【物理】2020届一轮复习人教版 传感器 作业

【物理】2020届一轮复习人教版 传感器 作业

‎2020届一轮复习人教版 传感器 作业 一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48分。在每题给出的四个选项中，有的只有一项符合题目要求，有的有多项符合题目要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的不得分)‎ ‎1．(多选)用多用电表的同一挡位测量热敏电阻和光敏电阻的阻值时，下列说法正确的是(　　)‎ A．测热敏电阻时，温度越高，多用电表指针偏角越大 B．测热敏电阻时，温度越高，多用电表指针偏角越小 C．测光敏电阻时，光照越弱，多用电表指针偏角越大 D．测光敏电阻时，光照越弱，多用电表指针偏角越小 答案　AD 解析　根据热敏电阻的特点，温度越高电阻越小，多用表指针偏角越大，A对B错；由光敏电阻的特点，光照越弱，电阻越大，偏角越小，C错D对。‎ ‎2．(多选)关于电饭锅，下列说法正确的是(　　)‎ A．电饭锅中的感温磁体是一种半导体材料 B．开始煮饭时，压下开关按钮的原因是克服弹簧的弹力使永磁体一端上升，上下触点接触接通电路 C．用电饭锅煮米饭，饭熟后水分被大米吸收，锅底的温度会升高，当升高到“居里温度”时，电饭锅会自动断电 D．用电饭锅烧水，水沸腾后也可以自动断电 答案　BC 解析　电饭锅中使用的温度传感器元件是感温磁体，它是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的，选项A错误；用电饭锅烧水，水沸腾时的温度为‎100 ℃‎，达不到居里温度，不能自动断电，选项D错误；根据电饭锅的结构和工作原理可知，选项B、C正确。‎ ‎3．(多选)如图所示为一种自动跳闸的闸刀开关，O是转轴，A是绝缘手柄，C是闸刀卡口，M、N接电源线，闸刀处于垂直纸面向里、磁感应强度B＝1 T的匀强磁场中，C、O间距离为‎10 cm。当磁场力为0.2 N时，闸刀开关会自动跳开。则要使闸刀开关能跳开，CO中通过的电流的大小和方向为(　　)‎ A．电流方向C→D　　　 B．电流方向O→C C．电流大小为‎2 A D．电流大小为‎1 A 答案　BC 解析　只有当OC受到向左的安培力时，闸门才能自动跳开，根据左手定则知电流的方向是O→C，OC所受安培力大小为F安＝BIL＝1×I×0.1 N＝0.2 N，从而解得I＝‎2 A。‎ ‎4．酒精测试仪用于机动车驾驶人员是否酗酒及其他严禁酒后作业人员的现场检测。它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器，酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化，在如图所示的电路中，不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻，这样，电压表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系，如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么，电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的是(　　)‎ A．U越大，表示c越大，c与U成正比 B．U越大，表示c越大，但是c与U不成正比 C．U越大，表示c越小，c与U成反比 D．U越大，表示c越小，但是c与U不成反比 答案　B 解析　题目给出了传感器电阻r′的倒数与浓度c是正比关系，即＝kc，电压表示数U＝＝＝，可以看出，U与c的关系不是正比关系，但U随c增大而增大，B选项正确。‎ ‎5．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　题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动控制，由此可见两个传感器一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇自动工作只需光照和温度一个满足条件即可，A、C、D错误，B正确。‎ ‎6.如图所示，用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是(　　)‎ A．严重污染时，LDR是高电阻 B．轻度污染时，LDR是高电阻 C．无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定 D．该仪器不会受到白天光照的影响 答案　A 解析　严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，A对，B错；LDR由半导体材料制成，受光照影响电阻会发生变化，C错；白天自然光强度较强，会对LDR造成影响，D错。