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作业与测评word（人教版）

物理　选择性必修·第二册[人教版]作业与测评 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。在每个小题给出的四个选项中，第1～7小题，只有一个选项符合题意；第8～10小题，有多个选项符合题意，全部选对的得5分，选对而不全的得3分，错选或不选的得0分) 1．很多汽车的车窗有防夹手功能，车窗在关闭过程中碰到障碍时会停止并打开，实现该功能可能使用的传感器是(　　) A．生物传感器 B．气体传感器 C．温度传感器 D．压力传感器 答案：D 解析：汽车的车窗有防夹手功能，在关闭过程中碰到障碍时会停止并打开，这是因为使用了压力传感器，故D正确，A、B、C错误。 2．下列有关传感器的叙述中正确的是(　　) A．自动门上安装了红外线传感器，红外线传感器就是温度传感器 B．干簧管是将磁感应强度转换为电阻的一种元件 C．与热敏电阻相比，金属热电阻的灵敏度差，测温范围小 D．压电晶体的敏感元件就是转换元件 答案：D 解析：自动门上安装了红外线传感器，红外线传感器是依靠物体发出的红外线来工作的，与温度传感器不同，故A错误；干簧管能够感知磁场，相当于开关，故B错误；与热敏电阻相比，金属热电阻的灵敏度差，测温范围大，故C错误；压电晶体的敏感元件同时兼为转换元件，故D正确。 3．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、灭情况的确能反映门的开、关状态。门打开时两灯的发光情况及R2两端电压UR2与门关闭时相比(　　) A．红灯亮，UR2变大 B．绿灯亮，UR2变大 C．绿灯亮，UR2变小 D．红灯亮，UR2变小 答案：D 解析：当门打开时，R3受到红外线照射，电阻减小，从而使并联电路电阻减小，控制电路的总电阻减小，电路中总电流I增大，R2两端电压UR2＝U并＝E－I(R1＋r)减小，R2中电流IR2＝减小，所以R3中电流IR3＝I－IR2增大，线圈产生的磁场增强，把衔铁吸下，红灯亮，故D正确。 4．传感器是智能社会的基础元件。如图为电容式位移传感器的示意图，观测电容C的变化即可知道物体位移x的变化，表示该传感器的灵敏度。电容器极板和电介质板长度均为L，位移x的测量范围为－≤x≤，下列说法正确的是(　　) A．该传感器也能测量物体的加速度 B．电容器的电容变大，物体向＋x方向运动 C．电介质板的相对介电常数越大，传感器灵敏度越高 D．电容器的板间电压越大，传感器灵敏度越高 答案：C 解析：该传感器可测量物体的位移x，但无法测量运动时间，则无法测量物体的速度和加速度，故A错误；根据平行板电容器电容的决定式C＝可知，电容器的电容变大，说明电容器极板间的电介质板长度增加，则物体向－x方向运动，故B错误；电介质板的相对介电常数εr越大，电介质板移动相同的位移，电容器的电容的变化量ΔC越大，传感器灵敏度越高，故C正确；电容器的板间电压变化时，电容器的电容不发生变化，则传感器灵敏度不变，故D错误。 5．有款市面上流行的指针式恒温“温奶器”，如图是其内部调温模块的工作示意图，温度的敏感元件是双金属片。则关于该装置，下列说法正确的是(　　) A．传感器工作的一般流程：电信息→敏感元件→处理电路→非电信息 B．电源刚接通时上下触点是接触的 C．在温度升高时，下层金属的膨胀大于上层金属 D．若要提高温奶的温度，则应使调温旋钮上移一些 答案：B 解析：传感器工作的一般流程：非电信息→敏感元件→处理电路→电信息，故A错误；电源刚接通时“温奶器”内温度较低，电热丝应加热，则上下触点应接触，温度升高到某值时应停止加热保持“恒温”，则上、下触点断开，所以温度升高时上层金属的膨胀大于下层金属，以使双金属片向下弯曲，故B正确，C错误；若要提高温奶的温度，则温度更高时上、下触点才分开，这时双金属片向下弯曲更大，则应使调温旋钮下移一些，故D错误。 6.如图所示是一种测定竖直加速度的装置，A、B间的电压U恒定，R1为定值电阻，滑块左端与滑动变阻器R2的滑动头连接，下端与竖直轻弹簧连接。将该装置固定在竖直方向运动的电梯中，电梯静止时滑动头在变阻器的中间位置，理想电压表示数为1.5 V。下列说法正确的是(　　) A．电压表示数为1.2 V时，电梯加速度方向向上 B．