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2019-2020年高中物理 第5章傳感器及其應(yīng)用章末綜合檢測(cè)試題 魯科版選修3-2 一、選擇題(本題共10小題，每小題4分，共40分．在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有的只有一個(gè)選項(xiàng)正確，有的有多個(gè)選項(xiàng)正確，全部選對(duì)的得4分，選對(duì)但不全的得2分，有選錯(cuò)或不答的得0分) 1.下列說法正確的是(　　) A．金屬導(dǎo)體的電阻率隨溫度升高而減小 B．半導(dǎo)體的電阻率隨溫度升高而增大 C．用半導(dǎo)體制成的光敏電阻，可以作為測(cè)溫元件 D．用半導(dǎo)體制成的光敏電阻，可以起到開關(guān)的作用 解析：選D.金屬導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而增大，A項(xiàng)錯(cuò)；負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而減小，B項(xiàng)錯(cuò)；因半導(dǎo)體制成的光敏電阻隨光的強(qiáng)度變化而變化，故不可作為測(cè)溫元件，C項(xiàng)錯(cuò)誤；用半導(dǎo)體制成的光敏電阻，隨光強(qiáng)的改變，其阻值可以大幅度改變，可用于光控開關(guān)進(jìn)行自動(dòng)控制，D項(xiàng)正確． 2.下列應(yīng)用了溫度傳感器的是(　　) A．商場(chǎng)里的自動(dòng)玻璃門 B．夜間自動(dòng)打開的路燈 C．自動(dòng)恒溫冰箱 D．樓梯口的夜間有聲音時(shí)就亮的燈 解析：選C.對(duì)選項(xiàng)的分析如下： 選項(xiàng) 解析過程 結(jié)論 A 商場(chǎng)里的自動(dòng)玻璃門是紅外線傳感器 B 夜間自動(dòng)打開的路燈的自控電路中是光敏電阻，即光電傳感器 C 自動(dòng)恒溫冰箱內(nèi)是靠熱敏電阻的變化控制電路通斷的 √ D 樓梯口的夜間有聲音時(shí)就亮的燈是由聲電傳感器和光電傳感器雙重控制的 3.大多樓道燈具有這樣的功能：天黑時(shí)，有聲音它就開啟，而在白天，即使有聲音它也沒有反應(yīng)．在控制電路中應(yīng)接入的傳感器和傳感器送來的信號(hào)應(yīng)通過的門電路分別是(　　) A．光傳感器和紅外線傳感器，與門電路 B．光傳感器和紅外線傳感器，或門電路 C．光傳感器和聲傳感器，與門電路 D．光傳感器和超聲波傳感器，或門電路 解析：選C.樓道燈天黑時(shí)，有聲音它就開啟，而在白天，即使有聲音它也沒有反應(yīng)，說明燈是由光的強(qiáng)度和聲音兩個(gè)信號(hào)同時(shí)控制的，且兩個(gè)信號(hào)要同時(shí)滿足，燈才會(huì)亮，故電路中有光傳感器和聲傳感器，并且有與門電路，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤． 4.如圖所示是霍爾元件的工作原理示意圖，如果用d表示薄片的厚度，k為霍爾系數(shù)，對(duì)于一個(gè)霍爾元件d、k為定值，如果保持電流I恒定，則可以驗(yàn)證UH隨B的變化情況．以下說法中正確的是(　　) A．將永磁體的一個(gè)磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面時(shí)，UH將變大 B．在測(cè)定地球兩極的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 C．在測(cè)定地球赤道上的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)，霍爾元件的工作面應(yīng)保持水平 D．改變磁感線與霍爾元件工作面的夾角，UH將發(fā)生變化 解析：選ABD.由UH＝kIB/d知電壓與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，垂直工作面的磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大，電壓越大；將永磁體的一個(gè)磁極逐漸靠近霍爾元件的工作面，磁感應(yīng)強(qiáng)度B變大，UH將變大，A對(duì)．霍爾元件的工作面應(yīng)與B垂直，在測(cè)定地球兩極的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)應(yīng)保持水平，在測(cè)定地球赤道上的磁場(chǎng)強(qiáng)弱時(shí)應(yīng)保持豎直，故B對(duì)C錯(cuò)．垂直工作面的磁感應(yīng)強(qiáng)度B越大，電壓越大，所以當(dāng)磁感線與霍爾元件工作面的夾角變化時(shí)，UH將發(fā)生變化，D對(duì)． 5.