2025人教版高中物理选择性必修第二册强化练习题（有解析）--第五章　传感器拔高练

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2025人教版高中物理选择性必修第二册
第五章　传感器
综合拔高练
五年高考练
考点1　常见的传感器
1.(2022北京,13)某同学利用压力传感器设计水库水位预警系统。如图所示,电路中的R1和R2,其中一个是定值电阻,另一个是压力传感器(可等效为可变电阻)。水位越高,对压力传感器的压力越大,压力传感器的电阻值越小。当a、b两端的电压大于U1时,控制开关自动开启低水位预警;当a、b两端的电压小于U2(U1、U2为定值)时,控制开关自动开启高水位预警。下列说法正确的是 (　　)
A.U1B.R2为压力传感器
C.若定值电阻的阻值越大,开启高水位预警时的水位越低
D.若定值电阻的阻值越大,开启低水位预警时的水位越高
考点2　敏感元件与电学实验综合
2.(2024浙江1月选考,16-Ⅲ)在探究热敏电阻的特性及其应用的实验中,测得热敏电阻Rt在不同温度时的阻值如表
温度/℃ 4.1 9.0 14.3 20.0
电阻/(102 Ω) 220 160 100 60
温度/℃ 28.0 38.2 45.5 60.4
电阻/(102 Ω) 45 30 25 15
某同学利用上述热敏电阻Rt、电动势E=3 V(内阻不计)的电源、定值电阻R(阻值有3 kΩ、5 kΩ、12 kΩ三种可供选择)、控制开关和加热系统,设计了A、B、C三种电路。因环境温度低于20 ℃,现要求将室内温度控制在20 ℃~28 ℃范围,且1、2两端电压大于2 V,控制开关开启加热系统加热,则应选择的电路是　　　　,定值电阻R的阻值应选　　　　kΩ,1、2两端的电压小于　　　　V时,自动关闭加热系统(不考虑控制开关对电路的影响)。
3.(2021广东,12)某小组研究热敏电阻阻值随温度的变化规律。根据实验需要已选用了规格和量程合适的器材。
(1)先用多用电表预判热敏电阻阻值随温度的变化趋势。选择适当倍率的欧姆挡,将两表笔　　　　,调节欧姆调零旋钮,使指针指向右边“0 Ω”处。测量时观察到热敏电阻温度越高,相同倍率下多用电表指针向右偏转角度越大,由此可判断热敏电阻阻值随温度的升高而　　　　。
(2)再按图连接好电路进行测量。
①闭合开关S前,将滑动变阻器R1的滑片滑到　　　　端(选填“a”或“b”)。
将温控室的温度设置为T,电阻箱R0调为某一阻值R01。闭合开关S,调节滑动变阻器R1,使电压表和电流表的指针偏转到某一位置。记录此时电压表和电流表的示数、T和R01。断开开关S。
再将电压表与热敏电阻C端间的导线改接到D端,闭合开关S。反复调节R0和R1,使电压表和电流表的示数与上述记录的示数相同。记录此时电阻箱的阻值R02。断开开关S。
②实验中记录的阻值R01　　　　R02(选填“大于”、“小于”或“等于”)。此时热敏电阻阻值RT=　　　　。
(3)改变温控室的温度,测量不同温度时的热敏电阻阻值,可以得到热敏电阻阻值随温度的变化规律。
4.(2022重庆,11)某兴趣小组研究热敏电阻在通以恒定电流时,其阻值随温度的变化关系。实验电路如图所示,实验设定恒定电流为50.0 μA,主要实验器材有:恒压直流电源E、加热器、测温仪、热敏电阻RT、可变电阻R1、电流表A、电压表V。
