第5章 传感器及其应用 综合拔高练（含答案解析）
文档属性
| 名称 | 第5章 传感器及其应用 综合拔高练（含答案解析） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 748.1KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 鲁科版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-07-22 17:34:37 | ||
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文档简介
综合拔高练
高考真题练
考点1 传感器
1.(多选题)(2022全国乙,18)安装适当的软件后,利用智能手机中的磁传感器可以测量磁感应强度B。如图,在手机上建立直角坐标系,手机显示屏所在平面为xOy面。某同学在某地对地磁场进行了四次测量,每次测量时y轴指向不同方向而z轴正向保持竖直向上。根据表中测量结果可推知 ( )
测量序号 Bx/μT By/μT Bz/μT
1 0 21 -45
2 0 -20 -46
3 21 0 -45
4 -21 0 -45
A.测量地点位于南半球
B.当地的地磁场大小约为50 μT
C.第2次测量时y轴正向指向南方
D.第3次测量时y轴正向指向东方
考点2 敏感元件与电学实验综合
2.(2024全国甲,23)电阻型氧气传感器的阻值会随所处环境中的氧气含量发生变化。在保持流过传感器的电流(即工作电流)恒定的条件下,通过测量不同氧气含量下传感器两端的电压,建立电压与氧气含量之间的对应关系,这一过程称为定标。一同学用图(a)所示电路对他制作的一个氧气传感器定标。实验器材有:装在气室内的氧气传感器(工作电流1 mA)、毫安表(内阻可忽略)、电压表、电源、滑动变阻器、开关、导线若干、5个气瓶(氧气含量分别为1%、5%、10%、15%、20%)。
完成下列实验步骤并填空:
(1)将图(a)中的实验器材间的连线补充完整,使其能对传感器定标;
(2)连接好实验器材,把氧气含量为1%的气瓶接到气体入口;
(3)把滑动变阻器的滑片滑到 端(填“a”或“b”),闭合开关;
(4)缓慢调整滑动变阻器的滑片位置,使毫安表的示数为1 mA,记录电压表的示数U;
(5)断开开关,更换气瓶,重复步骤(3)和(4);
(6)获得的氧气含量分别为1%、5%、10%和15%的数据已标在图(b)中;氧气含量为20%时电压表的示数如图(c),该示数为 V(结果保留2位小数)。
现测量一瓶待测氧气含量的气体,将气瓶接到气体入口,调整滑动变阻器滑片位置使毫安表的示数为1 mA,此时电压表的示数为1.50 V,则此瓶气体的氧气含量为 %(结果保留整数)。
3.(2023湖南,12)某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置,其电路如图(a)所示,R1、R2、R3为电阻箱,RF为半导体薄膜压力传感器,C、D间连接电压传感器(内阻无穷大)。
(1)先用欧姆表“×100”挡粗测RF的阻值,示数如图(b)所示,对应的读数是 Ω;
(2)适当调节R1、R2、R3,使电压传感器示数为0,此时,RF的阻值为 (用R1、R2、R3表示);
(3)依次将0.5 g的标准砝码加载到压力传感器上(压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小),读出电压传感器示数U,所测数据如表所示:
次数 1 2 3 4 5 6
砝码质量m/g 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
电压U/mV 0 57 115 168 220 280
根据表中数据在图(c)上描点,绘制U-m关系图线;
(4)完成前面三步的实验工作后,该测量微小压力的装置即可投入使用。在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F0,电压传感器示数为200 mV,则F0大小是 N(重力加速度取9.8 m/s2,保留2位有效数字);
(5)若在步骤(4)中换用非理想毫伏表测量C、D间电压,在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F1,此时非理想毫伏表读数为200 mV,则F1 F0(填“>”“=”或“<”)。
