第四章 电磁振荡与电磁波＋第五章 传感器 测评卷

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密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线
密 封 线 内 不 要 答 题
)
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姓名 班级 考号
密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线
密 封 线 内 不 要 答 题
)
第四章　电磁振荡与电磁波　第五章　传感器
注意事项
1.本试卷满分100分,考试用时90分钟。
2.无特殊说明,本试卷中重力加速度g取10 m/s2。
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.传感器已广泛应用在生产、生活中,下列关于传感器的说法正确的是(　　)
A.给货车称重的地磅使用了光传感器
B.酒店大厅的自动门使用了力传感器
C.空调的控温系统使用了温度传感器
D.夜间自动打开的路灯使用了红外线传感器
2.2022年3月23日,“天宫课堂”第二课在中国空间站开讲,航天员太空授课的画面(如图)通过电磁波传输到地面接收站。下列有关电磁波的说法正确的是(　　)
A.电磁波是一种理想化的模型
B.电磁波是电场或者磁场的传播
C.可见光和无线电波都是电磁波
D.电磁波不能独立于场源而存在
3.下列关于电磁波谱的说法,正确的是(　　)
A.验钞机检验钞票真伪应用了红外线的荧光效应
B.相同条件下,电磁波谱中最难发生衍射的是X射线
C.利用雷达测出发射微波脉冲及接收到脉冲的时间间隔可以确定雷达和目标间的距离
D.夏天太阳把地面晒得发热是因为可见光的热效应在各种电磁波是中最强的
4.在如图所示电路中,L是电阻不计的线圈,C为电容器,R为电阻,开关S先是闭合的,现将开关S断开,并从这一时刻开始计时,设电容器A极板带正电时电荷量为正,则电容器A极板上的电荷量q随时间t变化的图像是下列选项中的(　　)
A B C D
5.下列关于传感器元件的说法中正确的是(　　)
　　 　　
甲 乙
　　　　
丙 丁
A.如图甲,当磁体靠近“干簧管”时,“干簧管”能起到开关的作用是由于电磁感应
B.如图乙,是一种电感式微小位移传感器,物体1连接着的软铁芯2部分插在空心线圈3中,当物体1向右发生微小位移时,线圈自感系数变大
C.如图丙是一光敏电阻,强光照射时,电阻变大
D.如图丁,当力F越大时,金属梁弯曲形变越大,应变片的电阻变化就越大
6.利用电容传感器可在矿井渗水时及时发出安全警报,如图所示是一种通过电容传感器检测矿井中液面高低的仪器原理图,矿井中的水中掺杂有杂质可视为导电液体,关于该仪器,下列说法正确的是(　　)
A.水面升高,则电介质的相对介电常数变大
B.水面升高,则电容器的两极板的间距在变大
C.若G中有从a到b的电流,说明矿井出现渗水(h增加)
D.G的示数越小说明矿井水位变低
7.如图所示的LC振荡电路中,已知某时刻电流i的方向指向A板,则(　　)
A.若A板此时带正电,则电容器两极板间的电场能正在减小
B.若B板此时带正电,则电流i正在减小
C.若在线圈中插入铁芯,振荡频率减小
D.若减小平行板电容器A、B间的距离,振荡频率增大
8.某种角速度计的结构如图所示,当整个装置绕竖直轴OO'转动时,元件A相对于转轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压,电压传感器(传感器内阻无限大)接收相应的电压信号。已知A的质量为m,弹簧的劲度系数为k、自然长度为l,电源的电动势为E、内阻不计。滑动变阻器总长也为l,电阻分布均匀,装置静止时滑片P在滑动变阻器的最左端B处,弹簧始终在弹性限度内,当装置以角速度ω转动时,则(　　)
