章末素养测评(四)
第4章 电磁波 第5章 传感器及其应用
一、单项选择题
1.[2024·莆田一中月考] 传感器广泛应用在我们的生产生活中,常用的计算机键盘就是一种传感器.如图所示,键盘上每一个键的下面都连一小金属片,与该金属片隔有一定空气间隙的是另一固定的小金属片,这两金属片组成一个小电容器.当键被按下时,此小电容器的电容发生变化,与之相连的电子线路就能够检测出哪个键被按下,从而给出相应的信号.这种计算机键盘使用的是 ( )
A.温度传感器
B.磁传感器
C.压力传感器
D.光传感器
2.[2024·龙岩期末] 5G是“第五代移动通信技术”的简称,与4G信号相比具有更高的频率.5G较之4G信号,以下判断正确的是 ( )
A.在真空中的波长更短
B.在真空中传播速度更快
C.5G信号属于横波,4G信号属于纵波
D.5G信号和4G信号相遇时会发生干涉现象
3.[2024·厦门一中月考] 如图所示为手机信号屏蔽器.手机信号屏蔽器主要针对各类考场、加油站、军事重地等禁止使用手机的场所.手机工作时,是在一定频率范围内,手机和基站通过无线电波联系起来,完成数据和声音的传输.针对这种通信原理,手机信号屏蔽器在工作过程中以一定的速度从手机通信所使用的频率由低向高扫描,在扫描过程中向手机发送一定频率的电磁波信号,使手机不能与基站建立正常的联系,从而对手机形成干扰.对于手机信号屏蔽器的工作过程,下列说法中正确的是 ( )
A.手机信号屏蔽器是利用静电屏蔽的原理来工作的
B.手机信号屏蔽器是利用电磁感应的原理来工作的
C.手机信号屏蔽器工作时能阻止基站发出的电磁波传播到限制场所内
D.手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来达到目的
4.如图所示,a、b间接入电压u=311sin 100πt(V)的正弦交流电,变压器右侧部分为一火灾报警系统原理图,其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器(当温度升高时,其阻值将减小),所有电表均为理想电表,电流表A2为值班室的显示器,显示通过R1的电流,电压表V2显示加在报警器上的电压(报警器未画出),R1、R3均为定值电阻.当传感器R2所在处出现火情时,以下说法中正确的是 ( )
A.A1的示数增大,A2的示数增大
B.V1的示数不变,V2的示数减小
C.A1的示数增大,A2的示数不变
D.V1的示数减小,V2的示数减小
二、多项选择题
5.[2024·天津南开中学月考] 无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等按顺序排列起来,形成了范围非常广阔的电磁波谱.不同的电磁波具有不同的特性,因而其用途也不同.下列关于电磁波的应用符合实际的是 ( )
A.微波可以用于卫星通信
B.红外线可以用于杀菌消毒
C.紫外线可以用于加热理疗
D.X射线可以用于诊断病情
6.[2024·上杭一中月考] 如图所示是一种电感式微小位移传感器的原理图.1是待测物体,3是空心线圈,软铁芯2插在线圈3中并且可以随着物体1在线圈中左右平移.关于这种传感器的工作原理,下列说法正确的是 ( )
A.这种传感器输入的物理量是位移,输出的物理量是自感系数
B.通过这种传感器线圈的电流是交流电
C.软铁芯是敏感元件,线圈是转换元件
D.当物体1向右移动时,线圈的自感系数增大
7.[2024·广东广州六中月考] 如图所示,两块金属板水平放置,与左侧水平放置的线圈通过开关S用导线连接.压力传感器上表面绝缘,位于两金属板间,带正电的小球静置于压力传感器上,均匀变化的磁场沿线圈的轴向穿过线圈.S未接通时传感器的示数为1 N,S闭合后传感器的示数变为2 N,则磁场的变化情况可能是( )
A.向下均匀增大 B.向上均匀减小
C.向下均匀减小 D.向上均匀增大
8.[2024·江西南昌二中月考] 果农为了提高经济效益,要把大、小不同的苹果分拣出来,以不同的价格出售,但人工分拣成本高、效率低,于是购入一台自动分拣机器.如图所示是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.R1为压力传感器,R2为可调电阻,R2两端电压越大,电磁铁对分拣开关的衔铁吸引就越强.下列说法正确的是 ( )
A.压力越小,则R1越大
B.压力越小,则R1越小
C.调节R2的大小可以起到保护电路的作用
D.调节R2的大小可以改变苹果筛选的标准
三、填空题
9.[2024·泉州五中月考] 电磁波在现代生活中发挥了很大的作用.电磁波谱中,不同波段的电磁波具有不同的作用,其中,具有明显热效应可以用来加热物体的是 ,具有杀菌作用常常利用其来进行消毒的是 .