4.(2021山东,14)热敏电阻是传感器中经常使用的元件,某学习小组要探究一热敏电阻的阻值随温度变化的规律。可供选择的器材有:
待测热敏电阻RT(实验温度范围内,阻值约几百欧到几千欧);
电源E(电动势1.5 V,内阻r约为0.5 Ω);
电阻箱R(阻值范围0~9 999.99 Ω);
滑动变阻器R1(最大阻值20 Ω);
滑动变阻器R2(最大阻值2 000 Ω);
微安表(量程100 μA,内阻等于2 500 Ω);
开关两个,温控装置一套,导线若干。
图甲
同学们设计了如图甲所示的测量电路,主要实验步骤如下:
①按图示连接电路;
②闭合S1、S2,调节滑动变阻器滑片P的位置,使微安表指针满偏;
③保持滑动变阻器滑片P位置不变,断开S2,调节电阻箱,使微安表指针半偏;
④记录此时的温度和电阻箱的阻值。
回答下列问题:
(1)为了更准确地测量热敏电阻的阻值,滑动变阻器应选用 (填“R1”或“R2”)。
(2)请用笔画线代替导线,将实物图(不含温控装置)连接成完整电路。
(3)某温度下微安表半偏时,电阻箱的读数为6 000.00 Ω,该温度下热敏电阻的测量值为 Ω(结果保留到个位),该测量值 (填“大于”或“小于”)真实值。
(4)多次实验后,学习小组绘制了如图乙所示的图像。由图像可知,该热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐 (填“增大”或“减小”)。
高考真题练
应用实践
1.如图所示为一个简易的高温报警器原理图。RT为热敏电阻,S为斯密特触发器,其工作特点为当A端电势上升到高电势1.6 V时,Y端从高电势跳到低电势0.25 V;当A端电势下降到低电势0.8 V时,Y端从低电势跳到高电势3.4 V。已知蜂鸣器的工作电压为3~5 V,下列说法正确的是 ( )
A.A端为高电势时蜂鸣器报警
B.温度升高,热敏电阻阻值增大
C.滑片P向b端移动,可提高温度报警器的报警温度
D.若无斯密特触发器,可通过将RP与RT调换位置实现同样的功能
2某磁敏电阻R的阻值随外加磁场的磁感应强度B的增大而增大。有一位同学利用该磁敏电阻设计了一款可以测量小车加速度的实验装置,如图所示,条形磁铁的左、右两端分别连接两根相同的轻质弹簧,两弹簧的另一端固定在小车两侧的竖直挡板上,磁铁可以相对于小车无摩擦地左右移动。下列说法正确的是 ( )
A.小车向右做匀速直线运动的过程中,电流表示数变大
B.小车向右做匀减速直线运动的过程中,电压表示数变小
C.小车向左做加速度逐渐增大的加速直线运动的过程中,电流表示数变大
D.小车向左做匀减速直线运动的过程中,电压表示数变小
3.压电式传感器自身可以产生电压,某压电式传感器输出电压与所受压力成正比,利用该压电式传感器可以设计一个电路来判断升降机的运动情况,其工作原理如图1所示。将压电式传感器固定在升降机底板上,其上放置一个绝缘物块,0~t1时间内升降机匀速上升,从t=0时刻开始,电流表中电流随时间变化的情况如图2所示,图2中两段曲线为半径相同的半圆,下列判断正确的是 ( )
图1
图2
A.t1~t2时间内,升降机的动能先增大后减小
B.t2~t3时间内,升降机处于静止状态
C.t3~t4时间内,物块机械能减小
D.t1、t4时刻,升降机速度相同
4.自行车速度计的工作时主要依靠的就是安装在前轮上的一块磁铁,当磁铁运动到霍尔元件附近时,就产生了霍尔电压,霍尔电压通过导线传入一个小型放大器中,放大器就能检测到霍尔电压,这样便可测出在某段时间内的脉冲数。当自行车以某个速度匀速直线行驶时,检测到1 s内的脉冲数为N,已知磁铁和霍尔元件到前轮轮轴的距离均为R1,前轮的半径为R2,脉冲的宽度为Δt,峰值为Um,下列说法正确的是 ( )
A.车速越快,脉冲的峰值Um越大
B.车速越快,脉冲的宽度Δt越大
C.车速为2πNR2
D.车速为2πNR1
5.某实验小组为测量一个热敏电阻的阻值(可变范围15~100 Ω)随温度变化的关系,利用下列仪器设计了如图甲所示的电路图:
A.电源E(电动势为12 V,内阻约为1 Ω)
B.电压表V1(量程为0~6 V,内阻约为3 kΩ)
C.电压表V2(量程为0~15 V,内阻约为5 kΩ)
D.电流计G(量程为0~100 mA,内阻为10 Ω)
E.滑动变阻器R1(最大阻值为10 Ω,允许通过的最大电流为3 A)
F.定值电阻R0=10 Ω
(1)断开开关S2,闭合开关S1,调节滑动变阻器测出较低温度时的热敏电阻阻值;
(2)随着热敏电阻周围温度升高,所测电流逐渐增大,当通过热敏电阻的电流即将超过100 mA时,闭合开关S2,相当于将电流计改装为最大测量值为 mA的电流表,并继续进行电阻的测量;