A.电路中的电流随角速度的增大而增大
B.弹簧的伸长量为
C.输出电压U与ω的函数式为
D.此装置能测量的角速度最大不超过
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。每小题有多个选项符合题目要求,全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.如图所示为参展的某个智能玩具内的LC振荡电路部分,电路中线圈自感系数L=0.25 H,电容器的电容C=4 μF,现使电容器上极板带正电,下极板带负电,从接通开关S时开始计时。则下列说法正确的是(取π=3)(　　)
A.当t=1×10-3 s时,电路中电流方向为逆时针方向
B.当t=1.5×10-3 s时,电场能达到最大
C.当t=2×10-3 s时,电场能正转化为磁场能
D.当t=3×10-3 s时,电容器上极板带负电
10.如图甲所示,此时LC电路中的电流正在变大;保持L不变,改变电容器的电容,回路中电容器两端的电压变化如图乙所示,则下列说法正确的是(　　)
甲
乙
A.图甲对应时刻回路中的电场能正在向磁场能转化
B.电路1中电容器的电容为电路2中电容器的电容的4倍
C.电路2中的电流最大时,电路1中的电流也一定最大
D.电路2中电容器的最大电荷量与电路1中电容器的最大电荷量相等
11.物理学中用光照强度描述光的强弱,光越强光照强度越大,光照强度的单位为lx。某实验室采用光敏电阻制作光控开关来控制照明系统,光敏电阻在不同光照强度下的阻值如下表。控制电路原理如图甲所示,电路中的电阻R1和R2,其中一个是定值电阻,另一个是光敏电阻,已知直流电源电动势E=3 V,内阻不计,实验室某日的光照强度随时间变化的曲线如图乙所示,当控制开关两端电压U≥2 V时,控制开关自动启动照明系统。则下列说法正确的是(　　)
光照强度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
电阻/kΩ 75 40 24 20 18 15
甲
乙
A.R1为定值电阻,R2为光敏电阻
B.光照强度越大,该电路控制开关两端的电压越小
C.若将定值电阻的阻值变为20 kΩ,该日6:00后该系统即可工作
D.该电路中定值电阻阻值越大,该日的照明系统工作的时间越短
12.如图所示,R0为热敏电阻(温度降低电阻增大),D为理想二极管(正向电阻为零,反向电阻无穷大),C为平行板电容器,C中央有一带电液滴刚好静止,M点接地,开关K闭合。下列各项单独操作可能使带电液滴向上运动的是(　　)
A.变阻器R的滑片P向上移动
B.将热敏电阻R0加热
C.开关K断开
D.电容器C的上极板向上移动
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
13.(6分)如图甲所示,电源的电动势E=10 V,电源内电阻可忽略不计;G是内阻为Rg的灵敏电流表,定值电阻R上标有“2 V、4×10-3 W”的字样,RT为热敏电阻,其电阻值与温度的变化关系如图乙所示。闭合开关S,当RT的温度等于120 ℃时,电流表示数I1= mA。
甲
乙
(1)由图乙可知,当温度逐渐升高时,RT的阻值　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)电流表内阻Rg为　　　　 Ω。
(3)定值电阻R两端电压为2 V时,热敏电阻RT的温度为　　　 ℃。