电压表示数为1.8 V时，电梯一定向上加速 C．加速度增大时，电压表示数一定增大 D．将电压表的表盘改成表示加速度的表盘，刻度仍均匀 答案：D 解析：由题意可知，电梯静止时滑动头在变阻器的中间位置，理想电压表示数为1.5 V，当电压表示数为1.2 V时，R2的滑动头与静止时相比向上移动，则弹簧变长，滑块所受合力方向向下，则电梯加速度方向向下，A错误；当电压表示数为1.8 V时，R2的滑动头与静止时相比向下移动，则弹簧变短，滑块所受合力方向向上，则电梯加速度方向向上，电梯可能向上加速，也可能向下减速，B错误；若电梯的加速度向下，且加速度增大时，R2的滑动头将向上移动，电压表示数会减小，C错误；开始时，由平衡条件有kx0＝mg，以加速度向上为正方向，则kx－mg＝ma，即k(x－x0)＝ma，kΔx＝ma，而Δx与理想电压表所并联部分的R2电阻的变化ΔR2成正比，且ΔU＝IΔR2，可知电压表读数的变化量与加速度成正比，则将电压表的表盘改成表示加速度的表盘，刻度仍均匀，D正确。 7．如图是煤气泄漏报警装置原理图，R1是对煤气敏感的半导体元件，其电阻随煤气浓度的升高而减小，R2是一可变电阻，在a、c间接12 V的恒定电压，当煤气浓度升高到一定值时报警器发出警告，则(　　) A．减小R2的阻值，b点的电势升高 B．当煤气的浓度升高时，b点的电势降低 C．适当减小a、c间的电压，可以提高报警器的灵敏度 D．调节R2的阻值能改变报警器启动时煤气浓度的临界值 答案：D 解析：由电路图可知，R1与R2串联，b、c之间的电压等于可变电阻R2两端的电压，Ubc＝IR2＝R2＝，则当减小R2的阻值时，b点的电势降低，A错误。当煤气的浓度升高时，R1的阻值减小，根据电路知识可知b、c之间的电压升高，所以b点电势升高，B错误。Ubc即加在三极管基极b上的电压，它的大小决定了三极管是否导通，从而决定了报警器是否报警，所以要提高报警器的灵敏度，即煤气浓度更低、R1更大时，Ubc就能达到使三极管导通的临界值U0；由分压关系可知，可以采用的方法有：增大电源的电动势(a、c之间的电压)、增大可变电阻R2的阻值，故C错误，D正确。 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，如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中产生两脉冲电流，如图乙所示，即视为“闯红灯”，电子眼拍照，则红灯亮时(　　) A．车轮停在感应线上时，电阻R上有恒定电流 B．车轮经过感应线的过程中，电容器先充电后放电 C．车轮经过感应线的过程中，电阻R上的电流先增大后减小 D．汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，仍会被电子眼拍照 答案：BD 解析：车轮停在感应线上时，压力不变，则电压不变，电容器不充电也不放电，电阻R上没有电流，A错误；由题图乙可知，当车轮经过感应线的过程中，电流先增大后减小，然后再反向增大减小，故电容器先充电后放电，B正确，C错误；若汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，则前轮两次压线，仍形成两个脉冲电流，符合拍照条件，汽车仍会被电子眼拍照，D正确。 9．温度传感器是空调温度自动调节的重要元件，温度传感器中热敏电阻阻值随温度升高而减小。如图所示电路，热敏电阻和一个电阻串联后，加5 V电压，分压后的采样电压加到CPU输入端，通常采用25 ℃时的阻值为标称值，对应CPU的采样电压(输入电压)设计为电源电压的一半，温度变化，则CPU端输入电压U也随之变化。CPU根据电压的变化决定空调的工作状态，则(　　) A．当环境温度升高时，CPU的输入电压增大 B．当环境温度降低时，CPU的输入电压增大 C．若取26 ℃时的阻值为标称值，R的阻值应该调整增大 D．若取26 ℃时的阻值为标称值，R的阻值应该调整减小 答案：BD 解析：环境温度升高时，热敏电阻阻值减小，根据串联分压的规律可知热敏电阻分压减小，则CPU的输入电压减小，故A错误；环境温度降低时，热敏电阻阻值增大，同理可知热敏电阻分压增大，CPU的输入电压增大，故B正确；若取26 ℃时的阻值为标称值，则热敏电阻的标称值减小，为了满足CPU的采样电压(输入电压)设计为电源电压的一半，所以R的阻值也应该调整减小，故C错误，D正确。 