(3)为减小实验误差,应保证电表示数超过最大测量值的三分之一,则电压表应选择 (选填“V1”或“V2”);
(4)经过测量得出热敏电阻的阻值R与温度t的关系图像如图乙所示,该小组利用此热敏电阻R与继电器组成一个简单恒温箱温控电路,如图丙所示,当线圈中的电流达到一定值时,继电器的衔铁被吸合,图中“电源”是恒温箱加热器的电源。则恒温箱的加热器应接在 (选填“A、B”或“C、D”)端;若要提高恒温箱内的温度,应 (选填“调大”或“调小”)滑动变阻器R'接入电路的阻值。
迁移创新
6.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为转动轴的杠杆上,杠杆末端压在压力传感器R上,R的阻值随压力变化的关系如图乙所示。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动状态。
(1)当大苹果通过托盘秤时,R所受的压力较大,电阻 (填“较大”或“较小”)。
(2)自动分拣装置正常工作时,大苹果通过 (填“通道A”或“通道B”)。
(3)若电源1的电动势为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2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 (填“R”“R0”或“电源1”)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2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)
答案与分层梯度式解析
综合拔高练
高考真题练
1.BC 依题意,z轴正向保持竖直向上,测量结果表明z轴方向的磁感应强度为负,即测量地点的磁感应强度的竖直分量是向下的,说明测量地点位于北半球,A错误;每次测量得到的地磁场的两个分量互相垂直,任选一组数据根据平行四边形定则可以求出当地的地磁场磁感应强度大小约为50 μT,B正确;在北半球,地磁场的水平分量是由南向北的,第2次测量时得到的水平分量即By是负值,说明y轴正向与地磁场的水平分量方向相反,即指向南方,C正确;第3次测量时By为零,说明y轴沿东西方向,又因Bx为正,即x轴正向指北方,则y轴正向应指向西方,D错误。
2.答案 (1)如图所示 (3)a (6)1.40 17
解析 (1)毫安表内阻可忽略,故毫安表不分压,则毫安表采用内接法,且要测量多组不同氧气含量下传感器两端电压,故控制电路采用滑动变阻器分压式接法。
(3)控制电路采用滑动变阻器分压式接法,则为保证测量电路安全,实验前应将滑动变阻器的滑片滑到a端。
(6)电压表分度值为0.1 V,估读到分度值下一位刚好保留2位小数,示数为1.40 V。
在题图(b)中将氧气含量为20%时的数据标出,将各点连线作图线,由图线可看出,电压表示数为1.5 V时,此瓶气体的氧气含量为17%。
3.答案 (1)1 000 (2) (3)如图所示
(4)0.018 (5)>
解析 (1)欧姆表选择“×100”挡,由题图(b)可知读数为1 000 Ω。
(2)由题图(a)可知,要使电压传感器示数为0,上、下两条支路中R1和R2的分压应相等,即=,可得RF=。
(3)根据题表中数据描点作图,注意使图线通过尽量多的点,如答案图所示。
(4)由图可得200 mV的电压对应砝码的质量约为1.8 g,则F0=mg≈0.018 N。
(5)非理想毫伏表测得的电压偏小,即要达到相同的电压,所需压力会偏大,则F1>F0。
4.答案 (1)R1 (2)如图所示
(3)3 500 大于 (4)减小
解析 (1)对于分压式电路,滑动变阻器应选用总阻值较小的,以保证测量电路所在支路电阻发生变化时对电压的影响较小。
(2)实物连线图见答案。
(3)由实验步骤可知R=RT+RμA,解得RT=3 500 Ω,断开S2后,支路总电阻增大,电压增大,有U2>U1,U2=+R>U1,R>RT+RμA,则热敏电阻的测量值偏大。
(4)增大时,T减小,此时lnRT增大,即RT增大,说明热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐减小。
高考模拟练