14.(6分)某科技小组设计了一种“车辆闯红灯违规记录仪”,在路面停止线前侧埋上力敏电阻,其阻值随压力的变化情况如图甲所示,和力敏电阻组合的仪器如图乙所示,仪器主要由控制电路和工作电路组成,控制电路中的光控开关接收到红光时会自动闭合,接收到绿光或黄光时会自动断开;控制电路中电源的电动势为9 V,内阻为2 Ω,继电器线圈电阻为8 Ω,滑动变阻器连入电路的电阻为50 Ω;当控制电路中的电流大于0.06 A时,衔铁会被吸引,从而启动工作电路,电控照相机拍照记录违规车辆。
甲
乙
(1)当红灯亮时,若车辆越过停止线,电流表A的示数会变　　　　(选填“大”或“小”)。
(2)车辆对力敏电阻的压力超过　　　　 N后,车辆闯红灯时才会被拍照记录。
(3)若要增大“车辆闯红灯违规记录仪”的灵敏度,即违规车辆对力敏电阻的压力比第(2)问结果小,也会被拍照记录,则滑动变阻器的滑片应向　　　　(选填“a”或“b”)端滑动。
15.(11分)某同学为探究光敏电阻阻值随光照强度变化的关系,设计了如图(a)所示的电路。所用器材有:置于暗箱(图中虚线区域)中的光敏电阻RG、小灯泡和刻度尺;阻值为R的定值电阻;理想电压表V;电动势为E、内阻为r的电源;开关S;导线若干。
图(a)
图(b)
图(c)
实验时,先按图(a)连接好电路,然后改变暗箱中光源到光敏电阻的距离d,记录电压表的示数U,获得多组数据如下表:
d/cm 8.50 10.00 12.00 13.50 15.00 17.00 18.50 20.00
U/mV 271.0 220.0 180.0 156.7 144.9 114.0 94.8 89.5
回答下列问题:
(1)光敏电阻阻值RG与电压表示数U的关系式为RG=　　　　(用E、r、R、U表示)。
(2)依据实验结果可推断:光敏电阻的阻值随着光照强度的减小而　　　　(选填“增大”或“减小”)。
(3)该同学注意到智能手机有自动调节屏幕亮度的功能,光照强度大时屏幕变亮,反之变暗。他设想利用光敏电阻的特性,实现“有光照射光敏电阻时,小灯泡变亮,反之变暗”的功能,设计了如图(b)所示电路,则电路中　　　　(选填“R1”或“R2”)为光敏电阻,另一个为定值电阻。
(4)如图(c)所示为工厂流水生产线上利用光敏电阻特性,信号处理系统自动计数的示意图,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻,那么当有光照射R1时,信号处理系统获得　　　　(选填“高电压”或“低电压”),信号处理系统每获得一次　　　　(选填“高电压”或“低电压”)就计数一次。
16.(12分)如图甲所示为苹果自动分拣装置的示意图,该装置把大小不同的苹果,按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在一个以O1为转轴的杠杆上,杠杆末端压在压力传感器R上,R的阻值随压力变化的曲线如图乙所示。调节托盘秤压在杠杆上的位置,使质量等于分拣标准(0.15 kg)的大苹果经过托盘秤时,杠杆对R的压力为1 N。调节可调电阻R0,可改变R、R0两端的电压比,使质量等于分拣标准的大苹果通过托盘秤时,R0两端的电压恰好能使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁,此电压叫作放大电路的激励电压。该放大电路中包含保持电路,能够确保大苹果在衔铁上运动时电磁铁始终保持吸附状态。
甲
乙
(1)当大苹果通过托盘秤时,R所受的压力较大,电阻　　　　(选填“较大”“较小”)。
(2)自动分拣装置正常工作时,大苹果通过　　　　(选填“通道A”或“通道B”)。
(3)若电源电动势为5 V,内阻不计,放大电路的激励电压为2 V:
①为使该装置达到上述分拣目的,R0的阻值等于　　　　 kΩ(结果保留两位有效数字)。
②某同学想在托盘秤压在杠杆上的位置不变的情况下,利用一块电压表测出每个苹果的质量,电压表的示数随苹果质量的增大而增大,则电压表应该并联在电阻　　　　(选填“R”“R0”或“电源”)两端。
