2021版高考物理一轮复习考点集训四十五第3节实验：传感器的简单应用含解析

2021版高考物理一轮复习考点集训四十五第3节实验：传感器的简单应用含解析

考点集训(四十五)　第3节　实验：传感器的简单应用 ‎1．下列情况中，应用了温度传感器的是(　　)‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ A．商场里的自动玻璃门 B．夜间自动打开的路灯 C．夜间有声音时就亮的楼梯灯 D．自动恒温冰箱 ‎[解析] 商场里的自动玻璃门是应用了红外线传感器，A错误；夜间自动打开的路灯是利用了光传感器，B错误；夜间有声音时就亮的楼梯灯是利用了声音传感器，C错误；自动恒温冰箱是利用了温度传感器，D正确．‎ ‎[答案] D ‎2．如图甲所示为一种电容式位移传感器的原理图，当被测物体在左右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动．已知电容器的电容与电介质板进入电容器的长度x之间的关系如图乙所示，其中C0为电介质没有插入电容器时的电容．为判断被测物体是否发生微小移动，将该电容式位移传感器与电源、电流表、开关组成串联回路(图中未画出)．被测物体的初始位置如图甲所示．电路闭合一段时间后，下列说法正确的是(　　)‎ A．若电源为直流电源且直流电流表示数不为零，说明物体一定在发生移动 B．若电源为直流电源且直流电流表示数变大，说明物体一定在向右发生移动 C．若电源为交流电源且交流电流表示数不为零，说明物体一定在发生移动 D．若电源为交流电源且交流电流表示数变大，说明物体一定在向右发生移动 ‎[解析] 若电源为直流电源，物体不动，则直流电流表示数必定为零，直流电流表示数不为零，说明物体一定在发生移动，故A正确；物体左、右移动分别对应充电、放电，不管物体向左、右哪个方向移动，直流电流表都有示数，如加速移动，则移动过程中电流表示数变大，故B错误；电容器有通交流、隔直流的特点，因此若电源为交流电源，物体不移动时，交流电流表示数也不为零，故C错误；若电源为交流电源且交流电流表示数变大，说明电容器容抗变小，即电容变大，说明物体一定向左发生移动，故D错误．‎ ‎[答案] A ‎3．随着科学的发展与生活水平的提高，传感器已经进入日常生活．如图所示为某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻(随光照强度的增强，阻值减小)、R2为定值电阻，A、B接监控装置．则下列说法正确的是(　　)‎ ‎①当有人通过遮蔽光线时，A、B之间的电压升高 ‎②当有人通过遮蔽光线时，A、B之间的电压降低 ‎③当仅增大R2的阻值时，A、B之间的电压升高 5‎ ‎④当仅减小R2的阻值时，A、B之间的电压升高 A．①③ B．①④ C．②③ D．②④‎ ‎[解析] R1为光敏电阻，有光照射时，电阻减小，当有人通过而遮蔽光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B之间的电压U＝IR2降低，故①项错误，②项正确，则A、B均错误；由闭合电路欧姆定律得U＝E－I(R1＋r)，当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B之间的电压U升高，故③项正确；当仅减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B之间的电压U降低，故④项错误，则C项正确，D错误．‎ ‎[答案] C ‎4．如图所示是温度自动报警器的工作原理图，图中1是电磁铁、2是衔铁、3是触点、4是水银温度计(水银导电)．则下列说法正确的是(　　)‎ A．温度高于警戒温度时，电铃不报警、指示灯亮 B．温度低于警戒温度时，电铃报警、指示灯熄灭 C．温度高于警戒温度时，指示灯亮、电铃报警 D．