1.C A端电势上升到高电势1.6 V时,Y端从高电势跳到低电势0.25 V,蜂鸣器两端电压小于蜂鸣器的工作电压,不报警,A错误;高温报警器在温度较高时报警,即在温度升高到一定值时,Y端从低电势跳到高电势3.4 V,则A端电势为低电势0.8 V,滑动变阻器与热敏电阻串联,根据串联电路的分压原理可知,此时热敏电阻阻值较小,B错误;滑片P向b端移动,滑动变阻器连入电路中的电阻减小,根据串联电路的分压原理可知,当A端电势下降到低电势0.8 V时热敏电阻的阻值减小了,对应的温度升高了,即提高了温度报警器的报警温度,C正确;若无斯密特触发器,将RP与RT调换位置后,当温度升高时,热敏电阻的阻值减小,A端电势升高,达到3 V时,蜂鸣器报警,当温度降低时,热敏电阻的阻值增大,A端电势降低,低于3 V时,蜂鸣器不工作,与斯密特触发器的工作特点不同,D错误。故选C。
2.C 小车向右做匀速直线运动的过程中,磁铁受力平衡,磁铁与磁敏电阻之间的距离保持不变,磁敏电阻的阻值不变,电路中的电流不变,A错误;小车向右做匀减速直线运动的过程中,磁铁具有向左的加速度,受到的合力向左,故左侧的弹簧拉伸,右侧的弹簧压缩,因为小车的加速度恒定,弹簧形变量保持不变,磁铁与磁敏电阻之间的距离保持不变,磁敏电阻的阻值不变,磁敏电阻两端的电压不变,电压表示数不变,B错误;小车向左做加速度逐渐增大的加速直线运动过程中,磁铁具有向左的加速度,受到的合力向左,故左侧的弹簧拉伸,右侧的弹簧压缩,因为磁铁的加速度逐渐增大,故弹簧形变量逐渐增大,磁铁与磁敏电阻之间的距离逐渐增大,磁敏电阻的阻值减小,电路中的电流增大,电流表的示数变大,C正确;小车向左做匀减速直线运动的过程中,磁铁具有向右的加速度,受到的合力向右,故右侧的弹簧拉伸,左侧的弹簧压缩,因为小车的加速度恒定,弹簧的形变量保持不变,磁铁与磁敏电阻之间的距离保持不变,磁敏电阻的阻值不变,电路中的电流不变,电压表示数不变,D错误。故选C。
3.D 因为传感器输出电压与所受压力成正比,根据欧姆定律I=可知回路中的电流与传感器所受到的压力也成正比,结合题图2,可知t1~t2时间内,传感器所受到的压力先增大后减小,又因为0~t1时间内升降机匀速上升,物块对升降机的压力等于重力,所以t1~t2时间内传感器所受到的压力始终大于重力,即物块受到的支持力大于重力,根据牛顿第二定律,有FN-mg=ma,物块先做加速度增大的加速运动,后做加速度减小的加速运动,故升降机的动能一直增大,A错误;t2~t3时间内电流已经减小到与0~t1时间段内相同,又因为t1~t2时间内升降机一直加速运动,所以在t2~t3时间内升降机匀速运动,B错误;t3~t4时间内,升降机先做加速度增大的减速运动,后做加速度减小的减速运动,又因为题图2中两段曲线为半径相同的半圆,所以升降机始终在向上运动,物块受到的支持力始终做正功,所以物块的机械能增大,C错误;根据上述分析,回路中的电流与传感器所受到的压力成正比,可根据题图2画出物块所受到的合力与时间的关系图像,如图所示,两段曲线为半径相同的半圆,根据动量定理可知t1~t4时间内合外力的冲量为零,t1、t4时刻,物块的速度相同,即t1、t4时刻,升降机速度相同,D正确。故选D。
4.C 根据qvB=q得,Um=Bdv,由电流的微观定义式I=nqSv,n是单位体积内的载流子数,q是单个载流子所带的电荷量,S是导体的横截面积,v是载流子定向运动的速度,整理得v=,联立解得Um=,可知保持电流不变,Um与车速大小无关,故A错误;车速越快,脉冲的宽度Δt应越小,故B错误;由题意知在t=1 s内测得的脉冲数为N,则自行车的转速为n0=,则车速为v=2πNR2,故C正确,D错误。
5.答案 (2)200 (3)V1 (4)A、B 调大
解析 (2)闭合开关S2,电流计与R0并联,则相当于将电流计改装为较大量程的电流表,其最大测量值为I=Ig+=200 mA。
(3)闭合开关S2,通过热敏电阻的电流为200 mA时,若热敏电阻的阻值为15 Ω,则热敏电阻两端的电压U=IR=3 V,故电压表应选择V1。
(4)由于热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,当线圈中的电流达到一定值时,继电器的衔铁被吸合,恒温箱的加热器停止加热,故应该把恒温箱内的加热器接在A、B端。根据闭合电路欧姆定律可得I=,停止加热时线圈中的电流不变,若恒温箱内的温度保持在更高的数值,停止加热时热敏电阻的阻值变小,则滑动变阻器R'接入电路的阻值应调大。
6.答案 (1)较小 (2)通道B (3)①20 ②R0 ③16
解析 (1)当大苹果通过托盘秤时,R所受的压力较大,由题图乙可知电阻较小。
(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,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,对照题图乙,可知R阻值为30 kΩ,R0的阻值需满足=,则R0=20 kΩ。