③若要提高分拣标准到0.33 kg,仅将R0的阻值调为　　　　 kΩ即可实现。(结果保留两位有效数字,提示:托盘秤压在杠杆上的位置不变的情况下,压力传感器受到的压力与苹果的质量成正比)
17.(12分)实验室里有一水平放置的平行板电容器,其电容C=1 μF。在两极板带有一定电荷量时,发现一粉尘恰好静止在两极板间。将该电容器与一个自感系数L=0.1 mH的电感器连成如图所示的电路,试分析以下两个问题:
(1)从S闭合时开始计时,经过2π×10-5 s时,电容器内粉尘的加速度大小是多少 (假设此时粉尘未到达极板)
(2)当粉尘的加速度为多大时,线圈中电流最大
18.(13分)如图所示为一测速计原理图,滑动触头P与运动物体相连,当P匀速滑动时,电流表G中有一定的电流通过,由电流表的示数可得到运动物体的速度。已知电源电动势E=4 V,内阻r=10 Ω,AB为粗细均匀的电阻丝,阻值R=30 Ω,长度L=30 cm,电容器的电容C=50 μF,现测得电流表示数为0.05 mA,方向由N流向M,试求物体速度的大小和方向。
答案与分层梯度式解析
1.C 2.C 3.C 4.B 5.D 6.C
7.C 8.D 9.AD 10.AC 11.BD 12.BC
1.C　给货车称重的地磅使用了力传感器,A错误;酒店大厅的自动门使用了红外线传感器,B错误;空调的控温系统使用了温度传感器,C正确;夜间自动打开的路灯使用了光传感器,D错误。
2.C　电磁波是客观存在的,不是一种理想化模型,A错误;电磁波是由于电场和磁场相互激发而产生的,所以电磁波可以短暂脱离场源而独立存在,当电磁场能量耗尽之后,电磁波才会消失,B、D错误;可见光和无线电波都是电磁波,C正确。
3.C　验钞机是利用了紫外线的荧光效应,故A错误;电磁波谱中比X射线波长短的电磁波还有γ射线,所以相同条件下,电磁波谱中最难发生衍射的是γ射线,故B错误;雷达测距是利用发射脉冲和接收脉冲的时间间隔来确定雷达和目标间的距离的,故C正确;热效应最强的是红外线,故D错误。
4.B　开关S闭合时,线圈中有自左向右的电流通过,由于线圈电阻不计,所以线圈两端电压为零,与线圈并联的电容器极板上不带电;断开开关S时,线圈中产生与电流方向相同的自感电动势,阻碍线圈中电流的减小,使线圈中电流继续自左向右流过,从而给电容器充电,B板带正电,A板带负电,电荷量逐渐增加,经电荷量达到最大,这时LC回路中电流为零,从~时间内,电容器放电,A板上负电荷逐渐减少到零,此后在线圈中自感电动势的作用下,电容器反向充电,A板带正电,B板带负电,并且电荷量逐渐增加,增至最大后,又再次放电,所以A极板上电荷量随时间变化的图像如选项B所示,故选B。
5.D　图甲中干簧管是一种能够感知磁场的敏感元件,干簧管的两个簧片在磁场的作用下会磁化,靠近的两端成为异名磁极,相互吸引,经常被用于控制电路的通断,A错误;当物体1向右发生微小位移时,铁芯插入线圈中的长度变小,线圈自感系数变小,B错误;光敏电阻被强光照射时,电阻变小,C错误;当力F越大时,金属梁弯曲形变越大,两个应变片的电阻变化就越大,D正确。
6.C　电介质的相对介电常数由电介质的材料决定,与水面高度无关,故A错误;水面升高,则电容器的两极板之间的正对面积增大,间距不变,故B错误;若G中有从a到b的电流,可知电容器在充电,电容器的电容增大,两极板之间的正对面积增大,说明矿井出现渗水(h增加),故C正确;当矿井水位不变时,G的示数为零,故G的示数越小不能说明矿井水位变低,故D错误。
7.C　若A板此时带正电,则此时电容器正在充电,故电容器两极板间的电场能正在增大,A错误;若B板此时带正电,则此时电容器正在放电,故电流i正在增大,B错误;若在线圈中插入铁芯,则线圈的自感系数L增大,根据LC振荡电路的周期公式T=2π可知,振荡周期增大,故振荡频率减小;同理,若减小平行板电容器A、B间的距离,根据C=可知此时电容器的电容C增大,振荡周期增大,振荡频率减小,C正确,D错误。
