2019-2020学年高中物理第六章传感器测试卷含解析新人教版选修3-2

2019-2020学年高中物理第六章传感器测试卷含解析新人教版选修3-2

第六章　传感器测试卷 第Ⅰ卷(选择题　共42分)‎ 一、选择题 (本题有14小题，每小题3分，共42分．其中1～8题为单选题，9～14题为多选题)‎ ‎1．传感器是指这样一类元件：它能够感知诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并把它们按照一定的规律转化成电压、电流等电学量或转化为电路的通断．下列器件不能作为传感器的是(　　)‎ A．发光二极管 B．话筒 C．霍尔元件 D．光敏电阻 解析：传感器具有把非电学量转换为电学量的特性，发光二极管具有单向导电性，不能作为传感器，A选项正确；话筒把声音信号转换为电信号，属于传感器，B选项错误；霍尔元件把磁信号转换为电信号，属于传感器，C选项错误；光敏电阻把光信号转换为电信号，属于传感器，D项错误．‎ 答案：A ‎2．如图所示是一种水位自动报警器的原理示意图，当杯中水的水位到达金属块B时，出现的情况是(　　)‎ A．L1灯亮 B．L2灯亮 C．L1、L2两灯同时亮 D．L1、L2 两灯都不亮 解析：由电路结构可以看出，当杯中的水位到达B时，左端电路被接通，这样螺线管就产生磁场，相当于一个磁铁，对与弹簧相连的金属片产生吸引作用，使之向下移动，这样L2电路被接通．‎ 答案：B ‎3．某楼梯口的电灯开关装有传感器，天黑时，出现声音才能发光，而白天即使有声音，电灯也不能发光，该开关中有两种传感器，它们可能是(　　)‎ A．热敏电阻和光敏电阻 B．金属热电阻和光敏电阻 C．热敏电阻和霍尔元件 D．光敏电阻和驻极体话筒 解析：两种传感器分别把声音信号转换为电信号、把光信号转换为电信号，所以选项D正确．‎ 答案：D ‎4．如图所示，某半导体热敏电阻的I－U图线可能是(　　)‎ 解析：热敏电阻I－U图线是非线性的，并且随电流增大温度升高，电阻减小，故A、C、D三项错误，B项正确．‎ 答案：B ‎5．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ρ的变化而变化，已知其电阻的倒数与一氧化碳浓度成正比．将传感器接在如图所示的电路中，已知R1、R2‎ - 8 -‎ 为定值电阻，观察电表示数的变化，就能判断一氧化碳浓度的变化情况，下列判断正确的是(　　)‎ A．电压表读数增大时，电流表读数增大，浓度ρ增大 B．电压表读数减小时，电流表读数减小，浓度ρ增大 C．电压表读数增大时，电流表读数减小，浓度ρ减小 D．电压表读数减小时，电流表读数增大，浓度ρ减小 解析：氧化锡传感器阻值的倒数与一氧化碳浓度成正比，一氧化碳浓度减小时，传感器电阻变大，电路总电阻变大，干路电流变小，即电流表读数减小，路端电压变大，定值电阻R1两端电压变小，传感器两端电压变大，即电压表读数增大，C项正确，D项错误；同理一氧化碳浓度增大时，电流表读数增大，电压表读数减小，A、B两项错误．‎ 答案：C ‎6．居民楼的楼道里，夜里只是偶尔有人经过，电灯如果总是亮着会造成很大浪费．科研人员利用“光敏”材料制成“光控开关”，天黑时自动闭合，天亮时自动断开；利用“声敏”材料制成“声控开关”，当有人走动发出声音时自动闭合，无人走动时自动断开．若将这两种开关配合使用，下列电路符合要求的是(　　)‎ 解析：根据题意可得，声控开关和光控开关串联后共同控制灯泡，即用导线将各元件依次连接起来．故选D.‎ 答案：D ‎7．许多饮水机，可以保证出水温度恒定，采取的方法是(　　)‎ A．持续加温 B．设定程序，固定各次加温时间及加热时间间隔 C．水温低于设定温度时加热，达到设定温度时，停止加热 D．人工控制加温按钮 解析：饮水机温度控制系统以调节饮水机温度为目的，其输入参数主要是水温信号和设置的设定温度．输出信号主要是温度显示、声光报警和执行加热．工作时传感器将温度传给单片机，当水温低于设定温度时，单片机控制加热模块加热，当温度高于设定温度，继电器断开，加热停止．从而实现温度控制的目标. 故选C.‎ 答案：C ‎8．如图所示为测定压力的电容式传感器，将平行板电容器、灵敏电流表(零刻度在中间)和电源串联成闭合回路，当压力F作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流表指针偏转，在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线推到图中实线位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)(　　)‎ - 8 -‎ A．