温度低于警戒温度时，指示灯亮、电铃不响 ‎[解析] 温度低于警戒温度时，水银柱下降，控制电路处于开路状态，电磁铁没有电流通过，电磁铁没有磁性，此时指示灯通过常闭触点与工作电路接通，通路状态指示灯亮，电铃不报警，故B错、D对；温度高于警戒温度时，水银柱上升，控制电路处于接通状态，电磁铁中有电流通过，电磁铁有磁性，此时电铃与工作电路接通，电路报警，此时通路状态指示灯的电路中没有电流，灯不亮，A、C错误．‎ ‎[答案] D ‎5．(多选)如图是一种风向和风速传感器的原理图．两个收集板极是铜丝网状导体，有良好的导电性和通风能力，粒子源极是一条直径很小的镍铬丝，粒子源极与两收集板极相互平行且等距．粒子源极附近的空气在强电场作用下电离，正离子沿电场方向移动流向收集板极，从而形成正离子电流，由两电流表测量，测量时保持风向与收集板极垂直，电流表A1、A2的示数分别为I1、I2，ΔI＝|I1－I2|，已知有风时正离子的速度为电场引起的速度和风速的矢量和，则(　　)‎ A．若I1>I2，则风向向右 B．若I1>I2，则风向向左 C．风速越大，ΔI越大 D．风速越大，ΔI越小 ‎[解析] 若风向向左，单位时间打到左收集极板上正离子数较多，则I1＞I2，选项B正 5‎ 确，A错误；风速越大，则单位时间打到两收集极板的正离子数之差越大，故两电流表的示数之差越大，即ΔI越大，选项C正确，D错误．‎ ‎[答案] BC ‎6．(多选)目前有些居民区内楼道灯的控制使用的是一种延时开关．该延时开关的简化原理图如图所示．图中D是红色发光二极管(只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光)，R为限流电阻，K为按钮开关，虚线框内S表示延时开关电路．当按下K接通电路瞬间，延时开关触发，相当于S闭合．释放K后，延时开关S约在1 min后断开，电灯熄灭．根据上述信息和原理图，我们可推断(　　)‎ A．按钮开关K按下前，发光二极管是熄灭的 B．按钮开关K按下前，发光二极管是发光的 C．按钮开关K按下再释放后，电灯L发光持续时间约1 min D．限流电阻的阻值R和灯丝电阻RL相比，应满足R≫RL ‎[解析] 按钮开关K按下前，延时开关S为断开的，有电流经过发光二极管，故发光二极管是发光的，选项A错误，选项B正确．当按下按钮开关K后，延时开关S闭合，二极管和电阻R被短路，二极管不发光，由于延时开关S约1 min后断开，故电灯L能持续发光1 min，选项C正确．由于R为限流电阻，二极管只要有很小的电流通过就能发光，且为了保证K按下前电灯不发光，故应满足R≫RL，选项D正确．故选BCD.‎ ‎[答案] BCD ‎7．热敏陶瓷是一类电阻率随温度发生明显变化的新型材料，可用于测温．某同学利用实验室提供的一种电阻阻值随温度呈线性变化(关系式为：Rt＝kt＋b，其中k＞0，b＜0，t为摄氏温度)的热敏电阻，把一灵敏电流计改装为温度计．除热敏电阻和灵敏电流计外，还用到如下器材：①直流电源(电动势为E，内阻不计)；②滑动变阻器；③单刀双掷开关；④标准温度计；⑤导线及其他辅助材料．该同学设计的电路如下图所示，按如下步骤进行操作．‎ ‎(1)按电路图连接好器材．‎ ‎(2)将滑动变阻器滑片P滑到________(填“a”或“b”)端，单刀双掷开关S掷于________(填“c”或“d”)端，调节滑片P使电流计满偏，并在以后的操作中保持滑片P位置不动，设此时电路总电阻为R，断开电路．‎ ‎(3)容器中倒入适量开水，观察标准温度计，每当标准温度计示数下降5 ℃，就将开关S置于d端，并记录此时的温度t和对应的电流计的示数I，然后断开开关．请根据温度计的设计原理和电路图，写出电流与温度的关系式(用题目中给定的符号)I＝________________．‎ ‎(4)根据对应温度记录的电流计示数，重新刻制电流计的表盘，改装成温度计．根据改 5‎ 装原理，此温度计表盘刻度线的特点是：低温刻度在________(填“左”或“右”)侧，刻度线分布是否均匀？________(填“是”或“否”)．