‎ ‎7．如图所示是家用电冰箱的压缩启动装置的电路。其中的运行绕组是电冰箱在工作时电动机定子，由于家用交流电是单相的，启动时必须靠启动绕组的帮助才能产生旋转磁场。在启动绕组的支路中串联有一个PTC元件。这是一种以钛酸钡为主要材料的热敏电阻器，电流流过PTC元件，元件发热，它的电阻率随温度升高而发生显著变化，当电动机转动正常以后，PTC元件温度较高，电阻很大，启动绕组电流很小，以下判断正确的是(　　)‎ ‎①电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少　②电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少　③电冰箱启动后，启动绕组功率不变，运行绕组功率是变化的　④电冰箱启动后，启动绕组功率是变化的，运行绕组功率不变 A．①③　　　　　　 B．②④‎ C．①④ D．②③‎ 答案　B 解析　启动时，由于PTC元件温度低电阻小，故耗电多，②正确。启动后，随PTC元件温度升高，PTC元件电阻增大，通过启动绕组的电流减小，故启动绕组功率是变化的，而运行绕组电压不变，故功率不变，则④正确。故选B。‎ ‎8．(多选)为锻炼身体，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读数为‎0.1 A C．拉力为400 N时，电流表指针指在‎0.3 A处 D．当拉力为400 N时，电流表指针指在‎0.5 A处 答案　ABC 解析　若电路无电阻R0，且金属滑片P在b端时，回路短路损坏电源，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，C正确。‎ ‎9．为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计。该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左右两端开口。在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为B的匀强磁场，在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极。污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U。若用Q表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是(　　)‎ A．若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高 B．若污水中负离子较多，则前表面比后表面电势高 C．污水中离子浓度越高电压表的示数将越大 D．污水流量Q与U成正比，与a、b无关 答案　D 解析　由左手定则可以判断出正离子较多时，正离子受到的洛伦兹力使其向后表面偏转聚集而导致后表面电势升高，同理负离子较多时，负离子向前表面偏转聚集而导致前表面电势低，故A、B错误。设前、后表面间的最高电压为U，则＝qvB，所以U＝vBb，由此可知U与离子浓度无关，故C错，因Q＝vbc，而U＝vBb，所以Q＝Uc/B，D正确。‎ ‎10．(多选)[2015·北京海淀高三期末]某同学设计了一个探究电容器所带电荷量与电容器两极间电压关系的实验，实验电路如图甲所示，其中P为电流传感器，V为电阻很大的电压表。实验时，先将开关S1闭合，单刀双掷开关S2掷向a，调节滑动变阻器的滑动头到某位置使电容器C充电，当电路达到稳定后记录理想电压表的示数。再迅速将开关S2掷向b，使电容器放电。电流传感器P将电容器充、放电过程中的电流数据传送给计算机，在计算机上可显示出电流i随时间t变化的图象如图乙所示。然后改变滑动变阻器滑动头的位置，重复上述步骤，记录多组电流随时间变化的图象和电压表的示数。对于这个实验过程和由图象及数据所得出的结果，下列说法中正确的是(　　)‎ A．流过电流传感器P的充电电流和放电电流方向相同 B．图乙中的第①段(充电阶段)电流曲线与横轴所围图形的面积表示电容器充电结束时所带的电荷量 C．电容器充电结束时所带电荷量随电容器充电结束时两极间电压变化的关系图象应为一条过原点的倾斜直线 D．电容器充电结束时所带电荷量与滑动变阻器滑动头的位置无关 答案　BC 解析　流过电流传感器P的充电电流和放电电流方向相反，选项A错误；图乙中的第①段(充电阶段)电流曲线与横轴所围图形的面积表示电容器充电结束时所带的电荷量，选项B正确；由C＝可知，电容器充电结束时所带电荷量随电容器充电结束时两极间电压变化的关系图象应为一条过原点的倾斜直线，选项C正确；电容器充电结束时所带电荷量与滑动变阻器滑动头的位置有关，选项D错误。‎ ‎11．