向右偏到某一刻度后回到零刻度 B．向左偏到某一刻度后回到零刻度 C．向右偏到某一刻度后不动 D．向左偏到某一刻度后不动 解析：压力F作用时，极板间距d变小，由C＝知，电容器电容C变大，又根据Q＝CU，极板带电荷量变大，所以电容器应充电，电流从灵敏电流表正接线柱流入，所以指针将向右偏．F不变时，极板保持固定后，充电结束，指针回到零刻度．故选A.‎ 答案：A ‎9．数码相机和数码摄像机在人们生活中的应用越来越普及．在数码摄像器材中，使用了一种新型的敏感元件，叫电荷耦合器(CCD)，下列关于CCD的说法正确的是(　　)‎ A．它能将光信号转换成模拟电信号 B．它能将模拟电信号转换为数字电信号 C．它是一种硅半导体芯片，上面布有数百万个光敏元件 D．它是一种硅半导体芯片，上面布有数百万个热敏元件 解析：CCD是一种硅半导体芯片，上面布有数百万个光敏元件，每个光敏元件都把它所受到的光转换成相应量的电荷，于是整块CCD就把一幅图象的光信号转换成相应的模拟电信号，然后再通过A/D转换器转换为数字信号，以便于计算机处理，故选项A、C两项正确．‎ 答案：AC ‎10．如图所示是用光敏电阻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．该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响 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；白天和晚上自然光强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，D对．‎ 答案：AD ‎11．在一些学校的教室里，为了保证照明条件，采用了智能照明系统，在自然光不足时接通电源启动日光灯，而在自然光充足时，自动关闭日光灯．其原理图如图所示，R为一光敏电阻，L为一带铁芯的螺线管．在螺线管上方有一用细弹簧悬着的轻质衔铁，衔铁的一端用铰链固定使其可以自由转动，另一端用一绝缘棒连接两动触头．关于该智能照明系统的工作原理，下列描述正确的是(　　)‎ A．光照越强时，光敏电阻的阻值越大，衔铁被吸引下来 B．光线不足时，光敏电阻的阻值变大，所在电路电流变小，衔铁被弹簧拉上去，日光灯接通 - 8 -‎ C．上面的两接线柱应该和日光灯电路连接 D．下面的两接线柱应该和日光灯电路连接 解析：由光敏电阻的特性可知，光照强度越强，电阻越小，电流越大，衔铁被吸引下来，日光灯电路断开；光线不足时，电阻增大，电流减小，衔铁被弹簧拉上去，日光灯电路接通．因此，上面的两接线柱应该和日光灯电路连接．选项B、C正确．‎ 答案：BC ‎12．振弦型频率传感器的结构如图所示，它由钢弦和永磁铁两部分组成，钢弦上端用固定夹块夹紧，下端的夹块与一膜片相连接，当弦上的张力越大时，弦的固有频率越大．这种装置可以从线圈输出电压的频率确定膜片处压力的变化．下列说法正确的是(　　)‎ A．当软铁块与磁铁靠近时，a端电势高 B．当软铁块与磁铁靠近时，b端电势高 C．膜上的压力较小时，线圈中感应电动势的频率高 D．膜上的压力较大时，线圈中感应电动势的频率高 解析：当软铁块靠近磁铁时，软铁会磁化，线圈中的磁通量增加，根据楞次定律可得，b端电势比a端电势高，A项错误，B项正确；膜上压力越小时，钢弦上的张力越大，振动频率越高，线圈中感应电动势的频率越高，C项正确，D项错误．‎ 答案：BC ‎13．唱卡拉OK用的动圈式话筒，它的工作原理是在弹性膜片后面黏接一个轻小的闭合金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号．下列说法正确的是(　　)‎ A．该话筒是根据电流的磁效应工作的 B．该话筒是根据电磁感应原理工作的 C．膜片振动时，穿过线圈的磁通量不变 D．膜片振动时，金属线圈中产生感应电流 解析：动圈式话筒的工作原理是电磁感应现象，声波是膜片振动时，线圈随之振动，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流，即将声音信号转变为电信号，B、D两项正确．‎ 答案：BD ‎14．某温度检测、光电控制加热装置原理如图所示．