如圖所示是某種汽車上的一種自動(dòng)測(cè)定油箱內(nèi)油面高度的裝置．R是滑動(dòng)變阻器．它的金屬滑片是杠桿的一端，從油量表(由電流表改裝而成)指針?biāo)傅目潭?，就可以知道油箱?nèi)油面的高度，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的金屬滑片向下移動(dòng)時(shí)(　　) A．電路中的電流減小，油箱油面降低 B．電路中的電流減小，油箱油面升高 C．電路中的電流增大，油箱油面降低 D．電路中的電流增大，油箱油面升高 解析：選D.當(dāng)油箱油面升高時(shí)，由于杠桿作用使金屬滑片向下移動(dòng)，而使回路總電阻減小，電流增大，故D項(xiàng)正確． 6.慣性制導(dǎo)系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于彈道式導(dǎo)彈工程中，這個(gè)系統(tǒng)的重要元件之一是加速度計(jì)．加速度計(jì)構(gòu)造原理的示意圖如圖所示，沿導(dǎo)彈長(zhǎng)度方向安裝的固定光滑桿上套一質(zhì)量為m的滑塊，滑塊兩側(cè)分別與勁度系數(shù)均為k的彈簧相連；兩彈簧的另一端與固定壁相連．滑塊原來靜止，彈簧處于自然長(zhǎng)度，滑塊上有指針可通過標(biāo)尺測(cè)出滑塊的位移，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行制導(dǎo)．設(shè)某段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈沿水平方向運(yùn)動(dòng)，指針向左偏離O點(diǎn)的距離為s，則這段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈的加速度(　　) A．方向向左，大小為　　　　 B．方向向右，大小為 C．方向向左，大小為 D．方向向右，大小為 解析：選D.當(dāng)指針向左偏離O點(diǎn)距離為s時(shí)，左邊彈簧被壓縮s，右邊彈簧被拉伸s，選滑塊為研究對(duì)象，根據(jù)牛頓第二定律有：a＝＝，方向向右，所以D正確． 7.鐵路上使用一種電磁裝置向控制中心傳輸信號(hào)以確定火車的位置．能產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁鐵，被安裝在火車首節(jié)車廂下面，如圖甲所示(俯視圖)．當(dāng)它經(jīng)過安放在兩鐵軌間的線圈時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，被控制中心接收．當(dāng)火車通過線圈時(shí)，若控制中心接收到的線圈兩端的電壓信號(hào)如圖乙所示，則說明火車在做(　　) A．勻速直線運(yùn)動(dòng) B．勻加速直線運(yùn)動(dòng) C．勻減速直線運(yùn)動(dòng) D．加速度逐漸增大的變加速直線運(yùn)動(dòng) 解析：選B.由圖線可以看出，接收到的電壓信號(hào)越來越大，且均勻增大，根據(jù)公式E＝Blv可知火車速度正均勻增加，即火車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，所以B正確． xx年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了法國(guó)和德國(guó)的兩位科學(xué)家，以表彰他們發(fā)現(xiàn)“巨磁電阻效應(yīng)”，基于巨磁電阻效應(yīng)開發(fā)的用于讀取硬盤數(shù)據(jù)的技術(shù)，被認(rèn)為是納米技術(shù)的第一次真正應(yīng)用．在下列有關(guān)其他電阻應(yīng)用的說法中，正確的是(　　) A．電阻在電路中主要起到通過直流、阻礙交流的作用 B．熱敏電阻可應(yīng)用于溫度測(cè)控裝置中 C．光敏電阻是一種光電傳感器 D．電阻絲可應(yīng)用于電熱設(shè)備中 解析：選BCD.熱敏電阻對(duì)溫度很敏感，光敏電阻對(duì)光照很敏感，電阻絲可用于電加熱，這很常見，所以B、C、D均正確．交流電、直流電均可通過電阻，電阻對(duì)它們均可產(chǎn)生阻礙作用，所以A錯(cuò)誤． 如圖(a)所示的電路中，光敏電阻R2加上圖(b)所示的光照時(shí)，R2兩端的電壓變化規(guī)律是(　　) 解析：選B.光敏電阻隨光照的增強(qiáng)電阻減小，電路中電流增大，電阻R1兩端電壓增大，R2兩端電壓減小，但不能減小到零．故選項(xiàng)B正確． 在溫控電路中，通過熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實(shí)現(xiàn)對(duì)電路相關(guān)物理量的控制．如圖所示電路，R1為定值電阻，R2為半導(dǎo)體熱敏電阻(溫度越高電阻越小)，C為電容器．