10.[2024·福州一中月考] 利用光敏电阻制作的光传感器可以记录传送带上工件的输送情况.图甲为某工厂成品包装车间的光传感记录器示意图,光传感器B能接收到发光元件A发出的光,每当工件挡住A发出的光时,光传感器就输出一个电信号,并在屏幕上显示出电信号与时间的关系,如图乙所示.若传送带始终匀速运动,每两个工件间的距离为0.3 m,则传送带运动的速度是 ,该传送带每分钟输送 个工件.
11.[2024·厦门外国语学校月考] 全面了解汽车的运行状态(速度、水箱温度、油量)是确保汽车安全行驶和驾驶员安全的举措之一.为模仿汽车油表原理, 某同学自制一种测定油箱油量多少或变化多少的装置,其电路图如图所示,其中电源电压保持不变,R是滑动变阻器,它的金属滑片是金属杆的一端,定值电阻R'的阻值远大于滑动变阻器的最大电阻.该同学在装置中使用了一只电压表(图中没有画出),通过观察电压表示数,可以了解油量情况,你认为电压表应该接在图中的 两点之间,按照你的接法请回答:当油箱中油量减少时,电压表的示数将 (选填“增大”或“减小”).
四、实验题
12.某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度计,他所选用的器材有:灵敏电流表(待改装)、学生电源(电动势为E,内阻不计)、滑动变阻器、单刀双掷开关、导线若干、导热性能良好的防水绝缘材料、标准温度计、PTC热敏电阻RT(PTC热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为RT=a+kt,a>0,k>0).他设计的电路图如图所示,并按如下步骤进行操作:
(1)按电路图连接好实验器材.
(2)将滑动变阻器的滑片P滑到 (选填“a”或“b”)端,单刀双掷开关S掷于 (选填“c”或“d”)端,调节滑片P使电流表 ,并在以后的操作中保持滑片P位置不动,设此时电路总电阻为R,断开电路.
(3)向容器中倒入适量开水,观察标准温度计,每当标准温度计示数下降5 ℃,就将开关S掷于d端,并记录此时的温度t和对应的电流表的示数I,然后断开开关.请根据温度计的设计原理和电路图,写出电流与温度的关系式:I= (用题目中给定的符号表示).
(4)根据对应温度记录的电流表示数,将电流表表盘改装成温度计表盘.根据改装原理,此温度计表盘刻度线的特点是低温刻度在 (选填“左”或“右”)侧,刻度线分布 (选填“均匀”或“不均匀”).
13.[2024·厦门双十中学月考] 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与酒精气体浓度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,并设计了如图丙所示的测量电路:
A.干电池组(电动势E=3.0 V,内阻r=1.2 Ω);
B.电流表(满偏电流60 mA,内阻Rg=4.8 Ω);
C.电阻箱R0(最大阻值为9 999.9 Ω);
D.开关及导线若干.
(1)该同学想将酒精气体浓度为零的位置标注在电流表20 mA处,则应将电阻箱R0的阻值调为 Ω.
(2)完成步骤(1)后,某次在实验室中试测酒精浓度时,电流表指针位置如图丁所示.已知酒精浓度在0.2~0.8 mg/mL之间属于酒驾,酒精含量达到或超过0.8 mg/mL属于醉驾,则该次测试的酒精浓度属于 (选填“酒驾”或“醉驾”)范围.
(3)使用较长时间后,干电池组的电动势降低,内阻增大,则测得的酒精气体浓度与真实值相比 (选填“偏大”“偏小”或“不变”).
五、计算题
14.家用微波炉是一种用微波的电磁能加热食物的新型灶具,主要由磁控管、波导管、微波加热器、炉门、冷却系统、控制系统、外壳等组成.接通电源后,220 V交流电经一变压器在次级产生3.4 V交流电对磁控管加热,同时在次级产生2000 V的高压经整流加到磁控管的阴、阳两极之间,使磁控管产生频率为2450 MHz的微波.微波输送至金属制成的加热器(炉腔),被来回反射,微波的电磁作用使食物内分子高频运动而内外同时受热,食物迅速变热,并能最大限度地保存食物中的维生素.
(1)试计算微波炉里降、升压变压器的匝数比.
(2)试计算磁控管所产生的微波的波长.
(3)试分析微波炉的工作原理中利用了电磁波的哪些性质.
(4)微波炉产生的高频微波若发生泄漏则会造成电磁辐射污染,直接伤害人的肌体,试述原因.
