第五章测评(A)
(时间:60分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共8小题,每小题5分,共40分。第1~5小题只有一个选项正确,第6~8小题有多个选项正确)
1.下列仪器或装置不是利用传感器的是( )
A.汽车防盗报警器
B.宾馆房间内的火灾报警器
C.工兵用的地雷探测仪
D.用钥匙打开房门
答案:D
解析:A、B、C三种仪器都是将非电学量转换成电学量的装置,都是利用了传感器;用钥匙打开房门是利用了机械原理,不是利用的传感器。
2.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小的固定金属片,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.压力传感器
C.磁传感器 D.光传感器
答案:B
解析:计算机键盘上的键被按下时,电容发生变化,故使用的是压力传感器。
3.如图所示,RT为负温度系数的热敏电阻,R为定值电阻,若往RT上擦一些酒精,在环境温度不变的情况下,关于电压表示数的变化情况,下列说法正确的是( )
A.变大
B.变小
C.先变大后变小再不变
D.先变小后变大再不变
答案:D
解析:往RT上擦酒精后,酒精蒸发吸热,热敏电阻RT温度降低,电阻值增大,根据串联电路的分压特点,电压表的示数变小。当酒精蒸发完毕后,RT的温度逐渐升高到环境温度后不变,所以热敏电阻的阻值逐渐变小,最后不变,根据串联电路的分压特点,此段时间电压表的示数先变大后不变。故电压表的示数先变小后变大再不变。所以选项D正确。
4.下图为一测定液面高低的传感器示意图,A为固定的导体芯,B为导体芯外面的一层绝缘物质,C为导电液体,把传感器接到如图所示电路中,已知灵敏电流表指针的偏转方向与电流的方向相同。如果发现指针正向右偏转,则导电液体的深度h的变化为( )
A.h正在增大 B.h正在减小
C.h不变 D.无法确定
答案:B
解析:由电源极性及灵敏电流表指针方向可知,A、B、C构成的电容器上的电荷量正在减小,由Q=CU可知C减小,根据C=可知正对面积减小,即h在减小。
5.图(a)为一种电容式位移传感器的原理图,当被测物体在左右方向发生位移时,电介质板随之在电容器两极板之间移动,已知电容器的电容与电介质板进入电容器的长度x之间的关系如图(b)所示,其中C0为电介质没有插入电容器时的电容,为判断被测物体是否发生微小移动,将该电容式位移传感器与电源、电流表、开关组成串联回路(图中未画出),被测物体的初始位置如图(a)所示,电路闭合一段时间后,下列说法正确的是( )
(a)
(b)
A.若电源为直流电源且直流电流表示数不为零,说明物体一定在发生移动
B.若电源为交流电源且交流电流表示数不为零,说明物体一定在发生移动
C.若电源为直流电源且直流电流表示数变大,说明物体一定在向右发生移动
D.若电源为交流电源且交流电流表示数变大,说明物体一定在向右发生移动
答案:A
解析: 若电源为直流电源,被测物体不动,则直流电流表的示数必定为零,直流电流表的示数不为零,说明物体一定在发生移动,选项A正确。被测物体左、右移动分别对应电容器充电、放电,不管物体向哪个方向移动,直流电流表的示数都将变大,选项C错误。电容器有通交流、隔直流的特性,因此若电源为交流电源,被测物体不移动时,交流电流表的示数也不为零,选项B错误。若电源为交流电源且交流电流表的示数变大,说明电容器通交流的本领变大,即电容变大,说明物体一定在向左移动,选项D错误。
6.当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品之中,下述关于常用的几种家用电子器件所采用传感器的说法正确的是( )
A.电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了光电传感器
B.电子体温计主要是采用了温度传感器
C.电脑所用的光电鼠标主要是采用声波传感器
D.电子秤主要是采用了力电传感器
答案:BD
解析:电视机对无线遥控信号的接收采用了红外线传感器,电脑所用的光电鼠标主要采用了光传感器,所以A、C项错误,B、D项正确。
7.如图(a)所示,质量不计的弹簧竖直固定在水平面上,t=0时刻,将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放,小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点,然后又被弹起离开弹簧,上升到一定高度后再下落,如此反复。通过安装在弹簧下端的压力传感器,测出这一过程弹簧弹力F随时间t变化的图像如图(b)所示,则( )