②随着苹果质量增大,R阻值减小,R分压减小,电源1的电动势不变,R0分压增大,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,由=,得R0=16 kΩ,即R0的阻值应该调至16 kΩ。
7
高考真题练
考点1 传感器
1.(多选题)(2022全国乙,18)安装适当的软件后,利用智能手机中的磁传感器可以测量磁感应强度B。如图,在手机上建立直角坐标系,手机显示屏所在平面为xOy面。某同学在某地对地磁场进行了四次测量,每次测量时y轴指向不同方向而z轴正向保持竖直向上。根据表中测量结果可推知 ( )
测量序号 Bx/μT By/μT Bz/μT
1 0 21 -45
2 0 -20 -46
3 21 0 -45
4 -21 0 -45
A.测量地点位于南半球
B.当地的地磁场大小约为50 μT
C.第2次测量时y轴正向指向南方
D.第3次测量时y轴正向指向东方
考点2 敏感元件与电学实验综合
2.(2024全国甲,23)电阻型氧气传感器的阻值会随所处环境中的氧气含量发生变化。在保持流过传感器的电流(即工作电流)恒定的条件下,通过测量不同氧气含量下传感器两端的电压,建立电压与氧气含量之间的对应关系,这一过程称为定标。一同学用图(a)所示电路对他制作的一个氧气传感器定标。实验器材有:装在气室内的氧气传感器(工作电流1 mA)、毫安表(内阻可忽略)、电压表、电源、滑动变阻器、开关、导线若干、5个气瓶(氧气含量分别为1%、5%、10%、15%、20%)。
完成下列实验步骤并填空:
(1)将图(a)中的实验器材间的连线补充完整,使其能对传感器定标;
(2)连接好实验器材,把氧气含量为1%的气瓶接到气体入口;
(3)把滑动变阻器的滑片滑到 端(填“a”或“b”),闭合开关;
(4)缓慢调整滑动变阻器的滑片位置,使毫安表的示数为1 mA,记录电压表的示数U;
(5)断开开关,更换气瓶,重复步骤(3)和(4);
(6)获得的氧气含量分别为1%、5%、10%和15%的数据已标在图(b)中;氧气含量为20%时电压表的示数如图(c),该示数为 V(结果保留2位小数)。
现测量一瓶待测氧气含量的气体,将气瓶接到气体入口,调整滑动变阻器滑片位置使毫安表的示数为1 mA,此时电压表的示数为1.50 V,则此瓶气体的氧气含量为 %(结果保留整数)。
3.(2023湖南,12)某探究小组利用半导体薄膜压力传感器等元件设计了一个测量微小压力的装置,其电路如图(a)所示,R1、R2、R3为电阻箱,RF为半导体薄膜压力传感器,C、D间连接电压传感器(内阻无穷大)。
(1)先用欧姆表“×100”挡粗测RF的阻值,示数如图(b)所示,对应的读数是 Ω;
(2)适当调节R1、R2、R3,使电压传感器示数为0,此时,RF的阻值为 (用R1、R2、R3表示);
(3)依次将0.5 g的标准砝码加载到压力传感器上(压力传感器上所受压力大小等于砝码重力大小),读出电压传感器示数U,所测数据如表所示:
次数 1 2 3 4 5 6
砝码质量m/g 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
电压U/mV 0 57 115 168 220 280
根据表中数据在图(c)上描点,绘制U-m关系图线;
(4)完成前面三步的实验工作后,该测量微小压力的装置即可投入使用。在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F0,电压传感器示数为200 mV,则F0大小是 N(重力加速度取9.8 m/s2,保留2位有效数字);
(5)若在步骤(4)中换用非理想毫伏表测量C、D间电压,在半导体薄膜压力传感器上施加微小压力F1,此时非理想毫伏表读数为200 mV,则F1 F0(填“>”“=”或“<”)。
4.(2021山东,14)热敏电阻是传感器中经常使用的元件,某学习小组要探究一热敏电阻的阻值随温度变化的规律。可供选择的器材有:
待测热敏电阻RT(实验温度范围内,阻值约几百欧到几千欧);
电源E(电动势1.5 V,内阻r约为0.5 Ω);
电阻箱R(阻值范围0~9 999.99 Ω);
滑动变阻器R1(最大阻值20 Ω);
滑动变阻器R2(最大阻值2 000 Ω);
微安表(量程100 μA,内阻等于2 500 Ω);
开关两个,温控装置一套,导线若干。
图甲
