2015-2016学年高中物理人教版选修3-2 第6章 传感器综合能力测试

第6章
传感器
本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟
第Ⅰ卷(选择题　共40分)
一、选择题(共10小题，每小题4分，共4
( http: / / www.21cnjy.com )0分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)
1．(唐山一中2014～2015学年高二下学期开学检测)下列说法错误的是
(　　)
A．传感器担负着信息采集的任务
B．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号
C．自动洗衣机中水位的控制利用了压力传感装置
D．霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量
答案：B
解析：A.传感器是通过非电学量转换成电学量
( http: / / www.21cnjy.com )来传递信号的，传感器担负着信息采集的任务，故A正确；B.动圈式话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号，故B错误；C.自动洗衣机中水位的控制利用了压力传感装置，故C正确；D.霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量，故D正确。
2．(江苏扬州大学附中2013～2014学年高二下学期期中)关于传感器工作的一般流程，下列说法中正确的是
(　　)
A．非电学量→敏感元件→处理电路→电学量
B．非电学量→处理电路→敏感元件→电学量
C．电学量→敏感元件→处理电路→非电学量
D．电学量→处理电路→敏感元件→非电学量
答案：A
解析：传感器工作的一般流程为：非电学量被敏
( http: / / www.21cnjy.com )感元件感知，然后通过转换元件转换成电信号，再通过转换电路将此信号转换成易于传输或测量的电学量。因此B、C、D错，选项A正确。
3．机器人装有作为眼睛的“
( http: / / www.21cnjy.com )传感器”，犹如大脑的“控制器”，以及可以行走的“执行器”，在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯。下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是
(　　)
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A．力传感器
B．光传感器
C．温度传感器
D．声音传感器
答案：B
解析：遇到障碍物会绕开，说明它是光传感器，故选项B正确，选项A、C、D错误。
4.某学习小组的同学在用多用电表研究热
( http: / / www.21cnjy.com )敏特性实验中，安装好如图所示的装置。向杯内加入冷水，温度计的示数为20℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R1。然后向杯内加入热水，温度计的示数为60℃，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是
(　　)
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A．多用电表应选用电流挡，温度升高换用大量程测量
B．多用电表应选用电流挡，温度升高换用小量程测量
C．多用电表应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的档
D．多用电表应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的档
答案：D
解析：测电阻应选用欧姆挡。当温度升高时，热敏电阻受温度变化的影响，偏转角度增大，说明电阻阻值变小，所以应换用倍率小的挡。
5．(云南昭通2014～2015学年高二检测)如图所示，用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是
(　　)
A．严重污染时，LDR是高电阻
B．轻度污染时，LDR是高电阻
C．无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定
D．该仪器的使用不会因为白天和晚上受到影响
答案：A
解析：严重污染时，透过污水照到LD
( http: / / www.21cnjy.com )R上的光线较少，LDR电阻较大，A对、B错；LDR由半导体材料制成，受光照影响电阻会发生变化，C错；白天和晚上自然光强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，D错。
6．(黑龙江伊春2014～2015