(a)
(b)
A.t1时刻小球的动能最大
B.t2时刻小球的动能为零
C.t2~t3这段时间内,小球的动能先增加后减少
D.t2~t3这段时间内,小球增加的动能等于弹簧减少的弹性势能
答案:BC
解析:0~t1时间内小球做自由落体运动,t1~t2时间内小球落到弹簧上并往下运动的过程中,小球的重力与弹簧对小球的弹力的合力方向先向下后向上,故小球先加速后减速,t2时刻到达最低点,动能为0,A错误,B正确。t2~t3时间内小球向上运动,合力方向先向上后向下,小球先加速后减速,动能先增加后减少,C正确。t2~t3时间内由能量守恒知小球增加的动能等于弹簧减少的弹性势能减去小球增加的重力势能,D错误。
8.下图为某中学实验小组同学设计的拉力传感器,将劲度系数为k=100 N/cm的弹簧的一端固定在竖直墙壁上,另一端与导电性能良好的刚性拉杆相连接,在拉杆上固定一滑片。已知电路中定值电阻R0=5 Ω,R1是阻值为25 Ω、长度为5 cm且分布均匀的电阻丝,忽略滑片与电阻丝之间的摩擦,理想电流表允许的最大电流为0.6 A,电源电动势为E=3 V(内阻不计)。当拉杆不受力时滑片位于电阻丝的最左端。则( )
A.定值电阻的作用是分压
B.当滑片位于电阻丝的最左端时,电流表的示数为0.1 A
C.如果在拉杆上施加大小为400 N的力,电流表的示数为0.3 A
D.如果在拉杆上施加大小为400 N的力,电流表的示数为0.5 A
答案:BC
解析:若电路无定值电阻R0,且滑片位于金属丝的最右端时,回路短路,烧毁电源,R0的存在使电路不出现短路,因此定值电阻的目的是保护电路,A错误。当滑片位于电阻丝的最左端时,由闭合电路欧姆定律得I==0.1 A,B正确。当在拉杆上施加大小为400 N的力时,由F=kΔx得Δx=4 cm,则电阻丝接入电路中的电阻为R'=5 Ω,由闭合电路欧姆定律得I'==0.3 A,D错误,C正确。
二、填空题(本题共2小题,共18分)
9.(9分)如图所示,图(a)为热敏电阻的RT-t图像,图(b)为用此热敏电阻RT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200 Ω。当线圈中的电流大于或等于20 mA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=6 V,内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。
(1)应该把恒温箱内的加热器接在 (选填“AB”或“CD”)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 Ω。
(a)
(b)
答案:(1)AB (2)50
解析:(1)当温度较低的时候,热敏电阻的电阻较大,电路中的电流较小,此时继电器的衔铁与AB部分连接,此时是需要加热的,恒温箱内的加热器要工作,所以该把恒温箱内的加热器接在AB端。
(2)当温度达到100 ℃时,加热电路就要断开,此时的继电器的衔铁要被吸合,即控制电路的电流要达到20 mA,根据闭合电路欧姆定律可得,I=,由题图(a)可知,当100 ℃时热敏电阻阻值为50 Ω,因此0.02 A=,解得R'=50 Ω。
10.(9分)传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的变化的一种元件,在自动控制中有着相当广泛的应用。有一种测量人的体重的电子秤,其测量部分的原理图如图中的虚线框所示,它主要由压力传感器R(电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻)和显示体重大小的仪表A(实质是理想电流表)组成。压力传感器表面能承受的最大压强为1×107 Pa,且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如表所示。设踏板和压杆的质量可以忽略不计,接通电源后,压力传感器两端的电压恒为4.8 V,g取10 m/s2。请回答:
压力F/N 0 250 500 750 1 000 1 250 1 500 ……
电阻R/Ω 300 270 240 210 180 150 120 ……
(1)该秤零点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘 A处。
(2)如果某人站在该秤踏板上,电流表刻度盘的示数为20 mA,这个人的质量是 kg。
答案:(1)1.6×10-2 (2)50
解析:(1)由题表知,踏板空载时,压力传感器电阻R=300 Ω,此时A中电流I= A=1.6×10-2 A。
