电路 显小器（指针式电表或数宁屏）》 计算机系统 传感器 常用传感器的工作原兕及应用：光传感器（光敏电阻）、温度传感器（金属热电阻和热敏 电阻）、力传感器（电阻应变片）、电容式传感器、霍尔元作 利用传感器制作简 门窗防盗报警装置 单的自动控制装置 光控开关 ·独家授权侵权必究。 物理　选择性必修 第二册 RJ 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．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：B 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。 2.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：D 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。 3.某同学设计的家庭电路保护装置如图所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成。当右侧线圈L2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路。仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法错误的是(　　) A．家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零 B．家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁通量不变 C．家庭电路发生短路时，开关K将被电磁铁吸起 D．地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起 答案：C 解析：家庭电路正常工作时，由于L1中零线、火线的电流方向相反，大小相等、绕线相同，则产生的磁场方向相反，磁感应强度大小相同，即L1中的磁通量为零，所以L2中的磁通量为零，A正确；当家庭电路中使用的用电器增多时，L1中火线和零线的电流仍然大小相等、方向相反，L2中的磁通量保持为零，不变，B正确；家庭电路发生短路时，火线和零线的电流同时增大，总磁通量仍然为零，因此开关K不会被电磁铁吸起，C错误；地面上的人接触火线发生触电时，通过火线和零线的电流大小不再相等，线圈L1的磁场变化引起L2中的磁通量变化，产生感应电流，电磁铁吸起K，切断家庭电路，D正确。本题选说法错误的，故选C。 4．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，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。在图中表示一氧化碳浓度c与电压表示数U0之间关系的图像中正确的是(　　) 答案：D 解析：根据闭合电路欧姆定律，有U0＝IR0＝，一氧化碳浓度c增大，氧化锡传感器的电导增大，电阻R传减小，U0增大，可知一氧化碳浓度c与电压表示数U0之间是正相关的关系，但不是正比关系，故D正确。 5.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：B 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＝，可知电容C变大，而U＝，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＝，可知电容C变小，而U＝，Q不变，则电压增大，即U>U0，故B正确，D错误。 6.如图所示是霍尔元件的示意图，一块通电的铜板放在磁场中，板前、后面垂直于磁场，板内通有如图方向的电流，a、b是铜板上、下边缘的两点，则(　　) A．电势φa<φb B．霍尔元件不能测定磁场的方向 C．电流增大时，|φa－φb|增大 D．其他条件不变，将铜板改为NaCl水溶液时，电势结果仍然一样 答案：C 解析：铜板中的自由电荷是电子，电子定向移动的方向与电流方向相反，由左手定则可判断出电子因受洛伦兹力作用向b侧偏转，所以φa>φb，A错误；根据电流的方向以及φa和φb的大小关系，利用霍尔元件可以判定磁场的方向，B错误；因霍尔电压表达式|φa－φb|＝k，所以电流增大时，|φa－φb|增大，C正确；若将铜板改为NaCl水溶液，溶液中的正、负离子均向b侧偏转，|φa－φb|＝0，即不产生霍尔效应，故D错误。 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，其中线圈内阻可忽略，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 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：C 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＝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。 8.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(　　) 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 答案：AD 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。 9．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。下列说法中正确的是(　　) A．R3的阻值为40 kΩ B．装料时，R0的阻值逐渐变大，Uba的值逐渐变小 C．拉力变大时应变片电阻阻值变大，Uba传感器的示数也变大 D．应变片的作用是把物体形变这个力学量转换为电压这个电学量 答案：AC 解析：没装料时，根据串并联电路规律可得R1两端的电压为：UR1＝×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＝×12 V＝8 V，解得R3＝40 kΩ，A正确；装料时，由于R1所在支路电流恒定，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，B错误，C正确；应变片的作用是把物体形变这个力学量转换为电阻这个电学量，D错误。 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：BC 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。 第Ⅱ卷(非选择题，共50分) 二、实验题(本题共2小题，共14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)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) 答案：(1)红　(2)400 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＝，当控制电路中的电流为0.06 A时，电路中的总电阻为R总＝＝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G＝mg得：此时车的质量为m＝＝ kg＝400 kg。 12．(9分)如图所示，一阻值随温度升高而减小的热敏电阻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。 (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＝________________。 答案：(1)图见解析 (2)④电阻箱的读数R0　⑤仍为I0　电阻箱的读数R1　⑥R0－R1＋150 Ω 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＝500 Ω，大于RT的最小测量值150 Ω与表内阻之和，因此将热敏电阻、电阻箱、电流表和电源、开关串联形成测量电路，如图所示。 (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。 三、作图、论述计算题(本题共3小题，共36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．(8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：见解析 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。 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)x＝　(2)U＝ 解析：(1)由圆周运动规律知 kx＝mω2R＝mω2(l0＋x) 即kx－mω2x＝mω2l0 所以x＝。 (2)由串联电路的规律知＝ 则U＝E＝。 15．(16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？ 答案：(1)见解析　(2)12∶1 (3)不能，原因见解析 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；加热到温度刚高于80 ℃时，S2自动断开，S1仍闭合；饭煮熟后，温度升高到103 ℃时，开关S1自动断开，黄灯亮，电饭煲处于保温状态。由于散热，待温度降至刚低于70 ℃时，S2自动闭合，电饭煲重新加热，温度刚高于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 则＝＝＝。 (3)如果不闭合开关S1，开关S2刚开始是闭合的，R1被短路，电饭煲处于加热状态，功率为P1；当温度上升到刚高于80 ℃时，S2自动断开，电饭煲处于保温状态，功率降为P2；温度降低到刚低于70 ℃，S2自动闭合……可知电饭煲内温度只能在70～80 ℃之间变化，不能将饭煮熟。 1 学科网（北京）股份有限公司 $