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，显示仪表的指针就与一氧化碳浓度有了对应关系，观察仪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，请判断，电压表示数U0与一氧化碳浓度C之间的对应关系正确的是图中的(　　)‎ 答案　B 解析　当一氧化碳浓度增大时，传感器的电导增大，电阻R传减小，由闭合电路欧姆定律知，电路中的电流I＝增大，电压表的示数U0＝IR0＝增大，故选项C、D错误。由题图乙知，传感器的电导与浓度成正比，传感器的电阻R传与浓度成反比，但电压表的示数U0与传感器的电阻R传并不成正比关系，所以，电压表示数U0与一氧化碳浓度之间的关系图线并不是直线，选项A错误，选项B正确。‎ ‎12．为了保证汽车刹车时车轮不被抱死，使车轮仍有一定的滚动而不是纯滑动，这样既可以提高刹车效果，又不使车轮失去控制，为此需要一种测定车轮是否还在转动的装置，这种检测装置称为电磁脉冲传感器，如果该装置检测出车轮不再转动，它就会自动放松刹车机构，让车轮仍保持转动状态，这就是ABS防抱死系统。如图是电磁脉冲传感器示意图，B是一根永久磁体，外面绕有线圈，它们的左端靠近一个铁质齿轮A，齿轮与转动的车轮是同步的，则以下说法正确的是(　　)‎ A．车轮转动时，由于齿轮在永久磁体的磁场中切割磁感线，产生感应电流 B．车轮转动时，由于齿轮被磁化使线圈中的磁场发生变化，产生感应电流 C．车轮转速减慢时，输出电流的周期变小，电流强度也变小 D．车轮转速减慢时，输出电流的周期变大，电流强度也变大 答案　B 解析　此传感器是利用线圈中磁通量的变化产生感应电流的原理来实现检测的。当车轮转动时，带动齿轮转动，相当于将铁块插入和拔出线圈，从而使线圈中磁通量发生变化而产生感应电流，故选项A错误，B正确；当车轮转速减慢时，线圈中磁通量的变化减慢，产生的感应电流的周期变大，由E＝n可知，电流强度变小，故选项C、D错误。‎ 二、填空题(本题共3小题，13题6分，14题9分，15题12分，共27分)‎ ‎13．如图所示是一种自动控制水温的装置，加热电路的两个端点P、Q应接在触头a、b之间还是c、d之间？______；热敏电阻两端M、N应接在哪两个触头之间？‎ ‎________________________________________________________________________‎ 答案　a、b之间　e、f之间 解析　P、Q应该分别接在触头a、b之间，同时，M、N应该分别接e、f，其工作原理是：当水温升高时，热敏电阻阻值减小，电磁铁中电流增大，吸引力增大，使衔铁被吸下，a、b之间断开，加热装置停止加热；当水温降低到一定程度时，热敏电阻阻值增大，电磁铁中电流减小，吸引力减小，衔铁被弹簧拉上去，使a、b之间连接，加热装置开始加热，从而实现水温控制。‎ ‎14．利用DIS(数字化信息处理系统)探究手摇发电机(如图所示)的线圈产生的交变电流。‎ 实验步骤为：‎ ‎①将电压传感器接入数据采集器；‎ ‎②电压传感器的测量夹与发电机的输出端并联；‎ ‎③点击“数据采集设置”设定“采样点时间间隔”；‎ ‎④缓慢摇动发电机模型的手柄，观察工作界面上的信号。‎ ‎(1)屏上出现的电压波形如图所示，从图中可以看出，手摇发电机产生的电压波形不是正弦波，其中原因是____________________________。(写出一条即可)‎ ‎(2)研究交变电流的波形，发现在用手摇动发电机转把的2 min内屏上出现了61个向上的“尖峰”，则交变电流的平均周期为T＝________s；如果发电机手摇大轮的半径是转子小轮半径的2倍，则手摇轮转动的平均角速度ω＝________rad/s。‎ 答案　(1)转子不是在均匀磁场中转动；或手转动发电机的转速不均匀　(2)2　0.5π 解析　(1)只有线圈在匀强磁场中匀速转动时，产生的交变电流才是标准的正弦式电流，手摇发电机的磁场是由条形磁铁产生的，所以不是匀强磁场；由于是手摇转动，转速难以保证恒定。‎ ‎(2)屏上每出现一次尖峰，就代表经过了一个周期，2分钟内屏上出现了61个向上的尖峰，表明周期T＝ s＝2 s，大轮角速度等于小轮角速度的一半，所以大轮角速度ω＝×＝0.5π rad/s。‎ ‎15.如图所示，一热敏电阻RT放在控温容器M内；Ⓐ为毫安表，量程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95～‎20 ℃‎之间的多个温度下RT的阻值。‎ ‎(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线。‎ ‎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初值，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＝________。