【同步】高中物理教科版(2019)选择性必修2：第5章传感器测评卷习题

第五章测评卷一、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.如图所示,酒精检测仪是用来检测人体是否摄入酒精及摄入酒精多少程度的仪器。酒精检测仪的核心传感器是 ()A.声音传感器B.温度传感器C.压力传感器D.电化学传感器2.关于传感器,下列说法正确的是()A.太阳能自动控制路灯一般用热敏电阻作为敏感元件B.电饭锅中的温度传感器其主要元件是感温铁氧体C.话筒是一种常用的声音传感器,其作用是将电信号转化为声信号D.干簧管可以起到开关作用,是一种能够感知温度的传感器3.(2023广东广州高二期末)传感器是采集信息的一种重要元件,一种电容式压力传感器如图所示,当待测压力作用于可动电极时,使它发生形变,从而改变传感器的电容。若电流从灵敏电流计“+”接线柱流进时指针向右偏,从“-”接线柱流进时向左偏。当待测压力F突然增大向上压可动电极膜片时,下列说法正确的是()A.电容器的电容将减小B.M点的电势比N点的低C.灵敏电流计指针向左偏转D.若电流计示数稳定且不为零,说明压力F不再变化4.(2023河南高二期末)电梯超载时会自动报警,它用到的传感器可能和下列哪个装置用到的传感器相同 ()A.红外报警装置 B.门窗防盗报警装置C.电子自动称重装置 D.湿手自动烘干装置5.某汽车的加速度传感器的俯视图如图所示。金属块左、右侧分别连接电介质、轻质弹簧,弹簧右端与电容器固定在外框上,金属块可带动电介质相对于外框左右移动(不能上下移动),电容器与电源连接,并串联计算机的信号采集器。关于该传感器的说法正确的是()A.汽车保持静止时,电容器不带电B.汽车静止时与直线运动时,电容器的电容可能相同C.汽车由静止突然向右加速,电路中有逆时针方向的电流D.汽车向右做匀加速运动过程中,电路中始终有顺时针方向的电流6.如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻为r,L为小灯泡(其灯丝电阻可以视为不变),R1和R2为定值电阻,R3为光敏电阻,其阻值的大小随照射光强度的增强而减小。闭合开关S后,将照射光强度增强,则()A.电路的路端电压将减小B.灯泡L将变暗C.R1两端的电压将减小D.内阻r上发热的功率将减小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()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.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9.(2023云南昆明高二期末)教学楼过道灯是由声传感器和光传感器同时控制的,在夜晚天黑时,用力拍掌灯就亮了,而白天怎样用力拍掌灯都不能亮,其原理图如图所示。下列关于声传感器和光传感器的说法正确的是()A.白天有光照时,光传感器自动闭合B.夜晚无光照时,光传感器自动闭合C.有人走动或发出声音时,声传感器自动闭合D.无人走动或没有声音时,声传感器自动闭合10.某实验小组的同学设计的拉力传感器原理图如图所示,将劲度系数k=100N/cm的弹簧的一端固定在竖直墙壁上,另一端与导电性能良好的刚性拉杆相连接,在拉杆上固定一滑片。已知电路中定值电阻R0=5Ω,R1是阻值为25Ω、长度为5cm且分布均匀的电阻丝,忽略滑片与电阻丝之间的摩擦,理想电流表允许的最大电流为0.6A,电源电动势E=3V(内阻不计)。若拉杆不受力时滑片位于电阻丝的最左端,则下列说法正确的是()A.定值电阻的作用是限流B.当滑片位于电阻丝的最左端时,电流表的示数为0.1AC.如果在拉杆上施加大小为400N的力,电流表的示数为0.3AD.如果在拉杆上施加大小为400N的力,电流表的示数为0.5A三、非选择题:本题共5小题,共54分。11.(8分)(2023河北石家庄高二期末)某同学在做“利用传感器制作简单的自动控制装置”的实验中,所用热敏电阻RT的阻值随温度升高而减小,由该热敏电阻RT作为传感器制作的自动报警器原理图如图所示,其中左侧为控制电路,右侧为工作电路。(1)为了使温度过高时报警器响铃,c应接在(选填“a”或“b”)处。