當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)(　　) A．電容器C的帶電荷量增大 B．電壓表的讀數(shù)減小 C．電容器C兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度減小 D．R1消耗的功率減小 解析：選AD.溫度降低時(shí)，R2電阻增大，由I＝知，I減小，內(nèi)電壓與R1兩端電壓減小，R2兩端電壓增大，所以電容器帶電荷量增大，電容器兩極板間電場(chǎng)強(qiáng)度增大，A正確，C錯(cuò)誤．由于內(nèi)電壓減小，所以路端電壓增大，B錯(cuò)誤．由于電流減小，所以R1消耗的功率減小，D正確． 二、填空、實(shí)驗(yàn)題(本題共2小題，11題4分，12題10分，共14分．按題目要求作答) 如圖所示，實(shí)線是某同學(xué)利用力傳感器懸掛一砝碼在豎直方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，數(shù)據(jù)采集器記錄下的力傳感器中拉力的大小變化情況．從圖中可知道該砝碼的重力約為________N，A、B、C、D四段圖線中砝碼處于超重狀態(tài)的為________，處于失重狀態(tài)的為________． 解析：當(dāng)拉力的大小不變時(shí)，力傳感器懸掛的砝碼在豎直方向是勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)力傳感器的讀數(shù)就是砝碼的重力，約4.8 N．當(dāng)力傳感器讀數(shù)大于重力，砝碼處于超重狀態(tài)，即A、D狀態(tài)．當(dāng)力傳感器讀數(shù)小于重力，砝碼處于失重狀態(tài)，即B、C狀態(tài)． 答案：4.8　A、D　B、C 某實(shí)驗(yàn)小組探究一種熱敏電阻的溫度特性．現(xiàn)有器材：恒流電源(在正常工作狀態(tài)下輸出的電流恒定)、電壓表、待測(cè)熱敏電阻、保溫容器、溫度計(jì)、開關(guān)和導(dǎo)線等． (1)若用上述器材測(cè)量熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性，請(qǐng)你在實(shí)物圖上連線． (2)實(shí)驗(yàn)的主要步驟： ①正確連接電路，在保溫容器中注入適量冷水，接通電源，調(diào)節(jié)并記錄電源輸出的電流值； ②在保溫容器中添加少量熱水，待溫度穩(wěn)定后，閉合開關(guān)，________，________，斷開開關(guān)； ③重復(fù)第②步操作若干次，測(cè)得多組數(shù)據(jù)． (3)實(shí)驗(yàn)小組算得該熱敏電阻在不同溫度下的阻值，并據(jù)此繪得R－t關(guān)系圖線如圖所示，請(qǐng)根據(jù)圖線寫出該熱敏電阻的R－t關(guān)系式：R＝____＋____t(Ω)(保留3位有效數(shù)字)． 解析：改變溫度后，熱敏電阻阻值改變，電壓表示數(shù)改變，從圖線知R與t成線性關(guān)系，且縱軸上截距(當(dāng)t＝0 ℃時(shí))R＝100 Ω.斜率為ΔR/Δt＝0.400，所以R＝100＋0.400t(Ω)． 答案：(1)如圖所示 (2)②記錄溫度計(jì)示數(shù)　記錄電壓表示數(shù) (3)100　0.400 三、計(jì)算題(本題共4小題，共46分．解答時(shí)應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要的演算步驟，只寫出最后答案的不能得分，有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位) (10分)如圖甲所示為半導(dǎo)體材料做成的熱敏電阻的阻值隨溫度變化的曲線，圖乙為用此熱敏電阻RT和繼電器設(shè)計(jì)的溫控電路，設(shè)繼電器的線圈電阻為Rx＝50 Ω，當(dāng)繼電器線圈中的電流IC大于或等于20 mA時(shí)，繼電器的銜鐵被吸合．左側(cè)電源電動(dòng)勢(shì)為6 V，內(nèi)阻可不計(jì)，溫度滿足什么條件時(shí)，電路右側(cè)的小燈泡會(huì)發(fā)光？ 解析：熱敏電阻與繼電器串聯(lián)，若使電流不小于IC＝20 mA，則總電阻不大于R總＝＝300 Ω.(4分) 由于R總＝RT＋Rx，則RT不大于250 Ω.(4分) 由甲圖可看出，當(dāng)RT＝250 Ω時(shí)，溫度t＝50 ℃，即溫度不小于50 ℃.(2分) 答案：溫度不小于50 ℃時(shí)，電路右側(cè)的小燈泡會(huì)發(fā)光 (10分)在科技活動(dòng)中某同學(xué)利用自制的電子秤來稱量物體的質(zhì)量．如圖所示，托盤和彈簧的質(zhì)量均不計(jì)，滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)端通過一水平絕緣輕桿與彈簧上端相連，當(dāng)托盤中沒有放物體時(shí)，電壓表示數(shù)剛好為零．