( http: / / www.21cnjy.com )学年高二检测)如图所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、开关S与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中。两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m，电荷量为＋q的小球。S断开时传感器上有示数，S闭合时传感器上恰好无示数。重力加速度为g，则线圈中磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是
(　　)
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A．正在增强，＝　　　
B．正在增强，＝
C．正在减弱，＝
D．正在减弱，＝
答案：A
解析：S闭合时传感器上恰好无示数，说明小球受
( http: / / www.21cnjy.com )竖直向上的电场力，且电场力大小等于重力大小，因小球带正电，所以上极板带负电，下极板带正电，由楞次定律和安培定则可知感应电流的磁场向下，故磁场B正在增强，根据法拉第电磁感应定律E＝n＝U，又q·＝mg得＝，故A正确。
7．(黑龙江哈六中2013～2014学年高二下学期期中)如图所示为电熨斗的结构图，下列说法正确的是
(　　)
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A．双金属片上层金属的膨胀系数小于下层金属
B．常温下，上、下触点接触。温度过高时，双金属片发生弯曲使上、下触点分离
C．需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移
D．双金属片温度传感器的作用是控制电路的通断
答案：BCD
解析：常温下，上下触点接触
( http: / / www.21cnjy.com )在一起，电热丝通电加热，双金属片温度升高，双金属片膨胀系数上层大下层小，温度升到一定高度时双金属片向下弯曲使触点断开，故A错，B、D正确；需要较高温度熨烫时，要调节调温按钮，使升降螺丝下移，故C正确。
8．(兰州中学2014～
( http: / / www.21cnjy.com )2015学年高二检测)如图所示，RT为热敏电阻(温度升高，电阻减小)，R1为光敏电阻，R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，V为理想电压表，现发现电压表示数增大，可能的原因是
(　　)
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A．热敏电阻温度升高了
B．热敏电阻温度降低了
C．光照强度减弱了
D．光照强度增强了
答案：AC
解析：热敏电阻温度升高，其阻值减小，外
( http: / / www.21cnjy.com )电路的总电阻减小，总电流增大，光敏电阻的路端电压减小，通过光敏电阻的电流减小，则通过R3的电流增大，电压表的示数增大，A正确；同理分析可知B错误；光照强度减弱，光敏电阻的阻值增大，外电路总电阻增大，路端电压增大，则电压表的示数增大，C正确；同理分析可知D错误。
9．如图所示，电容式触摸屏的构造主要是
( http: / / www.21cnjy.com )在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导体层内形成一个低电压交流电场。在触摸屏幕时，由于人体是导体，手指与内部导体层间会形成一个特殊电容(耦合电容)，四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。由以上信息可知
(　　)
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A．电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指
B．当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越大
C．当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越小
D．如果用带了手套的手触摸屏幕，照样能引起触摸屏动作
答案：AB
解析：电容触摸屏在原理上把人体当做
( http: / / www.21cnjy.com )一个电容器元件的一个极板，把导体层当做另一个极板，故A正确；手指与屏的接触面积越大，即两个极板的正对面积越大，故
电容越大，B正确，C错误；如果带了手套或手持不导电的物体触摸时没有反应，这是因为手与导体层距离较大，不能引起导体层电场的变化，D错误。
10．如图所示的光控电路用发光二极管LE
( http: / / www.21cnjy.com )D模拟路灯，RG为光敏电阻。A为斯密特触发器输入端，在天黑时路灯(发光二极管)会点亮。下列说法正确的是
(　　)
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A．天黑时，Y处于高电平
B．天黑时，Y处于低电平
C．当R1调大时，天更暗时，灯(发光二极管)点亮
D．当R1调大时，天较亮时，灯(发光二极管)就能点亮
答案：BC
解析：天黑时，RG阻值增大到一定值，