同学们设计了如图甲所示的测量电路,主要实验步骤如下:
①按图示连接电路;
②闭合S1、S2,调节滑动变阻器滑片P的位置,使微安表指针满偏;
③保持滑动变阻器滑片P位置不变,断开S2,调节电阻箱,使微安表指针半偏;
④记录此时的温度和电阻箱的阻值。
回答下列问题:
(1)为了更准确地测量热敏电阻的阻值,滑动变阻器应选用 (填“R1”或“R2”)。
(2)请用笔画线代替导线,将实物图(不含温控装置)连接成完整电路。
(3)某温度下微安表半偏时,电阻箱的读数为6 000.00 Ω,该温度下热敏电阻的测量值为 Ω(结果保留到个位),该测量值 (填“大于”或“小于”)真实值。
(4)多次实验后,学习小组绘制了如图乙所示的图像。由图像可知,该热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐 (填“增大”或“减小”)。
高考真题练
应用实践
1.如图所示为一个简易的高温报警器原理图。RT为热敏电阻,S为斯密特触发器,其工作特点为当A端电势上升到高电势1.6 V时,Y端从高电势跳到低电势0.25 V;当A端电势下降到低电势0.8 V时,Y端从低电势跳到高电势3.4 V。已知蜂鸣器的工作电压为3~5 V,下列说法正确的是 ( )
A.A端为高电势时蜂鸣器报警
B.温度升高,热敏电阻阻值增大
C.滑片P向b端移动,可提高温度报警器的报警温度
D.若无斯密特触发器,可通过将RP与RT调换位置实现同样的功能
2某磁敏电阻R的阻值随外加磁场的磁感应强度B的增大而增大。有一位同学利用该磁敏电阻设计了一款可以测量小车加速度的实验装置,如图所示,条形磁铁的左、右两端分别连接两根相同的轻质弹簧,两弹簧的另一端固定在小车两侧的竖直挡板上,磁铁可以相对于小车无摩擦地左右移动。下列说法正确的是 ( )
A.小车向右做匀速直线运动的过程中,电流表示数变大
B.小车向右做匀减速直线运动的过程中,电压表示数变小
C.小车向左做加速度逐渐增大的加速直线运动的过程中,电流表示数变大
D.小车向左做匀减速直线运动的过程中,电压表示数变小
3.压电式传感器自身可以产生电压,某压电式传感器输出电压与所受压力成正比,利用该压电式传感器可以设计一个电路来判断升降机的运动情况,其工作原理如图1所示。将压电式传感器固定在升降机底板上,其上放置一个绝缘物块,0~t1时间内升降机匀速上升,从t=0时刻开始,电流表中电流随时间变化的情况如图2所示,图2中两段曲线为半径相同的半圆,下列判断正确的是 ( )
图1
图2
A.t1~t2时间内,升降机的动能先增大后减小
B.t2~t3时间内,升降机处于静止状态
C.t3~t4时间内,物块机械能减小
D.t1、t4时刻,升降机速度相同
4.自行车速度计的工作时主要依靠的就是安装在前轮上的一块磁铁,当磁铁运动到霍尔元件附近时,就产生了霍尔电压,霍尔电压通过导线传入一个小型放大器中,放大器就能检测到霍尔电压,这样便可测出在某段时间内的脉冲数。当自行车以某个速度匀速直线行驶时,检测到1 s内的脉冲数为N,已知磁铁和霍尔元件到前轮轮轴的距离均为R1,前轮的半径为R2,脉冲的宽度为Δt,峰值为Um,下列说法正确的是 ( )
A.车速越快,脉冲的峰值Um越大
B.车速越快,脉冲的宽度Δt越大
C.车速为2πNR2
D.车速为2πNR1
5.某实验小组为测量一个热敏电阻的阻值(可变范围15~100 Ω)随温度变化的关系,利用下列仪器设计了如图甲所示的电路图:
A.电源E(电动势为12 V,内阻约为1 Ω)
B.电压表V1(量程为0~6 V,内阻约为3 kΩ)
C.电压表V2(量程为0~15 V,内阻约为5 kΩ)
D.电流计G(量程为0~100 mA,内阻为10 Ω)
E.滑动变阻器R1(最大阻值为10 Ω,允许通过的最大电流为3 A)
F.定值电阻R0=10 Ω
(1)断开开关S2,闭合开关S1,调节滑动变阻器测出较低温度时的热敏电阻阻值;
(2)随着热敏电阻周围温度升高,所测电流逐渐增大,当通过热敏电阻的电流即将超过100 mA时,闭合开关S2,相当于将电流计改装为最大测量值为 mA的电流表,并继续进行电阻的测量;
(3)为减小实验误差,应保证电表示数超过最大测量值的三分之一,则电压表应选择 (选填“V1”或“V2”);
(4)经过测量得出热敏电阻的阻值R与温度t的关系图像如图乙所示,该小组利用此热敏电阻R与继电器组成一个简单恒温箱温控电路,如图丙所示,当线圈中的电流达到一定值时,继电器的衔铁被吸合,图中“电源”是恒温箱加热器的电源。则恒温箱的加热器应接在 (选填“A、B”或“C、D”)端;若要提高恒温箱内的温度,应 (选填“调大”或“调小”)滑动变阻器R'接入电路的阻值。