8.D　装置在水平面内以角速度ω转动时,无论角速度增大还是减小,滑动变阻器接入电路的电阻都不变,根据闭合电路欧姆定律可知,电路中电流保持不变,与角速度无关,故A错误;设系统在水平面内以角速度ω转动时,弹簧的伸长量为x,则对元件A,根据牛顿第二定律得kx=mω2(l+x),解得x=,故B错误;输出电压U=E,解得U=,故C错误;当x=l时角速度最大,则有kl=mω2(l+l),解得ω=,故D正确。
9.AD　由周期公式T=2π,得LC振荡电路的固有周期为T=2π s=6×10-3 s,由于t=1×10-3 s10.AC　题图甲对应时刻,电流从电容器流出,且正在增大,可知电容器在放电,电场能转换为磁场能,故A正确。由题图乙可知,电路2的振荡周期为电路1的2倍,根据T=2π,可知电路2中电容器的电容为电路1中电容器的电容的4倍;根据C=可得Q=CU,由于改变电容器的电容前后电容器两端的最大电压相同,可知电路2对应的电容器所带最大电荷量是电路1中的4倍,故B、D错误。电路2对应的电流最大时,电容器两端的电压为0,由题图乙可知此时电路1对应的电容器两端的电压也为0,即电路1对应的电流也最大,故C正确。
11.BD　当控制开关两端电压U≥2 V时,控制开关自动启动照明系统,可知光照强度较小时,控制开关两端电压较大;根据表格中数据可知光照强度越小,光敏电阻的阻值越大,则R1为光敏电阻,R2为定值电阻;光照强度越大,光敏电阻R1阻值越小,该电路控制开关两端的电压越小,故A错误,B正确;若将定值电阻的阻值变为20 kΩ,则控制开关自动启动时光敏电阻为40 kΩ,此时对应光照强度为0.4 lx,根据图乙可知该天系统工作时间段为0~6:00、18:00~24:00,故C错误;该电路中定值电阻阻值越大,控制开关自动启动时对应的光敏电阻的阻值越大,此时对应的光照强度越小,该天的照明系统工作的时间越短,故D正确。
12.BC　变阻器R的滑片P向上移动时,R接入电路的阻值减小,则电容器两端的电压减小,电容器应放电,但是由于二极管的单向导电性使得电容器上的电荷量不变,场强不变,则液滴不动,选项A不符合题意;液滴受向上的电场力和向下的重力作用,将热敏电阻R0加热,则阻值减小,滑动变阻器R两端电压变大,则电容器两端的电压变大,两板间场强变大,则液滴向上运动,选项B符合题意;开关K断开后,电容器两端的电压等于电源的电动势,则电容器两板间的场强变大,液滴向上运动,选项C符合题意;电容器C的上极板向上移动,d增大,则电容C减小,若U不变,则由Q=CU得Q应变小,即电容器应放电,但由于二极管具有单向导电性,电容器只能充电,无法放电,则电容器的电荷量不变,由C=,E=,U=得,E=,因为极板上的电荷量不变,所以电场强度E不变,液滴仍然静止,选项D不符合题意。
13.答案　(1)减小(2分)　(2)500(2分)　(3)20(2分)
解析　(1)由题图乙可知,当温度逐渐升高时,RT的阻值减小。
(2)当RT的温度等于120 ℃时,由题图乙可知RT=1 500 Ω,
由闭合电路欧姆定律可知I1== mA,
其中R== Ω=1 000 Ω,
解得电流表的内阻Rg=500 Ω。
(3)定值电阻R两端电压为2 V时,I== A=2×10-3 A,
I=,
解得热敏电阻RT'=3 500 Ω,
由题图乙可知对应的温度为20 ℃。
14.答案　(1)大(2分)　(2)5×103(2分)　(3)b(2分)
解析　(1)当红灯亮时,若车辆越过停止线,力敏电阻所受压力增大,阻值减小,控制电路中总电阻减小,电流增大,电流表A的示数会变大。
(2)设力敏电阻阻值为R时,控制电路中的电流等于0.06 A,则
R总== Ω=150 Ω,
R总=2 Ω+8 Ω+50 Ω+R,
解得R=90 Ω,