(2)若要使启动报警的温度降低,应将滑动变阻器的滑片P向(选填“上”或“下”)移动。

(3)如果报警器达到报警温度时,无论如何调节滑动变阻器的滑片P都不能使报警器响铃,检查后发现电路连接完好,各电路元件完好,则造成电路不能正常工作的原因可能是。

A.控制电路中电源E1的电动势过小B.继电器中线圈匝数过多C.继电器中弹簧劲度系数过大12.(8分)(2023辽宁高二期末)某研究性学习小组利用压力敏感元件制作电子秤。已知压力敏感元件在压力作用下发生微小形变,它的电阻也随之发生变化,其阻值R随压力F变化的图像如图甲所示,其中R0=15Ω,图像斜率k=1.4Ω/N。小组同学按图乙所示电路制作了一个简易电子秤(秤盘质量不计),电路中电源电动势E=3.5V,内阻r=10Ω,电流表量程为100mA,内阻未知,g取10m/s2。实验步骤如下:步骤1:秤盘上不放重物时,闭合开关,调节滑动变阻器,使电流表指针满偏。步骤2:秤盘上放置已知重力的重物G,保持滑动变阻器电阻接入电阻不变;读出此时电流表示数I。步骤3:换用不同已知质量的重物,记录每一个质量值对应的电流值。步骤4:将电流表刻度盘改装为质量刻度盘。(1)当电流表半偏时,压力敏感元件大小为。(结果保留2位有效数字)

(2)若电流表示数为20mA,则待测重物质量为m=kg。(结果保留2位有效数字)

(3)若电源电动势不变,内阻变大,其他条件不变,用这台电子秤称重前,进行了步骤1操作,则测量结果(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

13.(12分)有一种自动控制装置,利用热敏电阻作为传感器,借助电磁开关可实现自动监控温度,电磁开关的内部结构如图甲所示,1、2接线柱之间是励磁线圈,3、4两接线柱分别与触点和弹簧片连接,当励磁线圈中电流等于或大于50mA时,电磁铁吸合衔铁,弹簧片和触点连接,3、4接通;电流小于50mA时,3、4断开,正常情况下,环境温度保持在24℃左右,为使环境温度高于40℃时报警器开始报警,请根据以下提供的器材完成自控监测温度的电路。热敏电阻(其电阻随温度变化的图像如图乙所示);电磁开关(线圈电阻为150Ω);电源(电动势为20V,内阻可忽略);定值电阻(R1=200Ω,R2=210Ω);报警器;开关;导线若干。甲乙丙(1)由图乙可知,此热敏电阻的阻值随温度按(选填“线性”或“非线性”)规律变化。