迁移创新
6.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为转动轴的杠杆上,杠杆末端压在压力传感器R上,R的阻值随压力变化的关系如图乙所示。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动状态。
(1)当大苹果通过托盘秤时,R所受的压力较大,电阻 (填“较大”或“较小”)。
(2)自动分拣装置正常工作时,大苹果通过 (填“通道A”或“通道B”)。
(3)若电源1的电动势为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2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 (填“R”“R0”或“电源1”)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2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)
答案与分层梯度式解析
综合拔高练
高考真题练
1.BC 依题意,z轴正向保持竖直向上,测量结果表明z轴方向的磁感应强度为负,即测量地点的磁感应强度的竖直分量是向下的,说明测量地点位于北半球,A错误;每次测量得到的地磁场的两个分量互相垂直,任选一组数据根据平行四边形定则可以求出当地的地磁场磁感应强度大小约为50 μT,B正确;在北半球,地磁场的水平分量是由南向北的,第2次测量时得到的水平分量即By是负值,说明y轴正向与地磁场的水平分量方向相反,即指向南方,C正确;第3次测量时By为零,说明y轴沿东西方向,又因Bx为正,即x轴正向指北方,则y轴正向应指向西方,D错误。
2.答案 (1)如图所示 (3)a (6)1.40 17
解析 (1)毫安表内阻可忽略,故毫安表不分压,则毫安表采用内接法,且要测量多组不同氧气含量下传感器两端电压,故控制电路采用滑动变阻器分压式接法。
(3)控制电路采用滑动变阻器分压式接法,则为保证测量电路安全,实验前应将滑动变阻器的滑片滑到a端。
(6)电压表分度值为0.1 V,估读到分度值下一位刚好保留2位小数,示数为1.40 V。
在题图(b)中将氧气含量为20%时的数据标出,将各点连线作图线,由图线可看出,电压表示数为1.5 V时,此瓶气体的氧气含量为17%。
3.答案 (1)1 000 (2) (3)如图所示
(4)0.018 (5)>
解析 (1)欧姆表选择“×100”挡,由题图(b)可知读数为1 000 Ω。
(2)由题图(a)可知,要使电压传感器示数为0,上、下两条支路中R1和R2的分压应相等,即=,可得RF=。
(3)根据题表中数据描点作图,注意使图线通过尽量多的点,如答案图所示。
(4)由图可得200 mV的电压对应砝码的质量约为1.8 g,则F0=mg≈0.018 N。
(5)非理想毫伏表测得的电压偏小,即要达到相同的电压,所需压力会偏大,则F1>F0。
4.答案 (1)R1 (2)如图所示
(3)3 500 大于 (4)减小
解析 (1)对于分压式电路,滑动变阻器应选用总阻值较小的,以保证测量电路所在支路电阻发生变化时对电压的影响较小。
(2)实物连线图见答案。
(3)由实验步骤可知R=RT+RμA,解得RT=3 500 Ω,断开S2后,支路总电阻增大,电压增大,有U2>U1,U2=+R>U1,R>RT+RμA,则热敏电阻的测量值偏大。
(4)增大时,T减小,此时lnRT增大,即RT增大,说明热敏电阻的阻值随温度的升高逐渐减小。
高考模拟练
1.C A端电势上升到高电势1.6 V时,Y端从高电势跳到低电势0.25 V,蜂鸣器两端电压小于蜂鸣器的工作电压,不报警,A错误;高温报警器在温度较高时报警,即在温度升高到一定值时,Y端从低电势跳到高电势3.4 V,则A端电势为低电势0.8 V,滑动变阻器与热敏电阻串联,根据串联电路的分压原理可知,此时热敏电阻阻值较小,B错误;滑片P向b端移动,滑动变阻器连入电路中的电阻减小,根据串联电路的分压原理可知,当A端电势下降到低电势0.8 V时热敏电阻的阻值减小了,对应的温度升高了,即提高了温度报警器的报警温度,C正确;若无斯密特触发器,将RP与RT调换位置后,当温度升高时,热敏电阻的阻值减小,A端电势升高,达到3 V时,蜂鸣器报警,当温度降低时,热敏电阻的阻值增大,A端电势降低,低于3 V时,蜂鸣器不工作,与斯密特触发器的工作特点不同,D错误。故选C。
