高中物理选修3-2 第六章 传感器 章末检测

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传感器 检测卷
一、选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分)
1．下列说法正确的是(　　)
A．热敏电阻是把热量这个热学量转换为电阻这个电学量
B．金属热电阻的化学稳定性好，但灵敏度差
C．电熨斗中的双金属片是温度传感器
D．霍尔元件是能够把磁感应强度这一磁学量转换为电压这一电学量的传感器
2．唱卡拉OK用的话筒，内有传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个很小的金属线圈，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．该传感器是根据电流的磁效应工作的
B．该传感器是根据电磁感应原理工作的
C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D．膜片振动时，金属线圈不会产生感应电动势
3．用多用电表的同一档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
4．下列说法中正确的是(　　)
A．机械式鼠标器中的光传感器就是两个红外线接收管，它的作用就是把光信号(红外线脉冲)转换成电信号(电脉冲)
B．机械式鼠标器中的光传感器是由两个滚轴、两个码盘、两个红外线发射管(LED)和两个红外接收管组成的
C．火灾报警器中的光传感器是光电三极管，它的作用是把光信号转换成电信号
D．火灾报警器是利用烟雾对光的散射作用来工作的
5．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，在升降机中将重物放在压敏电阻上，压敏电阻接在如图1甲所示的电路中，电流表示数变化如图乙所示，某同学根据电流表的示数变化情况推断升降机的运动状态，下列说法中正确的是(　　)
A．0～t1时间内，升降机一定匀速运动
B．0～t1时间内，升降机可能减速上升
C．t1～t2时间内，升降机可能匀速上升
D．t1～t2时间内，升降机可能匀加速上升
6．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了一个判断小车运动状态的装置，其工作原理如图2(a)所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球．小车向右做直线运动过程中，电流表示数变化与时间t的关系如图(b)所示，下列判断正确的是(　　)
A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动
B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动
C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动
D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动
7．如图3所示是某种汽车上的一种自动测定油箱内油面高度的装置．R是滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端，从油量表(由电流表改装而成)指针所指的刻度，就可以知道油箱内油面的高度，当滑动变阻器的金属片向下移动时(　　)
A．电路中的电流减小，油箱内油面降低
B．电路中的电流减小，油箱内油面升高
C．电路中的电流增大，油箱内油面降低
D．电路中的电流增大，油箱内油面升高
8．如图4所示的是一个电容式传感器，在金属线a的外面涂一层绝缘的电介质后放在导电液体中构成一个电容器，a与导电液体就是该电容器的两极．今使该电容器充电后与电源断开，并将a与静电计的导体球相连，插入导电液体中的电极b与静电计外壳相连，则当导电液体深度h变大时(　　)
A．引起两极间正对面积变大
B．电容器的电容将变小
C．电容器两极间的电压将变大
D．以上说法都不正确
9．计算机键盘是由两片金属切片组成的小电容器，该电容器的电容可用公式C＝计算，式中εr＝9×10－12 F/m，S为金属片的正对面积，d表示两金属片的间距．当键被按下时，此电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能检测出是哪个键被按下了，从而给出相应的信号．设每个金属片的正对面积为50 mm2，键未按下时两金属片的距离为0.6 mm.如果电容变化0.25 pF，电子线路恰能检测出必要的信号，则键至少需要被按下(　　)
A．0.15 mm B．0.25 mm C．0.35 mm D．0.45 mm
10．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．这种酒精气体传感器的电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，在如图5所示的电路中，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
二、填空题(本题共2小题，每空4分，共12分)
11．如图6所示，将万用表的选择开关置于“欧姆”挡，再将电表的两支表笔与负温度系数的热敏电阻RT两端相连，这时表针恰好指在刻度盘的正中间．若往RT上擦一些酒精，表针将向________(填“左”或“右”)移动；若用吹风机将热风吹向电阻，表针将向________(填“左”或“右”)移动．
12.图7为在温度为10℃左右的环境中工作的某自动恒温箱的原理简图．
箱内的电阻R1＝20 kΩ，R2＝10 kΩ，R3＝40 kΩ，Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图8所示．当a、b端电压Uab<0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内的温度升高；当Uab>0时，电压鉴别器会使S断开，停止加热．则恒温箱内的温度保持在________℃.
传感器 答题卷
一．选择题(40分)
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案
二．填空题（12分）
11. __________________，__________________.
12. __________________.