(1)用加热器调节RT的温度后,为使电流表的示数仍为50.0 μA,须调节　　　　(选填一种给定的实验器材)。当RT两端未连接电压表时,电流表示数为50.0 μA;连接电压表后,电流表示数显著增大,须将原电压表更换为内阻　　　　　　(选填“远大于”“接近”“远小于”)RT阻值的电压表。
(2)测得RT两端的电压随温度的变化如图所示,由图可得温度从35.0 ℃变化到40.0 ℃的过程中,RT的阻值随温度的平均变化率是　　　　kΩ·℃-1(保留2位有效数字)。
三年模拟练
应用实践
1.(多选题)(2024湖南常德模拟)如图所示是霍尔元件的工作原理示意图,磁场垂直于霍尔元件的工作面向上,通入图示方向的电流I,C、D两侧面间会产生电势差,下列说法中正确的是 (　　)
A.电势差的大小仅与磁感应强度有关
B.若霍尔元件的载流子是自由电子,则电势φC>φD
C.仅增大电流I时,电势差变大
D.在测定地球赤道上方的地磁场强弱时,元件的工作面应保持水平
2.(2023浙江宁波模拟)某种光电式火灾报警器的原理如图所示,由红外光源发射的光束经烟尘粒子散射后照射到光敏电阻上,光敏电阻接收的光强与烟雾的浓度成正比,其阻值随光强的增大而减小。闭合开关S1、S2,当烟雾浓度达到一定值时,干簧管中的两个簧片因被磁化而接通,蜂鸣器报警。为了能在更低的烟雾浓度下触发报警,下列调节正确的是 (　　)
A.增大电阻箱R1的阻值
B.增大电阻箱R2的阻值
C.增大电源E3的电动势
D.增大干簧管上线圈的匝数
3.(2024山东烟台期中)如图所示为高速路出口处的电子地磅测量部分的原理电路图,它主要由压力传感器R(阻值随压力增大而减小的压敏电阻)、定值电阻R0、显示仪组成。电路接在输出电压瞬时值为u=220 sin 314t(V)的交流电源上,显示仪为量程为0~200 V的指针式理想交流电压表。已知R电阻大小随压力的变化关系(成线性关系)如表,R0=100 Ω,取重力加速度g=10 m/s2,忽略地磅秤台的重力。
压力F/ (104 N) 0 1 2 3 4 5 … 10 …
电阻R/Ω 500 490 480 470 460 450 … 400 …
(1)由表可知,当地磅秤台所承受的压力为2.0×105 N时,压敏电阻R的阻值为　　　 Ω,此时电压表的示数为　　　　V;
(2)若将电压表表盘示数改成地磅秤所测质量,可以直接从表盘上读出在地磅秤台上的汽车的质量,请根据所学过的知识及题中所给数据写出电压表表盘示数U与汽车的质量m之间的关系式U=　　　　,则可判断出该表盘上的质量刻度　　　　(请选填“均匀”或“不均匀”);
(3)该电子地磅可以测量的质量最大为　　　t。
迁移创新
4.(2024广东六校联考)酒驾严重危害交通安全,喝酒不开车已经成为准则。某款酒精检测仪如图甲所示,核心部件为酒精气体传感器,其电阻R与被测人血液酒精含量c的关系如图乙所示。某同学想利用该酒精气体传感器设计一款酒精测量仪,除酒精气体传感器外,在实验室中找到了如下器材:
A.干电池组(电动势E=3.0 V,内阻r=1.2 Ω)
B.表头G(满偏电流6.0 mA,内阻Rg=42 Ω)
C.电阻箱R1(最大阻值9 999.9 Ω)
D.电阻箱R2(最大阻值9 999.9 Ω)
E.开关及导线若干
　　　　　
(1)该同学设计的测量电路如图丙所示,他首先将表头G量程扩大为0~90 mA,则应将电阻箱R1的阻值调为　　　　 Ω;
(2)如图丁所示,该同学想将血液酒精含量为零的位置标注在表头上2 mA处,则应将电阻箱R2的阻值调为　　　　 Ω;