2.C 小车向右做匀速直线运动的过程中,磁铁受力平衡,磁铁与磁敏电阻之间的距离保持不变,磁敏电阻的阻值不变,电路中的电流不变,A错误;小车向右做匀减速直线运动的过程中,磁铁具有向左的加速度,受到的合力向左,故左侧的弹簧拉伸,右侧的弹簧压缩,因为小车的加速度恒定,弹簧形变量保持不变,磁铁与磁敏电阻之间的距离保持不变,磁敏电阻的阻值不变,磁敏电阻两端的电压不变,电压表示数不变,B错误;小车向左做加速度逐渐增大的加速直线运动过程中,磁铁具有向左的加速度,受到的合力向左,故左侧的弹簧拉伸,右侧的弹簧压缩,因为磁铁的加速度逐渐增大,故弹簧形变量逐渐增大,磁铁与磁敏电阻之间的距离逐渐增大,磁敏电阻的阻值减小,电路中的电流增大,电流表的示数变大,C正确;小车向左做匀减速直线运动的过程中,磁铁具有向右的加速度,受到的合力向右,故右侧的弹簧拉伸,左侧的弹簧压缩,因为小车的加速度恒定,弹簧的形变量保持不变,磁铁与磁敏电阻之间的距离保持不变,磁敏电阻的阻值不变,电路中的电流不变,电压表示数不变,D错误。故选C。
3.D 因为传感器输出电压与所受压力成正比,根据欧姆定律I=可知回路中的电流与传感器所受到的压力也成正比,结合题图2,可知t1~t2时间内,传感器所受到的压力先增大后减小,又因为0~t1时间内升降机匀速上升,物块对升降机的压力等于重力,所以t1~t2时间内传感器所受到的压力始终大于重力,即物块受到的支持力大于重力,根据牛顿第二定律,有FN-mg=ma,物块先做加速度增大的加速运动,后做加速度减小的加速运动,故升降机的动能一直增大,A错误;t2~t3时间内电流已经减小到与0~t1时间段内相同,又因为t1~t2时间内升降机一直加速运动,所以在t2~t3时间内升降机匀速运动,B错误;t3~t4时间内,升降机先做加速度增大的减速运动,后做加速度减小的减速运动,又因为题图2中两段曲线为半径相同的半圆,所以升降机始终在向上运动,物块受到的支持力始终做正功,所以物块的机械能增大,C错误;根据上述分析,回路中的电流与传感器所受到的压力成正比,可根据题图2画出物块所受到的合力与时间的关系图像,如图所示,两段曲线为半径相同的半圆,根据动量定理可知t1~t4时间内合外力的冲量为零,t1、t4时刻,物块的速度相同,即t1、t4时刻,升降机速度相同,D正确。故选D。
4.C 根据qvB=q得,Um=Bdv,由电流的微观定义式I=nqSv,n是单位体积内的载流子数,q是单个载流子所带的电荷量,S是导体的横截面积,v是载流子定向运动的速度,整理得v=,联立解得Um=,可知保持电流不变,Um与车速大小无关,故A错误;车速越快,脉冲的宽度Δt应越小,故B错误;由题意知在t=1 s内测得的脉冲数为N,则自行车的转速为n0=,则车速为v=2πNR2,故C正确,D错误。
5.答案 (2)200 (3)V1 (4)A、B 调大
解析 (2)闭合开关S2,电流计与R0并联,则相当于将电流计改装为较大量程的电流表,其最大测量值为I=Ig+=200 mA。
(3)闭合开关S2,通过热敏电阻的电流为200 mA时,若热敏电阻的阻值为15 Ω,则热敏电阻两端的电压U=IR=3 V,故电压表应选择V1。
(4)由于热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,当线圈中的电流达到一定值时,继电器的衔铁被吸合,恒温箱的加热器停止加热,故应该把恒温箱内的加热器接在A、B端。根据闭合电路欧姆定律可得I=,停止加热时线圈中的电流不变,若恒温箱内的温度保持在更高的数值,停止加热时热敏电阻的阻值变小,则滑动变阻器R'接入电路的阻值应调大。
6.答案 (1)较小 (2)通道B (3)①20 ②R0 ③16
解析 (1)当大苹果通过托盘秤时,R所受的压力较大,由题图乙可知电阻较小。
(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,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,对照题图乙,可知R阻值为30 kΩ,R0的阻值需满足=,则R0=20 kΩ。
②随着苹果质量增大,R阻值减小,R分压减小,电源1的电动势不变,R0分压增大,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,由=,得R0=16 kΩ,即R0的阻值应该调至16 kΩ。
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