15.[2024·三明一中月考] 如图甲所示,电磁继电器和热敏电阻R1等元件组成了恒温箱控制电路,R1处于恒温箱内,电阻R2是可变电阻.图中的“电源”是恒温箱加热器的电源,电源电动势E=6 V,内阻不计,继电器线圈的电阻R0=100 Ω.图乙为热敏电阻的阻值R1随温度t变化的R1-t图像,且已知在50~150 ℃范围内,热敏电阻的阻值随温度的变化规律是:R1t=常数.当线圈中的电流增大到20 mA时,继电器的衔铁被吸合,此时可变电阻R2=125 Ω,恒温箱保持60 ℃恒温.
(1)60 ℃时,热敏电阻R1的阻值是多少
(2)应该把恒温箱的加热器接在A、B端还是C、D端
(3)要使恒温箱内的温度保持在100 ℃,可变电阻R2的阻值应调为多少
(4)要将恒温箱的温度调高一些,R2的阻值应调大还是调小
16.[2024·山东青岛二中月考] 某同学设计了一种测定风力的装置,其原理如图所示.迎风板与一轻弹簧的一端N相接,穿在光滑的金属杆上,弹簧是绝缘材料制成的,其劲度系数k=1300 N/m,自然长度L0=0.5 m,均匀金属杆用电阻率较大的合金制成.迎风板面积S=2 m2,工作时总是正对着风吹来的方向.电路中左端导线与金属杆M端相连,右端导线接在N点并可随迎风板在金属杆上滑动,且与金属杆接触良好.限流电阻的阻值R=1 Ω,电源电动势E=12 V,内阻r=0.5 Ω.合上开关,没有风吹时,弹簧处于原长,电压表的示数U1=3.0 V.如果某时刻风吹迎风板使其向左压缩弹簧,电压表的示数变为U2=2.0 V,求:
(1)金属杆单位长度的电阻R0;
(2)此时作用在迎风板上的风力F.章末素养测评(四)
1.C [解析] 由题意可知,电容器受压后变形,从而将压力信号变成了电信号,故键盘采用的是压力传感器,故C正确.
2.A [解析] 5G信号和4G信号在真空中传播速度相同,5G信号频率比4G信号频率高,根据λ=可知,5G信号在真空中的波长更短,故B错误,A正确;5G信号和4G信号都属于横波,故C错误;5G信号和4G信号频率不同,相遇时不会发生干涉现象,故D错误.
3.D [解析] 手机信号屏蔽器是利用屏蔽器发出的信号去干扰手机从基站传过来的信号,使手机不能检测出从基站发出的正常数据,从而起到屏蔽作用.因此手机信号屏蔽器是通过发射电磁波干扰手机工作来达到目的,故A、B、C错误,D正确.
4.B [解析] 当R2所在处出现火情时,R2的电阻减小,导致副线圈电路的总电阻减小,所以副线圈中的电流将会增大,原线圈中的电流也增大,所以电流表A1的示数增大;因为电源的电压不变,原、副线圈的匝数比不变,故原、副线圈两端的电压也不变,所以V1的示数不变;因为副线圈中的电流增大,故R3两端的电压增大,而副线圈两端的电压不变,则R1两端的电压减小,通过R1的电流减小,所以V2和A2的示数都减小,B正确.
5.AD [解析] 微波的频率较高,能提供更高的传输速度和品质,可以用于卫星通信,A正确;红外线频率较低,能量小,不能用于杀菌消毒,B错误;紫外线频率高,能量大,对人体有害,不能用于加热理疗,C错误;X射线具有很强的穿透性,可透过皮肤看到骨骼等其他器官情况,可以用于诊断病情,D正确.
6.BC [解析] 这种传感器输入的物理量是位移,输出的物理量是电流,选项A错误;当软铁芯插入和拔出线圈时,在线圈中产生方向相反的电流,则通过这种传感器线圈的电流是交流电,选项B正确;因软铁芯的移动导致线圈中产生感应电流,故软铁芯是敏感元件,线圈是转换元件,选项C正确;当物体1向右移动时,软铁芯插入线圈的深度减小,则线圈的自感系数减小,选项D错误.
7.CD [解析] S闭合后,向上均匀增大或向下均匀减小磁场都能使上金属板带正电,下金属板带负电,带正电的小球受竖直向下的电场力,传感器示数变大,故A、B错误,C、D正确.
8.AD [解析] 由图可知,小苹果对应的电磁铁对分拣开关的衔铁吸引力应较弱,则此时R2两端电压应较小,R1应较大,所以压力越小,则R1越大,故A正确,B错误;调节R2的大小可以改变R2两端的电压,则可以改变电磁铁对分拣开关的衔铁吸引力的强弱,从而改变苹果筛选的标准,故C错误,D正确.