( http: / / www.21cnjy.com )斯密特触发器输入端A的电压上升到某个值，输出端Y突然由高电平跳到低电平；R1调大时，A端电压降低，只有天更暗时，RG电阻值更大时，路灯才点亮，故B、C正确。
第Ⅱ卷(非选择题　共60分)
二、填空题(共3小题，每小题6分，共18分。把答案直接填在横线上)
11．电饭煲的工作原理如下图所示，可分
( http: / / www.21cnjy.com )为两部分，即控制部分，由S2、R1和黄灯组成；工作(加热)部分，由发热电阻R3、R2和红灯组成，S1是一个磁钢限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(103℃)时，自动断开，且不能自动复位(闭合)，S2是一个双金属片自动开关，当温度达到70℃～80℃时，自动断开，低于70℃时，自动闭合，红灯、黄灯是指示灯，通过其电流必须较小，所以R1、R2起________作用，R3是发热电阻，由于煮饭前温度低于70℃，所以S2是______(填“断开的”或“闭合的”)。接通电源并按下S1后，黄灯熄而红灯亮，R3发热，当温度达到70℃～80℃时，S2断开，当温度达到103℃时饭熟，S1断开，当温度降到70℃以下时，S2闭合，电饭煲处于保温状态，由以上描述可知R2________R3(填“＜”、“＝”、“＞”)，若用电饭煲烧水时，直到水被烧干S1才会断开，试解释此现象。
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答案：限流；闭合的；>；由于开
( http: / / www.21cnjy.com )关S1必须当温度达到103℃时才自动断开，而水的沸点只有100℃，因此用电饭煲烧水时，直到水被烧干后S1才会断开。
解析：R1、R2起的作用是限流，防止指
( http: / / www.21cnjy.com )示灯(氖泡)因电流过大而烧毁，S2是自动控制温度开关，当温度低于70℃时自动闭合，当温度高于70℃～80℃时又自动断开，使电饭煲处于保温状态，由于R3的功率较大，因此R2＞R3。由于开关S1必须当温度达到103℃时才自动断开，而水的沸点只有100℃，因此用电饭煲烧水时，直到水被烧干后S1才会断开。
12．如图(a)是汽车过桥时对不同类型桥面压力变化的实验。采用DIS方法对模型进行测量，其结果如图(b)中电脑屏幕所示。
( http: / / www.21cnjy.com )
(1)图(a)中的传感器为________传感器；
(2)图(a)中甲、乙、丙分别为三种不同类
( http: / / www.21cnjy.com )型的桥面。对于凸形桥甲，其相对应的压力图线应是图(b)电脑屏幕上的________(填a、b或c)；
(3)如增大小球在斜槽上的高度，则在图(b)中大致画出小球通过凸形桥甲时的压力图线。
答案：(1)力电　(2)c　(3)图线与c相比较，最低点更低一点(图略)
解析：该传感器把力信号转化为
( http: / / www.21cnjy.com )电信号，属于力电传感器；小球经过凸形桥甲的最高点时，压力小于重量，其相对应的压力图线应是电脑屏幕上的c；增大小球在斜槽上的高度，小球经凸形桥甲的最高点时压力更小，其图线与c相比较，最低点更低一点。本题的要求不高，但具有时代气息，物理的学习也必须跟上时代的要求，这既是新课标的要求，也是物理学自身发展的需要，在平时的学习中，要注意对新情景问题的研究，提高分析处理实际问题的能力。
13．(江苏如皋市2013～2014学
( http: / / www.21cnjy.com )年高二上学期期末)传感器担负着信息的采集任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)，例如热敏传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻。热敏电阻阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是由热敏电阻Rt作为传感器制作的简单自动报警器的线路图。问：
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(1)为了使温度过高时报警铃响，c应接在________(填“a”或“b”)；
(2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片P向________移动(填“左”或“右”)；
(3)如果在调试报警器达最低报警温度时
( http: / / www.21cnjy.com )，无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路实际不能工作的原因可能是________。
答案：(1)a　(2)左
(3)可能是乙图中的电源电压太低或继电器线圈太少或弹簧劲度系数太大
解析：(1)由图甲可知当温度升高时Rt的
( http: / / www.21cnjy.com )阻值减小，通过线圈的电流变大，线圈的磁感应强度变大，对衔铁的引力变大，可与a点接触，欲使报警器报警，c应接在a点。
(2)若使启动报警的温度提高些，可使电路的相