图中RT为热敏电阻(随温度升高阻值减小)，用来探测加热电阻丝R的温度，RG为光敏电阻(随光照强度增大阻值减小)，接收小灯泡L的光照，除RT、RG外，其他电阻均为定值电阻．当R处温度降低时(　　)‎ A．L变亮 B．通过R3的电流减小 C．E2的路端电压增大 D．R消耗的功率减小 解析：当R处温度降低时，热敏电阻RT阻值变大，由闭合电路欧姆定律可知，左侧电路中的电流减小，通过小灯泡L的电流减小，小灯泡L的光照强度减小，光敏电阻RG - 8 -‎ 的阻值变大，对右侧电路，由闭合电路欧姆定律可知，通过R2的电流变小，右侧电路中的电源E2的路端电压变大，R两端电压变大，通过R的电流也变大，R消耗的功率变大，通过R3的电流变小，B、C两项正确．‎ 答案：BC 第Ⅱ卷(非选择题　共58分)‎ 二、填空题(本题有2小题，共12分．请将答案写在题中的橫线上)‎ ‎15．(5分)按如图所示连接好电路，合上S，发现小灯泡不亮，原因是________________；用电吹风对NTC热敏电阻吹一会，会发现小灯泡________，原因是________________________；停止吹风，会发现________________；把热敏电阻放入冷水中会发现________________．‎ 解析：分析电路可知，合上S，电路被接通，电磁铁产生磁性，吸引衔铁，使触点接触，小灯泡发光，如果发现小灯泡不亮，原因是热敏电阻太大，导致电路中的电流太小，电磁铁的磁性较弱，无法吸住衔铁．‎ 用电吹风对NTC热敏电阻吹一会，热敏电阻的温度升高，电阻减小，流过电磁铁的电流增大，电磁铁的磁性增加，从而吸住衔铁，小灯泡发光．‎ 当停止吹风时，温度渐渐下降，热敏电阻阻值渐渐增大，流过电磁铁的电流慢慢减小，灯泡慢慢熄灭．‎ 若热敏电阻放入冷水中，温度突然下降，热敏电阻阻值突然增大，小灯泡立刻熄灭．‎ 答案：由于热敏电阻阻值较大，左侧电路电流较小，电磁铁磁性较弱吸不住衔铁　变亮　电吹风对热敏电阻加热使其阻值变小，电路中电流增大，电磁铁吸住衔铁　小灯泡不会立即熄灭　小灯泡立刻熄灭 ‎16．(7分)为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统．光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)．某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：‎ - 8 -‎ 照度(lx)‎ ‎0.2‎ ‎0.4‎ ‎0.6‎ ‎0.8‎ ‎1.0‎ ‎1.2‎ 电阻(kΩ)‎ ‎75‎ ‎40‎ ‎28‎ ‎23‎ ‎20‎ ‎18‎ ‎(1)根据表中数据，请在图甲中给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点．‎ ‎(2)如图乙所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统．请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图．(不考虑控制开关对所设计电路的影响)‎ 提供的器材如下：‎ 光敏电阻RP(符号，阻值见上表)；‎ 直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；‎ 定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)；‎ 开关S及导线若干．‎ 解析：(1)如图甲所示，光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小．‎ ‎(2)电路原理图如图乙所示，根据串联电阻的正比分压关系，E＝3 V，当照度降低至1.0 lx时，由图线知，此时光敏电阻RP＝20 kΩ，URP＝2 V，串联电阻分压UR＝1 V，由＝＝2 得R＝＝10 kΩ，故选定值电阻R1.‎ 答案：见解析 三、计算题(本题有4小题，共46分．解答应写出必要文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)‎ ‎17．(10分)温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家电产品中，它是利用热敏电阻的阻值随温度而变化的特性工作的．