9.红外线 紫外线
[解析] 具有明显热效应可以用来加热物体的电磁波是红外线,具有杀菌作用常常利用其来进行消毒的电磁波是紫外线.
10.0.3 m/s 60
[解析] 根据题意结合图像知,相邻两个工件挡住光线的时间间隔为t0=1 s,相邻两个工件间的距离为s=0.3 m,则传送带的速度v== m/s=0.3 m/s.传送带每分钟输送工件的个数n===60(个).
11.b、c 增大
[解析] 由电路图可知,当油箱内液面高度变化时,R的金属滑片将会移动,从而引起R两端电压的变化,由于定值电阻R'的阻值远大于滑动变阻器的最大电阻,所以电路中电流可视为不变,滑动变阻器两端的电压UR与其接入电路的电阻R可视为成正比,所以电压表应接在b、c两点之间;当油量减少时,浮标下移,使滑动变阻器接入电路的电阻变大,电压表示数将增大.
12.(2)a c 满偏 (3) (4)右 不均匀
[解析] (2)根据实验原理可知,开始时需将滑动变阻器的滑片P滑到a端,以保证电流表的使用安全;然后将单刀双掷开关S掷于c端,调节滑片P使电流表满偏,设此时电路总电阻为R,断开电路.
(3)当温度为t时,热敏电阻的阻值为RT=a+kt,根据闭合电路的欧姆定律可得I==.
(4)由上式可知,温度越高,则电流表中的电流值越小,所以低温刻度在表盘的右侧;由于电流与温度的关系不是线性关系,所以表盘的刻度线分布是不均匀的.
13.(1) 64.0 (2)酒驾 (3)偏小
[解析] (1)由图乙可知,当酒精气体浓度为零时,该气体传感器的电阻R=80 Ω,该同学将酒精气体浓度为零的位置标注在电流表20 mA处,根据闭合电路欧姆定律可得I1=,解得R0= 64.0 Ω.
(2)由图丁可知,电流表A指针指在30 mA处,根据闭合电路欧姆定律可得I2=,解得R'=30 Ω,由图乙可知,当R'=30 Ω时,酒精气体浓度约为0.4 mg/mL,属于酒驾范围.
(3)使用较长时间后,干电池组的电动势降低,内阻增大,根据I=,电路中的同一电流对应的气体传感器的电阻真实值变小,酒精气体浓度真实值变大,故测得的酒精气体浓度与真实值相比偏小.
14.(1)1100∶17 11∶100 (2)0.12 m (3)(4)见解析
[解析] (1)微波炉里的降压变压器匝数比为===,
升压变压器匝数比为===.
(2)由c=λf知,磁控管所产生的微波的波长λ==0.12 m.
(3)微通过电磁作用使食物内分子高频运动,电磁波携带的能量转化为食物的内能.
(4)微波会使人体内分子高频运动,对人的肌体造成直接伤害.
15.(1)75 Ω (2)A、B端 (3)155 Ω (4)调大
[解析] (1)60 ℃时,可变电阻R2=125 Ω,线圈中的电流I=20 mA,电源电动势E=6 V,根据闭合电路欧姆定律可得I=
解得R1=75 Ω.
(2)由图像可知,热敏电阻R1的阻值随温度的升高而减小,可见温度越高,则电路中的电流越大,当电流达到20 mA时,继电器的衔铁被吸合,加热器所在的电路应当断开,所以应该把恒温箱的加热器接在A、B端.
(3)由题意可知,R1t=常数,设温度是100 ℃时热敏电阻的阻值为R1',有75 Ω×60 ℃=R1'×100 ℃
解得R1'=45 Ω
根据闭合电路欧姆定律得E=I(R1'+R2'+R0)
解得R2'=155 Ω
(4)恒温箱的温度越高,则热敏电阻的阻值越小,电流相同的情况下,可变电阻越大,所以要将恒温箱的温度调高一些,R2的阻值应调大.
16.(1)1 Ω (2)260 N
[解析] (1)无风时,电路中的电流为I1==6 A
此时金属杆的电阻为R1==0.5 Ω
则金属杆单位长度的电阻为R0=×1 m=1 Ω
(2)当电压表的示数为U2=2.0 V时,根据闭合电路欧姆定律有
U2=R2
解得此时金属杆的电阻为R2=0.3 Ω
则此时弹簧长度为L1=×1 m=0.3 m
所以弹簧压缩量为ΔL=L0-L1=0.2 m
根据平衡条件,此时风力为F=kΔL=260 N