(3)完成步骤(2)后,某次在实验室中试测血液酒精含量时,表头指针如图丁所示。已知汽车驾驶人的血液酒精含量在0.2~0.8 mg/mL之间属于饮酒驾驶(酒驾);血液酒精含量达到或超过0.8 mg/mL属于醉酒驾驶(醉驾),则该次被测人属于　　　　范围(选填“酒驾”或“醉驾”);
(4)使用较长时间后,干电池组电动势降低,内阻增大,则此时所测的血液酒精含量与真实值相比　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
答案与分层梯度式解析
第五章　传感器
综合拔高练
五年高考练
1.C　由于低水位预警要求a、b两端电压大于U1,高水位预警要求a、b两端电压小于U2,可知水位越高时,即压力传感器的阻值越小时,a、b两端电压越低,而阻值越小,电路中电流越大,定值电阻两端电压越高,故R1是压力传感器,R2是定值电阻,且U1>U2,A、B均错误。假设恰好开启水位预警,若此时定值电阻的阻值增大,则电路中电流会随之减小,从而导致a、b两端电压变小,若想恢复原本电压,则需增大传感器电阻,即降低水位,C正确,D错误。
2.答案　C　3　1.8
解析　温度要控制在20 ℃到28 ℃,说明热敏电阻的阻值范围是4 500 Ω~6 000 Ω,A电路中无论选择哪个定值电阻,热敏电阻两端电压均为电源电动势,加热系统一直在加热,A错误;B中热敏电阻与定值电阻串联,当要开始加热时,Rt阻值为6 kΩ,且阻值随环境温度升高逐渐减小,控制开关两端电压等于2 V,R等于12 kΩ,且随着环境温度升高定值电阻两端的电压增大,加热系统会一直加热,无法达到控制室温的目的,B错误;C电路中,随着环境温度升高,热敏电阻阻值减小,回路总电流增大,定值电阻两端电压增大,所以Rt两端的电压减小,让温度达到28 ℃时,加热系统停止加热,所以能够实现自动加热目的,故选C。根据分压电路关系,温度为20 ℃时开始加热,即Rt∶R=U∶(E-U),解得R=3 kΩ,当温度达到28 ℃时,热敏电阻两端电压为U=E=×3 V=1.8 V,故1、2两端电压小于1.8 V时停止加热。
3.答案　(1)短接　减小　(2)①b　②大于　R01-R02
解析　(1)多用电表使用前,需进行欧姆调零,调零时需将红黑表笔短接;多用电表表盘最右侧为电阻零刻度线,故当指针向右侧偏转越大时,代表所测电阻越小。
(2)①对于滑动变阻器的限流式接法,为保护电路,闭合开关前要使其接入电路的阻值最大,故应将滑动变阻器R1的滑片滑到b端。
②两次操作中电压表和电流表的示数分别相等,根据欧姆定律,导线接C端时有U=I(R01+RA),导线接D端时有U=I(R02+RA+RT),则有R01+RA=R02+RA+RT,故R01大于R02,RT=R01-R02。
4.答案　(1)可变电阻R1　远大于　(2)-1.2
解析　(1)电源E的电动势不变,用加热器调节RT的温度后,整个回路的总电阻改变。要确保电流表的示数仍为50.0 μA,需控制整个回路的总电阻不变,故需要调节的器材是可变电阻R1。
RT两端连接电压表后,电流表示数显著增大,说明电压表与RT并联后R总减小,由并联电阻的关系,R并==,要保证R总不变须将原电压表更换为内阻远大于RT阻值的电压表。
(2)由题图可得温度为35.0 ℃时RT两端电压为1.6 V,实验设定恒定电流为50.0 μA,此时热敏电阻的阻值RT1==32 kΩ;温度为40.0 ℃时RT两端电压为1.3 V,此时热敏电阻的阻值RT2==26 kΩ,所以温度从35.0 ℃变化到40.0 ℃的过程中,RT的阻值随温度的平均变化率是k===-1.2 kΩ·℃-1,负号表示随着温度升高RT的阻值减小(易错点)。