由题图甲可知,此时力敏电阻受到的压力为5×103 N,所以车辆对力敏电阻的压力超过5×103 N后,车辆闯红灯时才会被拍照记录。
(3)若要增大“车辆闯红灯违规记录仪”的灵敏度,即车辆对力敏电阻的压力小于5×103 N时也要拍照,当压力小于5×103 N时,力敏电阻阻值大于90 Ω,此时若要拍照,电路中的总电阻不能大于150 Ω,就要减小滑动变阻器接入电路的阻值,故滑片应该向b端滑动。
15.答案　(1)R-r(3分)　(2)增大(2分)　(3)R2(2分)　(4)高电压(2分)　低电压(2分)
解析　(1)根据电路结构和闭合电路欧姆定律有E=U+(RG+r),
变形可得RG=R-r。
(2)根据表中的数据可知,光源到光敏电阻的距离越大(即光照强度越弱),电压表的示数越小,则光敏电阻两端的电压越大,则光敏电阻的阻值就越大,可知光敏电阻的阻值随光照强度的减小而增大。
(3)光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小,在题图(b)所示电路图中,如果R1是光敏电阻,有光照射光敏电阻时,外电路中总电阻R外减小,由闭合电路欧姆定律I=,可知干路电流增大,路端电压U=E-Ir减小,流过灯泡的电流减小,灯泡变暗,不能实现“有光照射光敏电阻时,小灯泡变亮,反之变暗”的功能,因此R1不是光敏电阻;如果R2是光敏电阻,有光照射光敏电阻时,外电路中的总电阻减小,干路电流增大,路端电压减小,流过R1的电流减小,流过灯泡的电流增大,灯泡变亮,能实现“有光照射光敏电阻时,小灯泡变亮,反之变暗”的功能,所以R2是光敏电阻。
(4)当有光照射R1时,R1的电阻减小,则整个电路的总电阻变小,电动势不变,则电流增大,所以R2两端的电压增大,即信号处理系统获得高电压,而信号处理系统每获得一次低电压就计数一次。
16.答案　(1)较小(2分)　(2)通道B(2分)　(3)①20(3分)　②R0(2分)　③16(3分)
解析　(1)由图乙可知当大苹果通过托盘秤时,R所受的压力较大,电阻较小。
(2)大苹果通过托盘秤时,R0两端的电压达到放大电路的激励电压,使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁,大苹果进入下面的通道B。
(3)①杠杆对R的压力为1 N,由图乙可知R的阻值为30 kΩ,为使该装置达到上述分拣目的,R0的阻值需满足=,
则R0=20 kΩ。
②苹果的质量增大,R的阻值减小,电源电动势不变,R0两端电压增大,为了满足电压表的示数随苹果质量的增大而增大,需要将电压表并联在R0两端。
③根据=可知分拣标准提高到0.33 kg时,压力为2.2 N,此时R的阻值为24 kΩ,根据串联电路的分压原理可知,R0的阻值应该调至16 kΩ。
17.答案　(1)0　(2)10 m/s2
解析　(1)开关S断开时,极板间的粉尘恰好静止,则电场力方向竖直向上,有
mg=qE,(1分)
LC电路的振荡周期
T=2π=2π× s=2π×10-5 s,(2分)
因此t=2π×10-5 s时,振荡电路恰好经历一个周期,极板间场强的大小、方向均与原来相同,则粉尘加速度为0。(3分)
(2)电容器放电过程中,两极板的电荷量减小,电路中的电流增大,当电流最大时,两极板的电荷量为零,粉尘只受重力。(2分)
根据牛顿第二定律,有
mg=ma,(2分)
解得a=10 m/s2。(2分)
18.答案　0.1 m/s　向右
解析　估算流过电阻丝的电流为
I== A=100 mA,(2分)
该电流远远大于电容器的充、放电电流,故电容器对电路的影响较小,电阻丝与电源串联,当P移动Δx时,电容器上电压的变化量为ΔU,
ΔU=IΔR=Δx,(3分)
其充、放电电流
I0===·,(3分)
v=,
所以v==0.1 m/s,(3分)
又因I0由N流向M,故电容器放电,P右移,物体移动方向向右。(2分)