‎ ‎⑦逐步降低T1的数值，直至‎20 ℃‎为止；在每一温度下重复步骤⑤⑥。‎ 答案　(1)实验原理电路图如图所示 ‎(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　由于本实验只有一只可以测量和观察的直流电流表，所以应该用“替代法”，考虑到用电流表观察，则应保证电路中电阻不变，因此将热敏电阻、电阻箱和电流表串联形成测量电路。由于热敏电阻RT的阻值在‎95 ℃‎和‎20 ℃‎时是已知的，如果热敏电阻的初始温度为‎95 ℃‎，则电流表示数不变时，电阻箱和热敏电阻的总阻值应保持为150 Ω和电阻箱的初值之和不变；如果热敏电阻的初始温度为‎20 ℃‎，则电流表示数不变时，电阻箱和热敏电阻的总阻值应保持为550 Ω和电阻箱的初值之和不变。因此可以测量任意温度下热敏电阻RT的阻值。‎ 三、计算题(共35分。 解答应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤)‎ ‎16．(11分)图甲是利用激光测转速的原理示意图，图中圆盘可绕固定轴转动，盘边缘侧面上有一小段涂有很薄的反光材料。当盘转到某一位置时，接收器可以接收到反光涂层所反射的激光束，并将所收到的光信号转变成电信号，在示波器显示屏上显示出来(如图乙所示)。‎ ‎(1)若图乙中示波器显示屏横向的每大格(5小格)对应的时间为5.00×10－2 s，则圆盘的转速为多少？(保留3位有效数字)‎ ‎(2)若测得圆盘直径为‎10.20 cm，则可求得圆盘侧面反光涂层的长度为多少？(保留3位有效数字)‎ 答案　(1)4.55 r/s　(2)‎‎1.46 cm 解析　(1)由题图乙可知一个周期对应4.4大格，‎ 所以 T＝4.4×5.00×10－2 s＝0.22 s 故转速n＝≈4.55 r/s。‎ ‎(2)由题图乙可知反光时间 t＝0.2×5.00×10－2 s＝1.00×10－2 s 由l＝·t可得涂层长度 l＝×1.00×10－‎2 cm≈‎1.46 cm。‎ ‎17．(12分)将金属块m用压缩的轻质弹簧卡在一个矩形箱中，如图所示。在箱的上顶板和下底板装有压力传感器，箱可以沿竖直轨道运动，当箱以a＝‎2.0 m/s2的加速度竖直向上做匀减速运动时，上顶板的压力传感器显示的压力为6.0 N，下底板的压力传感器显示的压力为10.0 N。(g取‎10 m/s2)‎ ‎(1)若上顶板压力传感器的示数是下底板压力传感器示数的一半，试判断箱的运动情况。‎ ‎(2)要使上顶板压力传感器的示数为0，箱沿竖直方向运动的情况可能是怎样的？‎ 答案　见解析 解析　(1)选金属块为研究对象，当金属块以a＝‎2 m/s2的加速度竖直向上做匀减速运动时，受力分析如图所示，受三个力作用，上顶板的压力FN＝6.0 N，弹簧的弹力F＝10.0 N和重力mg，加速度为a，方向向下。据牛顿第二定律列方程mg＋FN－F＝ma。求得金属块的质量m＝‎0.5 kg。当上顶板压力传感器的示数是下底板压力传感器示数的一半时，设弹簧的弹力仍是F，则上顶板压力为。设箱和金属块的加速度为a1，有mg＋－F＝ma1，解得a1＝0，表明箱处于静止状态或匀速直线运动状态。‎ ‎(2)当上顶板的压力恰好等于0时，有mg－F＝ma2。‎ 解得a2＝－‎10.0 m/s2，“－”号表示加速度方向向上。‎ 若箱和金属块竖直向上的加速度大于‎10 m/s2，弹簧将被进一步压缩，金属块要离开上顶板，上顶板压力传感器的示数也为0。只要竖直向上的加速度大于或等于‎10 m/s2，不论箱是向上加速运动还是向下减速运动，上顶板压力传感器的示数都为0。‎ ‎18.(12分)利用霍尔效应制作的霍尔元件以及传感器，广泛应用于测量和自动控制等领域。如图，将一金属或半导体薄片垂直置于磁场B中，在薄片的两个侧面a、b间通以电流I时，另外两侧c、f间产生电势差，这一现象称为霍尔效应。其原因是薄片中的移动电荷受洛伦兹力的作用向一侧偏转和积累，于是c、f间建立起电场EH，同时产生霍尔电势差UH。‎ 当电荷所受的电场力与洛伦兹力处处相等时，EH和UH达到稳定值，UH的大小与I和B以及霍尔元件厚度d之间满足关系式UH＝RH，其中比例系数RH称为霍尔系数，仅与材料性质有关。‎ ‎(1)设半导体薄片的宽度(c、f间距)为l，请写出UH和EH的关系式；若半导体材料是电子导电的，请判断图中c、f哪端的电势高。‎ ‎(2)已知半导体薄片内单位体积中导电的电子数为n，电子的电荷量为e，请导出霍尔系数RH的表达式。(通过横截面积S的电流I＝nevS，其中v是导电电子定向移动的平均速率)‎ 答案　(1)UH＝EHl；c端电势高 ‎(2)RH＝ 解析　(1)UH＝EHl；c端电势高。‎ ‎(2)由UH＝RH 得RH＝UH＝EHl 当电场力与洛伦兹力相等时eEH＝evB 得EH＝vB 又I＝nevS 得RH＝vBl＝vl＝＝。‎