三年模拟练
1.BC　根据C、D间存在电势差,C、D之间就存在电场,霍尔元件的载流子在电场力和洛伦兹力作用下处于平衡,设霍尔元件的长、宽、高分别为a、b、c,有q=qvB,又I=nqvS=nqvbc,可得UH=,n与材料有关,故UH不仅与材料有关,还与厚度c成反比,同时还与磁感应强度B、电流I有关,A错误,C正确。根据左手定则,电子向D侧面偏转,D表面带负电,C表面带正电,所以C表面的电势高,即φC>φD,B正确。在测定地球赤道上方的地磁场强弱时,应将元件的工作面保持竖直,让磁场垂直通过工作面,D错误。故选B、C。
2.D　增大电阻箱R1的阻值,则红外光源发出的红外线强度减小,若烟雾浓度降低,则光敏电阻接收到的红外线的光强减小,光敏电阻的阻值变大,则干簧管上线圈中的电流减小,则干簧管中的两个簧片不能接通,蜂鸣器不能报警,选项A错误;同理,若烟雾浓度降低,则光敏电阻接收到的红外线的光强减小,光敏电阻的阻值变大,若再增大电阻箱R2的阻值,则干簧管上线圈中的电流减小,则干簧管中的两个簧片不能接通,蜂鸣器不能报警,选项B错误;增大电源E3的电动势,对干簧管的通断无影响,选项C错误;增大干簧管上线圈的匝数,在干簧管线圈中电流较小时,可使干簧管中的两个簧片因被磁化而接通,蜂鸣器报警,此时对应的光敏电阻的阻值增大了,则光敏电阻接收到的红外线的光强减小了,故烟雾的浓度降低了,选项D正确。
3.答案　(1)300　55　(2)　不均匀　(3)49
解析　(1)由表格得压敏电阻的阻值与所承受压力的关系为R=500 Ω- Ω,将F=2.0×105代入得R=300 Ω。由电源输出电压瞬时值的表达式可知,电源输出电压的有效值为UAC= V=220 V,电压表示数为U=UAC=×220 V=55 V。
(2)由题意有R=500 Ω- Ω,U=UAC,F=mg,以上公式代入数据整理得U=,由公式可得,电压表表盘示数U与汽车的质量m不是线性关系,表盘上的质量刻度不均匀。
(3)由U=可知,当U为电压表最大测量值200 V时,电子秤测量质量最大(破题关键),代入可解得最大值m=49 t。
导师点睛　压力传感器R的阻值会随所受压力大小而变化,它充当滑动变阻器的角色,需得出压力传感器R的电阻与所受压力关系的函数表达式,由闭合电路欧姆定律可求电压与质量的关系。
4.答案　(1)3　(2)16　(3)酒驾　(4)偏小
解析　(1)将表头G量程扩大为0~90 mA,有R1== Ω=3 Ω。
(2)表头G显示电流为2 mA,干路电流为I1=15×2 mA=30 mA,由图乙可知,当血液酒精含量为零时,该酒精气体传感器电阻R=80 Ω,改装后电流表等效电阻为Rg'==2.8 Ω,根据闭合电路欧姆定律可得I1=,解得R2=16 Ω。
(3)由图乙可知,当血液酒精含量达到醉驾标准时,该酒精气体传感器电阻R'=20 Ω,此时电路中的干路电流为I2==75 mA,此时表头G中的电流为5 mA,则被测人血液酒精含量未达到醉驾标准,属于酒驾范围。
(4)使用较长时间后,干电池组电动势降低,内阻增大,根据I=可知,同一血液酒精含量下,电路中的总电流将偏小,流经表头的电流也偏小,故所测得的血液酒精含量偏小。
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