(2)图丙中定值电阻应选择(选填“R1”或“R2”)。

(3)请在图丙中补充完整电路图。(4)若考虑保护电阻和励磁线圈电阻因长时间通电导致升温,而使电阻值增加,则报警将会(选填“提前”“延后”或“不变”)。

14.(12分)电子秤是市场上一种常见的测量工具,为广大的顾客带来了很大的方便。一台指针式电子秤的结构图如图所示,电路中有一内阻可忽略、电动势为6V的电源,R0=300Ω,G为理想电流表改装而成的电子秤显示仪,R为阻值随压力增大而减小的压力敏感元件,其电阻的大小随压力的变化关系如下表所示,C为耐压值为5V的电容器,忽略秤盘的重力,重力加速度g取10m/s2。压力F/N050100150200250300…电阻R/Ω300280260240220200180…(1)压力敏感元件的阻值与其所受压力的关系式是什么?(2)该电子秤测量的质量最多为多少?(3)利用上述的电子秤测量物体时,该显示仪上所对应的测量物的质量的刻度是否均匀?15.(14分)图甲是利用位移传感器测量速度的示意图,这个系统由发射器A与接收器B组成,发射器A能够发射红外线和超声波信号,接收器B可以接收红外线和超声波信号。发射器A固定在被测小车上,接收器B固定在桌面上。测量时A向B同时发射一个红外线脉冲和一个超声波脉冲(即持续时间很短的一束红外线和一束超声波)。已知实验时超声波传播速度约为300m/s,红外线的传播速度约为3.0×108m/s(由于A、B距离近,红外线传播速度太快,红外线的传播时间可以忽略)。请根据以上数据和下表数据回答下面的问题:红外线接收时刻/s0.10.20.30.40.5超声波接收时刻/s0.1010.2020.3030.4040.505(1)小车是靠近接收器还是远离接收器?请说明理由。(2)估算小车在0.4s末的瞬时速度大小。(3)如图乙所示,若发射和接收装置都安装在C上,信号由C发出,经匀速运动的小车D反射后再由C接收,这样只利用超声波信号就可以测量小车速度了。若第一个信号发射时刻为0.3s末,经过0.004s接收到反馈信号;然后在第0.5s发射了第二个信号,再经过0.006s接收到反馈信号。请根据超声波传播速度和这4个数据计算小车的速度。甲乙参考答案第五章测评卷1.D解析酒精检测仪是把人体摄入的酒精浓度这个物理量转化为电学量的传感器,属于电化学传感器,故选D。2.B解析太阳能自动控制路灯一般用光敏电阻作为敏感元件,故A错误;电饭锅中的温度传感器其主要元件是感温铁氧体,故B正确;动圈式话筒是通电导体在磁场中切割磁感线,产生变化的电流,把声音信号转化为电信号,故C错误;干簧管是一种能够感知磁场的传感器,能够把磁信号转变为电路的通断,故D错误。3.B解析由题可知,电容器的电压不变,当待测压力突然增大向上压膜片,由C=εrS4πkd,可知d减小,电容增大,A错误;由题可知,电容器的电压不变,若F向上压膜片,电容增大,电荷量增大,电容器充电,电路中形成逆时针方向的电流,则灵敏电流计指针向右偏,电流从N流向M,故M4.C解析红外报警装置是将光信号转化为电信号,故A错误;门窗防盗报警装置一般用干簧管磁性开关,将磁信号转化为电信号,故B错误;电子自动称重装置是将压力信号转化为电信号,故C正确;湿手自动烘干装置是通过改变传感器的电容,控制芯片启动电机和加热装置,故D错误。5.B解析汽车保持静止时,Q=CU,电容器带电,故A错误;汽车静止时与匀速直线运动时,电容器的电容相同,故B正确;当汽车由静止突然向右匀加速,根据牛顿第二定律可知,弹力大小不变,弹簧长度不变,则电容器电介质相对于电容器向左运动,由C=εr6.A解析光照增强,光敏电阻的阻值减小,电路中的总电阻减小,由闭合电路欧姆定律可得,电路中总电流增大,所以电源内部的电压增大,所以路端电压将减小;内阻r上发热的功率将增大,R1两端的电压增大,故A正确,C、D错误。因路端电压减小,同时R1两端的电压增大,故并联电路部分电压减小,则流过R2的电流减小,而总电流增大,所以通过灯泡L的电流增大,所以灯泡L变亮,故B错误。7.A解析U0=IR0=ER0R0+R+R传8.AC解析当声波使膜片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A、C正确。9.BC解析天亮时光控开关自动断开,天黑时闭合,有人走动发出声音,声控开关闭合,两个开关同时闭合,灯就会自动亮,所以两个开关应同时符合闭合条件,故选B、C。10.ABC解析开关闭合后,电源外电路的总阻值不能为零,接入R0的目的是保护电路,A正确;当滑片位于电阻丝的最左端时,电路中的电流I1=ER0+R1=0.1A,所以B正确;当拉杆上施加大小为400N的力时,由F=kx得x=4cm,则接入电路的R1的阻值R1'=R1L·(L-x)=5Ω,此时电流表示数I11.答案(1)b(2)上(3)AC解析(1)温度升高时热敏电阻阻值减小,控制电路中的电流增大,则电磁铁的磁性增强,将衔铁吸引下来与下方b处接通,故c应接在b处。(2)若要使启动报警的温度降低些,相当于增大临界状态的热敏电阻阻值,为了仍等于电磁铁将衔铁吸引下来的电流临界值,则需要减小滑动变阻器的阻值,即滑片P向上移动。(3)报警器响铃的条件是控制电路中的电流大于等于临界值,控制电路中电源E1的电动势过小,无论如何调节滑动变阻器的滑片P都无法使电路中的电流升高到临界值,故A正确;继电器中线圈匝数过多,使电磁铁磁性更强,更容易使报警器报警,故B错误;继电器中弹簧劲度系数过大时,电磁铁在到达临界条件的电流时,引力无法将衔铁吸引下来,故C正确。12.答案(1)50Ω(2)10(3)不变解析(1)设电流表内阻为Rg,当电流表满偏时电路中电流为Im=100mA,由闭合电路欧姆定律得电路中总电阻为R滑+Rg+r+R0=E由题意可求得R滑+Rg=10Ω当电流半偏时,电路中总电阻为R滑+Rg+r+Rx=E可求得Rx=50Ω。(2)若电流表示数为I=20mA由闭合电路欧姆定律可求得R滑+Rg+r+R1=EI=求得此时压力敏感元件阻值为R1=155Ω因为R1=R0+kmg根据题目中条件求得m=10kg。(3)若电源电动势不变,内阻变大,其他条件不变,则电路调零即不放重物让电流表满偏时总电阻没有发生变化,则测量结果不变。13.答案(1)非线性(2)R2(3)见解析(4)延后解