三、计算题(本题共4小题，共48分)
13．(10分)一热敏电阻阻值随温度变化的图象如图9甲所示，请应用这一热敏电阻自行设计一控制电路，当温度高于某一值后红色指示灯亮，而温度低于这一值时绿色指示灯亮，并且说明滑动变阻器的作用．
图9
给你的器材有：如图乙所示的继电器一只(a、b为常闭触点，c、d为常开触点)、热敏电阻一只、滑动变阻器一只、红、绿指示灯各一个、两个独立的电池组、开关两个、导线若干．
14．(10分)一热敏电阻在温度为80℃时阻值很大，当温度达到100℃时阻值就很小，今用一电阻丝给水加热，并配以热敏电阻以保持水温在80℃到100℃之间，可将电阻丝与热敏电阻并联，一并放入水中，如图10所示，图中R1为热敏电阻，R2为电阻丝．请简述其工作原理．
图10
15．(14分)用如图11所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度，该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组合成的压力传感器，用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出．现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后．汽车静止时，传感器a、b的示数均为10 N．(g取10 m/s2)
图11
(1)若传感器a的示数为14 N，b的示数为6.0 N，求此时汽车的加速度大小和方向．
(2)当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零．
16．(14分)如图16所示，光滑导轨MN、PQ在同一水平面内平行固定放置，其间距d＝1 m，右端通过导线与阻值RL＝8 Ω的小灯泡L相连，CDEF矩形区域内有方向竖直向下、磁感应强度B＝1 T的匀强磁场，一质量m＝50 g、阻值为R＝2 Ω的金属棒在恒力F作用下从静止开始运动s＝2 m后进入磁场恰好做匀速直线运动．(不考虑导轨的电阻，金属棒始终与导轨垂直并保持良好接触)．求：
图16
(1)恒力F的大小；
(2)小灯泡发光时的电功率．
第六章　传感器 章末检测 答案
1．BCD　[热敏电阻是把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，A错误；B、C、D正确．]
2．B　[当声波使膜片前后振动时，膜片后的金属线圈就跟着振动，使处于永磁体磁场中的线圈切割磁感线，穿过线圈的磁通量发生改变，产生感应电流，从而将声音信号转化为电信号，这是电磁感应的工作原理，所以B选项正确．]
3．AD　[热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，而多用电表的零刻度在表盘的右侧，所以温度越高，多用电表指针偏角越大，选项A正确，选项B错误．光敏电阻的阻值随光照强度的增加而减小，所以光照越弱，阻值越大，故多用电表指针偏角越小，选项C错误，选项D正确．]
4．ACD　[机械式鼠标器中的光传感器就是两个红外线接收管，作用是把光信号(红外线脉冲)转换成电信号(电脉冲)，故选项A正确，选项B错误．火灾报警器中的光传感器是光电三极管，它是利用烟雾对光的散射作用来工作的，因此C、D正确．]
5．B　[在0～t1时间内，电流恒定，表明压敏电阻的阻值恒定，则重物对压敏电阻压力恒定，则升降机可能处于静止、匀速运动或匀变速直线运动的状态，故A选项错误，B选项正确；t1～t2时间内，电流在增加，表明压敏电阻的阻值在减小，则重物对压敏电阻的压力在增大，故不可能做匀速运动或匀加速运动，C、D两项都错．]
6．D　[从题图(b)可以看出，在t1到t2时间内，电流表示数逐渐增大，则压敏电阻的阻值逐渐减小，说明压敏电阻受到重球的压力越来越大，小车的加速度增大，故小车做变加速运动，A、B均错；在t2到t3时间内，电流不变，则说明重球对压敏电阻的压力不变，故小车做匀加速直线运动，C错，D对．]
7．D　[油面升高，金属片向下移动，R接入电路中的电阻减小，电路中电流增大，所以选项D正确．]
8．A　[当导电液体深度h变大时，相当于电容器的两极板的正对面积变大，由C＝知，电容C变大，而电容器充电后与电源断开，所以电容器所带电荷量Q不变，由U＝知，电容器两极间的电压将变小．]
9．A　[由题给公式可知，键未按下时电容
C0＝＝ F＝0.75×10－12 F
恰能检测出信号时的电容
C′＝C0＋ΔC＝(0.75＋0.25) pF＝
故d′＝，Δd＝＝0.15 mm
所以A正确．]
10．B　[题中给出传感器电阻r′的倒数与酒精气体浓度c是正比关系，即＝kc，
电压表示数U＝＝
＝，可以看出电压与浓度的关系不是正比关系，但随浓度的增大而增大．]
11．左　右
解析　若往RT上擦一些酒精，由于酒精蒸发吸热，热敏电阻RT温度降低，电阻值增大，指针应向左偏；用吹风机将热风吹向电阻，电阻RT温度升高，电阻值减小，指针向右偏．
12．35
解析　设电路路端电压为U，当Uab＝0时，有R1＝R3，解得Rt＝20 kΩ
由Rt－t图可知，当Rt＝20 kΩ时，t＝35℃
13．设计的电路图如下图所示．
此方案中滑动变阻器的作用：主要是通过调节满足对热敏电阻的要求．
14．见解析
解析　开始水温较低时，R1阻值较大，电阻丝R2对水进行加热；
当水温达到100℃左右时，R1阻值变得很小，R2被短路，将停止加热；
当温度降低到80℃时，R1阻值又变得很大，R2又开始加热．这样就可达到保温的效果
15．(1)4 m/s2　向右　(2)10 m/s2　向左
解析　传感器上所显示出力的大小，即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知，此即为弹簧上的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小．
(1)如右图所示，
依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力F1＝14 N，右侧弹簧对滑块向左的推力F2＝6.0 N.
滑块所受合力产生加速度a1，根据牛顿第二定律有F1－F2＝ma1
得a1＝＝ m/s2＝4 m/s2
a1与F1同方向，即向前(向右)．
(2)a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F1′＝0，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为F2′＝20 N，方向向左．
滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得
F合＝F2′＝ma2
得a2＝＝10 m/s2
a2与F2′同方向，即向后(向左)．
16. (1)0.8 N　(2)5.12 W
解析　(1)对导体棒由动能定理得
Fs＝mv2
因为导体棒进入磁场时恰好做匀速直线运动
所以F＝BId＝Bd
代入数据，根据以上两式方程可解得：F＝0.8 N，v＝8 m/s
(2)小灯泡发光时的功率PL＝2·RL＝5.12 W
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