‎ ‎[解析] (2)根据实验的原理可知，需要先选取合适的滑动变阻器的电阻值，结合滑动变阻器的使用的注意事项可知，开始时需要将滑动变阻器滑片P滑到a端，以保证电流表的使用安全；然后将单刀双掷开关S掷于c端，调节滑片P使电流表满偏，设此时电路总电阻为R，断开电路；‎ ‎(3)当温度为t时，热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为：Rt＝kt＋b，根据闭合电路的欧姆定律可得I＝；‎ ‎(4)由上式可知，温度越高，电流表中的电流值越小，所以低温刻度在表盘的右侧；由于电流与温度的关系不是线性函数，所以表盘的刻度是不均匀的．‎ ‎[答案] (2)a　c　(3)　(4)右　否 ‎8．导体或半导体材料在外力作用下产生机械形变时，其电阻值发生相应变化，这种现象称为应变电阻效应．如图甲所示，用来称重的电子吊秤，就是利用了这个应变效应．电子吊秤实现称重的关键元件是拉力传感器．其工作原理是：挂钩上挂上重物，传感器中拉力敏感电阻丝在拉力作用下发生微小形变(宏观上可认为形状不变)，拉力敏感电阻丝的电阻也随着发生变化，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流)，从而将所称物体重量变换为电信号．‎ 物理小组找到一根拉力敏感电阻丝R，其阻值随拉力F变化的图象如图乙所示，小组按图丙所示电路制作了一个简易“吊秤”．电路中电源电动势E＝3 V，内阻r＝1 Ω；灵敏毫安表量程为10 mA，内阻Rg＝50 Ω；R1是可变电阻器，A、B两接线柱等高且固定．现将这根拉力敏感电阻丝套上轻质光滑绝缘环，将其两端接在A、B两接线柱之间固定不动．通过光滑绝缘滑环可将重物吊起，不计敏感电阻丝重力，现完成下列操作步骤：‎ 步骤a.滑环下不吊重物时，闭合开关调节可变电阻R1使毫安表指针满偏；‎ 步骤b.滑环下吊上已知重力的重物G，测出电阻丝与竖直方向的夹角为θ；‎ 步骤c.保持可变电阻R1接入电路电阻不变，读出此时毫安表示数I；‎ 步骤d.换用不同已知重力的重物，挂在滑环上记录每一个重力值对应的电流值；‎ 步骤e.将电流表刻度盘改装为重力刻度盘．‎ ‎(1)试写出敏感电阻丝上的拉力F与重物重力G的关系式F＝________；‎ ‎(2)设R－F图象斜率为k，试写出电流表示数I与待测重物重力G的表达式I＝______________________________(用E、r、R1、Rg、R0、k、θ表示)；‎ ‎(3)若R－F图象中R0＝100 Ω，k＝0.5 Ω/N，测得θ＝60°，毫安表指针半偏，则待测重物重力G＝________N；‎ ‎(4)关于改装后的重力刻度盘，下列说法正确的是________；‎ A．重力零刻度线在电流表满刻度处，刻度线均匀 B．重力零刻度线在电流表零刻度处，刻度线均匀 C．重力零刻度线在电流表满刻度处，刻度线不均匀 5‎ D．重力零刻度线在电流表零刻度处，刻度线不均匀 ‎(5)若电源电动势不变，内阻变大，其他条件不变，用这台“简易吊秤”称重前，进行了步骤a操作；则测量结果________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．‎ ‎[解析] (1)对滑环受力分析，由平衡知识可知2Fcos θ＝G，解得F＝；‎ ‎(2)由图乙可知R＝kF＋R0；‎ 由丙电路可知 I＝＝；‎ ‎(3)将R0＝100 Ω，k＝0.5 Ω/N，θ＝60°，I＝Ig＝5 mA，E＝3 V，内阻r＝1 Ω，Rg＝50 Ω代入上式可得G＝600 N；‎ ‎(4)当不挂重物时，电流计满偏，则重力零刻度线在电流表满刻度处，因G与I不是正比关系，则刻度线不均匀，故选C；‎ ‎(5)实验前进行了a操作，则Ig＝，则当挂重物G时I＝＝，则I不变，对实验的结果无影响，测量结果不变．‎ ‎[答案] (1)F＝　(2)I＝　(3)600　(4)C　(5)不变 5‎