10．如图甲所示，某同学设计用一霍尔元件来判断检测电流I0(方向如图甲所示)是否变化。检测电流在磁芯中产生磁场，其磁感应强度与I0成正比，给载流子为电子的霍尔元件(该霍尔元件三条边长分别为a、b、c，如图乙所示)通一恒定工作电流I(方向向右)，通过右侧电压表的示数可以判断检测电流I0的大小是否发生变化，则下列说法正确的是(　　) A．M端电势较高 B．如果仅将检测电流反向，电压表的正负接线柱无须反接 C．电压表示数跟检测电流的大小有关，跟工作电流的大小也有关 D．在工作电流不变时，电压表示数跟检测电流的大小有关，跟霍尔元件c边的长度也有关 答案：AC 解析：由安培定则可知，检测电流在线圈中产生的磁场向下，所以霍尔元件处在竖直向上的磁场中，由左手定则可知，电子应垂直纸面向外偏转，所以M端电势较高，A正确；若仅将检测电流反向，则霍尔元件处磁场反向，电子所受洛伦兹力反向，电子偏转反向，所以电压表的正负接线柱要反接，B错误；磁芯中的磁感应强度与I0成正比，即B＝kI0，又有eBv＝e，而I＝neSv＝nebcv，联立解得U＝，则电压表示数跟检测电流的大小有关，跟工作电流的大小也有关，跟c边的长度无关，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16分) 11．(5分)热敏电阻阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是用热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器原理图。 (1)由图甲可知，热敏电阻R1的阻值随着温度的升高而________(选填“增大”或“减小”)。 (2)闭合开关S1、S2，为了使温度过高时报警器铃响，开关c应接在________(选填“a”或“b”)处。 (3)保持开关S1、S2闭合，若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向________(选填“左”或“右”)移动。 答案：(1)减小　(2)a　(3)左 解析：(1)由图甲可知，温度升高时热敏电阻阻值减小。 (2)当温度过高时，热敏电阻R1的阻值减小，左边控制电路的电流增大，电磁铁磁性变强，吸附衔铁，衔铁接触a点，即要使温度过高时报警器铃响，则c应接在a处。 (3)恰好报警时的控制电流一定，要实现温度更高时报警器才响铃，即热敏电阻阻值更小时才将报警器电路接通，则应将滑动变阻器连入电路的阻值调大，即滑片P向左移动。 12．(11分)国家有关酒驾的裁量标准如下： 驾驶员血液酒精含量 ≥20 mg/100 mL，≤80 mg/100 mL >80 mg/100 mL 行为定性 饮酒驾驶 醉酒驾驶 如图甲所示，酒精检测仪是交警执法时通过呼气来检测司机饮酒多少的检测工具。现有一个酒精检测仪的主要元件“酒精气体传感器”，其阻值随气体酒精浓度变化的情况如下表。 R(Ω) 60 40 30 20 10 气体酒精浓度(mg/m3) 0 50 90 140 360 (1)请根据上表数据在图乙中描绘出“R­气体酒精浓度”的关系曲线。 (2)已知人体血液酒精浓度是所呼出气体酒精浓度的2200倍。若某司机小明经过气体酒精浓度测试，显示呼气酒精浓度为120 mg/m3，则司机小明应该是属于________驾驶，此时R的阻值为________ Ω。 (3)现有一个电源，电动势为4.5 V，内阻约为1 Ω；电压表V，量程为3 V，内阻约为2000 Ω；电流表A，量程为3 A，内阻约为5 Ω；滑动变阻器R1，阻值0～50 Ω；滑动变阻器R2，阻值0～500 Ω；开关、导线若干。 若要用以上器材和上述“酒精气体传感器”组成一个测定气体酒精浓度的电路。该电路只使用一个电表，且正常工作时，被测气体酒精浓度若为0，则电表指针满偏。且该电路可以在电源老化，内阻变大的情况下，通过调节变阻器，保证被测气体酒精浓度为0时，电表指针仍能满偏。则该电路应选用的电表是________(填字母代号，下同)，应选用的滑动变阻器是________。请在虚线框中完成设计电路图。 答案：(1)图见解析图1 (2)饮酒　24(22～26均可) (3)V　R1　图见解析图2 解析：(1)根据表中数据描绘出“R­气体酒精浓度”的关系曲线如图1所示。 (2)司机小明经过气体酒精浓度测试，显示呼气酒精浓度为120 mg/m3＝＝，人体血液酒精浓度为2200×＝，由裁量标准可知司机小明属于饮酒驾驶；由图线可知，此时R的阻值为24 Ω。 (3)要求气体酒精浓度为0时电表示数最大，即电路的总电阻最大时电表示数最大，则电表只能选用电压表V，且并联在传感器两端。滑动变阻器与传感器串联，根据＝，且传感器阻值0<R≤60 Ω，电压表的量程为3 V，可得滑动变阻器接入电路中的最大阻值为29 Ω，则应选用的滑动变阻器是R1。电路如图2所示。 三、论述计算题(本题共3小题，共34分。解答中应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤，只写出最后答案的不给分) 13．(10分)如图所示，A是浮子，B是金属触头，C为住宅楼房顶上的蓄水池，M是带电源的水泵(两接线端导通便可向蓄水池中注水)，D是弹簧，E是衔铁，F是电磁铁，S1、S2分别为触头开关，S为开关，J为电池。请利用上述材料，设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置。 (1)连接电路图； (2)简述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)。 答案：(1)图见解析　(2)见解析 解析：(1)连接电路图如图所示。 (2)按电路图连接好电路后，合上开关S，自动注水装置开始工作，若此时蓄水池中水位过低，A位置过低，S1断开，电磁铁F无磁性，在弹簧D作用下S2闭合，水泵工作，水位升高，当A上升使B接触到S1时，左侧电路(控制电路)工作，电磁铁F产生磁性，吸下衔铁E，使S2断开，M不工作，停止注水。当水位下降使B与S1脱离时，控制电路停止工作，F无磁性，D拉动E，使S2接通，M重新开始工作，如此往复。 14．(10分)如图是电感式转速传感器的结构原理图。 (1)请分析并说明它的工作原理； (2)若频率计测得的频率为f，请写出如图转速计转速n的表达式。 答案：(1)见解析　(2)n＝ 解析：(1)电感式转速传感器工作时，齿盘上的齿顶和齿槽随着被测轴的转动交替经过线圈，使穿过感应线圈的磁通量发生变化，感应线圈中产生周期性变化的电动势，频率计记录单位时间内感应电动势周期性变化的次数。 (2)设齿轮的齿数为a，由图可知a＝12，单位时间内经过线圈处的齿数N＝na，而N＝f，联立可得n＝＝。 15．(14分)有一种测量压力的电子秤，其原理如图甲所示。E是内阻不计、电动势为6 V的电源，R0是一个阻值为400 Ω的限流电阻，G是由理想电流表(量程足够大)改装成的指针式测力显示器，R是压敏电阻，其阻值可随压力大小变化而改变，其关系如下表所示(F≤600 N)。C是一个用来保护显示器的电容器，秤台的重力忽略不计。 压力F/N 0 50 100 150 200 250 300 … 电阻R/Ω 300 280 260 240 220 200 180 … (1)在图乙坐标系中画出电阻R随压力F变化的图线，并归纳出电阻R随压力F变化的函数关系式。 (2)写出压力随电流变化的关系式，说明该测力显示器的刻度是否均匀。 (3)若电容器的耐压值为5 V，该电子秤的量程是多少牛顿？ 答案：(1)图见解析　R＝－0.4F＋300(Ω)(F≤600 N) (2)F＝－＋1750(N)　刻度不均匀 (3)550 N 解析：(1)根据表中数据，选定标度，在坐标系中描点连线即可得到压敏电阻R的阻值随压力F的大小变化的图像，如图所示。 根据R的阻值随压力F的大小变化的图像，可知压敏电阻R的阻值与压力F成一次函数关系，设R＝kF＋b，代入数据可得b＝300 Ω，k＝－0.4 Ω/N，可得R＝－0.4F＋300(Ω)(F≤600 N)。 (2)根据闭合电路欧姆定律得I＝ 联立并代入数据得F＝－＋1750(N) 由F≤600 N得I≤ A。 由此可知，压力和电流不成一次函数关系，故该测力显示器的刻度是不均匀的。 (3)由题意可知，压力增大时，压敏电阻阻值减小，则R0两端电压增大，当R0两端的电压等于电容器的耐压值U0＝5 V时，电子秤量程最大。 此时电流表示数Imax＝＝ A< A 根据F＝－＋1750(N) 可得该电子秤的量程Fmax＝550 N。 11 学科网（北京）股份有限公司 $