在图甲中，电源的电动势E＝9.0 V，内阻可忽略不计；G为灵敏电流表，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙的Rt图线所示，闭合开关，当R的温度等于‎20 ℃‎时，电流表示数I1＝2 mA；当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻R的温度是多少？‎ - 8 -‎ 解析：温度为‎20 ℃‎时R值为4 kΩ，由I＝得Rg＝500 Ω，若I＝3.6 mA，又可得R＋Rg＝2.5 kΩ，则R＝2 kΩ，根据图乙得，此时温度为‎120 ℃‎.‎ 答案：‎‎120 ℃‎ ‎18．(10分)某种电饭锅的工作原理图如图所示，煮饭时开关S是闭合的，红色指示灯亮；饭熟后(当时的温度大约为‎103 ℃‎)保护开关S自动断开，黄灯亮．‎ ‎(1)电阻R1的作用是保护红色指示灯不致因电流过大而烧毁，与电饭锅发热板的等效电阻相比，二者大小应有什么关系？为什么？‎ ‎(2)通常情况下用这种电饭锅烧水时，它的自动断电功能是否起作用？为什么？‎ 解析：(1)R1应该远大于发热板的等效电阻．因为R1和红灯只起指示作用，消耗的电功率应远小于发热板的功率，两者又是并联接入电路的，电压相同，所以流过R1和红灯的电流应远小于流过发热板的电流，因此R1应该远大于发热板的等效电阻．‎ ‎(2)水沸腾时的温度为‎100 ℃‎，烧开时水温不会达到‎103 ℃‎，所以自动断电功能不起作用．‎ 答案：见解析 ‎19．(12分)如图所示为某同学自制的电子秤原理图：粗细均匀的电阻棒尺(每厘米长的电阻为1 Ω)竖直放置，其总长度L＝‎10 cm，电源电动势E＝6 V，内阻r＝1 Ω，保护电阻R0＝4 Ω，托盘连接在竖直放置、下端固定的轻弹簧上端，其质量m0＝‎0.1 kg，水平金属轻杆一端连接弹簧上端、一端通过滑片与电阻棒接触．当托盘内不放物体静止时，弹簧的形变量x＝‎1 cm，轻杆的滑片刚好与电阻棒上端接触．若电路各处接触良好、导线及轻杆电阻不计、弹簧的形变始终未超过限度、轻杆只能上下平移，g取‎10 m/s2.求：‎ ‎(1)弹簧的劲度系数k；‎ ‎(2)该电子秤能称出的最大物体质量m及对应的理想电压表 V的示数U.‎ 解析：(1)托盘质量m0＝‎0.1 kg，当托盘内不放物体静止时，弹簧的形变量x＝‎1 cm，根据平衡条件得m‎0g＝kx，解得k＝＝100 N/m.‎ ‎(2)当电子秤称量物体质量最大时，滑片位于最下端，弹簧压缩‎10 cm，根据受力平衡可知，最大物体质量m＝＝‎1 kg，电压表测量滑动变阻器R两端电压，U＝·E＝4 V.‎ - 8 -‎ 答案：(1)100 N/m　(2)m＝‎1 kg　U＝4 V ‎20．(14分)右图是检测某传感器的电路图. 传感器上标有“3 V　0.9 W”的字样(传感器可看作一个纯电阻)，滑动变阻器R0上标有“10 Ω　‎1 A”的字样，电流表的量程为‎0.6 A，电压表的量程为3 V.‎ ‎(1)求传感器的电阻和额定电流；‎ ‎(2)为了确保电路各部分的安全，在a、b之间所加的电源电压最大值是多少？‎ ‎(3)如果传感器的电阻变化超过标准值1 Ω，则该传感器就失去作用．实际检测时，将一个恒压电源加在图中a、b之间．闭合开关S，通过调节R0来改变电路中的电流和R0两端的电压．检测记录如下：‎ 电压表示数U/V 电流表示数I/A 第一次 ‎1.48‎ ‎0.16‎ 第二次 ‎0.91‎ ‎0.22‎ 若不计检测电路对传感器电阻的影响，通过计算分析，你认为这个传感器是否仍可使用？此时a、b所加的电压是多少？‎ 解析：(1)传感器的电阻R传＝＝ Ω＝10 Ω 传感器的额定电流I传＝＝ A＝‎0.3 A.‎ ‎(2)最大电流I＝I传＝‎‎0.3 A 电源电压最大值Um＝U传＋U0，‎ U传为传感器的额定电压，‎ U0为R‎0m＝10 Ω时R0两端的电压，即 U0＝I传R‎0m＝0.3×10 V＝3 V，‎ Um＝U传＋U0＝3 V＋3 V＝6 V.‎ ‎(3)设实验检测时加在a、b间的电压为U，传感器的实际电阻为R传′，根据第一次实验记录数据有 U＝I1R传′＋U1‎ 根据第二次实验记录数据有U＝I2R传′＋U2‎ 代入数据解得R传′＝9.5 Ω，U＝3 V 传感器的电阻变化为 ΔR＝R传－R传′＝10 Ω－9.5 Ω＝0.5 Ω<1 Ω，‎ 所以此传感器仍可使用．‎ 答案：(1)10 Ω　‎0.3 A　(2)6 V　(3)见解析 - 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