( http: / / www.21cnjy.com )对电流减小一些，以使得热敏电阻Rt的阻值减小的更大一些，所以将滑动变阻器滑片P向左移动，增大滑动变阻器接入电路的阻值。
(3)在调试报警器达最低报警温度时，
( http: / / www.21cnjy.com )无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，可能是通过线圈的电流太小，线圈的磁感应强度弱，对衔铁的引力较小，也可能是弹簧的弹力较大，线圈的磁力不能将衔铁吸引到和a接触的状态。所以可能是乙图电源电压太低或继电器线圈匝数太少或弹簧劲度系数太大。
三、论述·计算题(共4小题，42分。解
( http: / / www.21cnjy.com )答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
14．(10分)气体传感器利用物质的化学
( http: / / www.21cnjy.com )反应将某种气体的浓度转换成电信号输出，如图所示，B为将可燃气体或有毒气体浓度(CO，CH4瓦斯煤气)转换为电信号的传感器，简称电子鼻，根据如下材料，U＝220V电源、M排风扇，G断电器、A控制电源、S控制开关。请设计一个家用自动排烟电路，并在图中完成连线图。
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答案：如下图所示。
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解析：电磁继电器起开关作用，所以电池组、开关和电磁继电器应组成一个电路，另一个是由排风扇和高压电源组成的电路。
15．(10分)如图所示为普通电冰
( http: / / www.21cnjy.com )箱内温度控制器的结构。铜制的测温泡1、细管2和弹性金属膜盒3连通成密封的系统。里面充有氟甲烷和它的蒸气，构成了一个温度传感器。膜盒3为扁圆形(图中显示它的切面)，右表面固定，左表面通过小柱体与弹簧片4连接。盒中气体的压强增大时，盒体就会膨胀。测温泡1安装在电冰箱的冷藏室中。5、6分别是电路的动触点和静触点，控制制冷压缩机的工作。弹簧7的两端分别连接到弹簧片4和连杆9上。连杆9的下端是装在机箱上的轴。凸轮8是由设定温度旋钮(图中未画出)控制的，逆时针旋转时凸轮连杆端右移，从而加大对弹簧7的拉力。
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(1)为什么当电冰箱内温度较高时压缩机能够自动开始工作，而在达到设定的低温后又自动停止工作？
(2)为什么凸轮可以改变设定的温度？
答案：见解析
解析：(1)电冰箱内温度较高时，密封
( http: / / www.21cnjy.com )系统中的压强增大，盒体膨胀，膜盒3通过小柱体带动弹簧片4使动触点5与静触点6接触，控制压缩机自动开始工作，而在达到设定的低温时弹簧7带动弹簧片4，使接触点5、6断开，压缩机停止工作。
(2)凸轮逆时针旋转会加大连杆9对弹簧7的拉力，该拉力与膜盒3共同控制弹簧片4的运动，故弹簧7上弹力的变化会改变设定的温度。
16．(11分)如图所示，图甲为热敏电
( http: / / www.21cnjy.com )阻的R－t图象，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器线圈的电阻为150Ω。当线圈中的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势E＝6V，内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。
( http: / / www.21cnjy.com )
(1)应该把恒温箱内的加热器接在A、B端还是C、D端？
(2)如果要使恒温箱内的温度保持100℃，可变电阻R′的值应调节为多少？
答案：(1)A、B端　(2)100Ω
解析：(1)根据题意分析可知，应将加热器接在A、B端。
(2)由图甲查出热敏电阻在1
( http: / / www.21cnjy.com )00℃时，电阻值为50Ω。根据闭合电路欧姆定律可得E＝IR继＋IR＋IR′，其中E＝6V，I＝20mA＝2×10－2A，R＝50Ω，R继＝150Ω，代入数据解之得R′＝100Ω。
17．(11分)某同学想把
( http: / / www.21cnjy.com )房间窗帘改成自动开启、自动关闭的，他的设想是：白天房间要透光，也要防止太阳光直射室内，因此要用薄纱的窗帘；傍晚太阳下山后，要用厚绒的窗帘，请你帮他设计电路，选购器材并连好电路图。
答案：见解析
解析：白天光照很亮，照射到光敏控制器上，电
( http: / / www.21cnjy.com )阻很小，电流较大，电磁铁磁性强，吸下衔铁，使得触点b、c接触，电动机乙转动，拉开厚绒窗帘，同时应合上薄纱窗帘；傍晚后光线很暗，光敏控制器接收光照少，电阻变大，电流很小，电磁铁磁性非常弱，弹簧将衔铁拉起，使b、a接触，电动机甲转动，合上厚绒窗帘，同时拉开薄纱窗帘。电路图如图所示。
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