設(shè)滑動(dòng)變阻器的總電阻為R，總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，電源電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r，限流電阻的阻值為R0，彈簧的勁度系數(shù)為k，不計(jì)一切摩擦和其他阻力，電壓表為理想電壓表．當(dāng)托盤上放上某物體時(shí)，電壓表的示數(shù)為U，求此時(shí)所稱量物體的質(zhì)量． 解析：設(shè)托盤上放上質(zhì)量為m的物體時(shí)彈簧壓縮量為x， 由平衡條件得mg＝kx①(2分) 此時(shí)滑動(dòng)變阻器滑片已下滑x，由分壓原理知，電壓表上的電壓值： U＝E②(4分) 由①②兩式得m＝.(4分) 答案： (12分)將金屬塊m用壓縮的輕彈簧卡在一個(gè)矩形的箱中，如圖所示．在箱的上頂板和下底板裝有壓力傳感器，箱可以沿豎直軌道運(yùn)動(dòng)，當(dāng)箱以a＝2.0 m/s2的加速度豎直向上做勻減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，上頂板的壓力傳感器顯示的壓力為6.0 N，下底板的壓力傳感器顯示的壓力為10.0 N．(g取10 m/s2) (1)若上頂板壓力傳感器的示數(shù)是下底板壓力傳感器的示數(shù)的一半，試判斷箱的運(yùn)動(dòng)情況； (2)要使上頂板壓力傳感器的示數(shù)為零，箱沿豎直方向運(yùn)動(dòng)的情況可能是怎樣的？ 解析：(1)下底板傳感器的示數(shù)等于輕彈簧的彈力F，金屬塊受力如圖所示．上頂板的壓力為N＝6.0 N，彈簧的彈力F＝10.0 N和重力mg，加速度為a，方向向下． 由牛頓第二定律有mg＋N－F＝ma，求得金屬塊的質(zhì)量m＝0.5 kg.(2分) 當(dāng)上頂板傳感器的示數(shù)是下底板傳感器示數(shù)的一半時(shí)，彈簧的彈力仍是F，則上頂板壓力為.設(shè)箱和金屬塊的加速度為a1，有mg＋－F＝ma1，(2分) 解得a1＝0.表明箱處于靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)．(2分) (2)當(dāng)上頂板的壓力恰好等于零時(shí)，有mg－F＝ma2(2分) 解得a2＝－10 m/s2，“－”號(hào)表示加速度方向向上．(2分) 若箱和金屬塊豎直向上的加速度大于10 m/s2，彈簧將被進(jìn)一步壓縮，金屬塊要離開上頂板，上頂板壓力傳感器的示數(shù)也為零．只要豎直向上的加速度大于或等于10 m/s2，不論箱是向上加速運(yùn)動(dòng)或向下減速運(yùn)動(dòng)，上頂板壓力傳感器的示數(shù)都為零．(2分) 答案：見解析 (14分)如圖所示為檢測(cè)某傳感器的電路圖．傳感器上標(biāo)有“3 V，0.9 W”的字樣(傳感器可看作一個(gè)純電阻)，滑動(dòng)變阻器R0上標(biāo)有“10 Ω，1 A”的字樣，電流表的量程為0～0.6 A，電壓表的量程為0～3 V．求： (1)傳感器的電阻和額定電流； (2)為了確保電路各部分的安全，在a、b之間所加的電源電壓最大值是多少？ (3)如果傳感器的電阻變化超過標(biāo)準(zhǔn)值1 Ω，則該傳感器就失去作用．實(shí)際檢測(cè)時(shí)，將一個(gè)恒壓電源加在圖中a、b之間，閉合開關(guān)S，通過調(diào)節(jié)R0，來改變電路中的電流和R0兩端的電壓．檢測(cè)記錄如下： 電壓表示數(shù)U/V 電流表示數(shù)I/A 第一次 1.48 0.16 第二次 0.91 0.22 若不計(jì)檢測(cè)電路對(duì)傳感器電阻的影響，你認(rèn)為這個(gè)傳感器是否仍可使用？此時(shí)a、b間所加的電壓是多少？ 解析：(1)R傳＝＝ Ω＝10 Ω，(1分) I傳＝＝ A＝0.3 A．(1分) (2)最大電流I＝I傳＝0.3 A．(1分) 電源電壓最大值Um＝U傳＋U0，(1分) U傳為傳感器的額定電壓，U0為R0＝10 Ω時(shí)R0兩端的電壓，即U0＝I傳R0＝0.310 V＝3 V，(1分) 故Um＝U傳＋U0＝3 V＋3 V＝6 V．(1分) (3)設(shè)實(shí)際檢測(cè)時(shí)加在a、b間的電壓為U，傳感器的實(shí)際電阻為R傳′，根據(jù)第一次實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)有 U＝I1R傳′＋U1，(2分) 根據(jù)第二次實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)有：U＝I2R傳′＋U2，(2分) 代入數(shù)據(jù)解得：R傳′＝9.5 Ω，U＝3 V．(2分) 傳感器的電阻變化為ΔR＝R傳－R傳′＝10 Ω－9.5 Ω＝0.5 Ω＜1 Ω， 所以此傳感器仍可使用．(2分) 答案：(1)10 Ω　0.3 A　(2)6 V　(3)仍可使用　3 V