(2)当电流I'=20 mA=2×10-2 A时,压力传感器的电阻R'= Ω=240 Ω,对应表格中数据可知这个人的重力为500 N,故这个人的质量为50 kg。
三、计算题(本题共3小题,共42分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)
11.(13分)某种电饭锅的工作原理图如图所示,煮饭时开关S是闭合的,红色指示灯亮;饭熟后(温度大约为103 ℃)保护开关S自动断开,黄灯亮。
(1)电阻R1的作用是保护红色指示灯不致因电流过大而烧毁,与电饭锅发热板的等效电阻相比,二者大小应有什么关系 为什么
(2)通常情况下用这种电饭锅烧水时,它的自动断电功能是否起作用 为什么
答案:见解析
解析:(1)R1应该远大于发热板的等效电阻。因为红色指示灯只起指示作用,R1和红色指示灯消耗的电功率应远小于发热板的功率,两者又是并联接入电路的,电压相同,所以流过R1和红色指示灯的电流应远小于流过发热板的电流,因此R1应该远大于发热板的等效电阻。
(2)水沸腾时的温度为100 ℃,烧开时水温不会达到103 ℃,所以自动断电功能不起作用。
12.(14分)图(a)是利用激光测转速的原理示意图,图中圆盘可绕固定轴转动,盘边缘侧面上有一小段涂有很薄的反光材料。当盘转到某一位置时,接收器可以接收到反光涂层所反射的激光束,并将所收到的光信号转变成电信号,在示波器显示屏上显示出来[如图(b)所示]。
(a)
(b)
(1)若图(b)中示波器显示屏横向的每大格(5小格)对应的时间为5.00×10-2 s,则圆盘的转速为多少 (保留三位有效数字)
(2)若测得圆盘直径为10.20 cm,则可求得圆盘侧面反光涂层的长度为多少 (保留三位有效数字)
答案:(1)4.55 r/s (2)1.46 cm
解析:(1)由题图(b)可知,一个周期对应4.4大格,所以T=4.4×5.00×10-2 s=0.22 s
故转速n=≈4.55 r/s。
(2)由题图(b)可知反光时间
t=0.2×5.00×10-2 s=1.00×10-2 s
由l=·t可得涂层长度
l=×1.00×10-2 cm≈1.46 cm。
13.(15分)在航天事业中要用角速度计测得航天器的自转角速度ω,结构如图所示。当系统绕轴OO'转动时元件A在光滑杆上发生滑动,并输出电压信号成为航天器的制导信号源,已知A质量为m,弹簧的劲度系数为k,原长为l0,电源电动势为E,内阻不计,滑动变阻器总长为l,电阻分布均匀,系统静止时滑动变阻器滑片P在中点,与固定接头Q正对,当系统以角速度ω转动时,求:
(1)弹簧形变量x与角速度ω的关系式;
(2)电压表示数U与角速度ω的关系式。
答案:(1)x= (2)U=
解析:(1)由圆周运动规律知
kx=mω2R=mω2(l0+x)
即kx-mω2x=mω2l0,所以x=。
(2)由串联电路的规律知U=E=。
83.传感器的应用举例 4.自制简单的控制电路
课后训练巩固提升
一、基础巩固
1.下列说法正确的是( )
A.凡将非电学量转化为电学量的传感器都是物理传感器
B.湿敏传感器只能是物理传感器
C.物理传感器只能将采集到的信息转化为电压输出
D.物理传感器利用的是物质的物理性质和物理效应
答案:D
解析:各种传感器虽然工作原理不同,但基本功能相似,多数是将非电学量转化为电学量,故A错误。湿敏传感器可以是化学传感器,故B错误。传感器既可将信息转化为电压输出,也可转化为电流、电阻等输出,故C错误。由物理传感器定义知D正确。
2.关于物理传感器、化学传感器和生物传感器,下列说法正确的是( )
A.物理传感器是利用材料的某种物理性质工作的,因而只能用于机械加工行业不能用于化工领域
B.化学传感器是利用某种化学反应来工作的,因而只能输出某种化学物质而不能输出电学量
C.生物传感器的适用范围广,可在任意温度条件下工作
D.生物传感器由于含有生命物质,因而对使用传感器的环境条件有一定要求
答案:D
解析:不论哪种传感器都可以将非电学量转换成电学量输出,故B错误。物理传感器在化工领域也可以使用,如温度传感器等,故A错误。生物传感器能够使用的前提是感受器中的生命物质保持生物活性,故C错误,D正确。
3.传感器的种类多种多样,其性能也各不相同。空调机在室内温度达到设定的温度后,会自动停止工作,空调机内使用的传感器是( )
A.生物传感器 B.红外传感器
C.温度传感器 D.压力传感器
答案:C
解析:空调机是根据温度调节工作状态的,所以其内部使用了温度传感器,故选项C正确。
4.街旁的路灯,江海里的航标都要求在夜晚亮,白天熄,实现了自动控制,这是利用半导体的( )
A.压敏性 B.光敏性
C.热敏性 D.三种特性都利用
答案:B
解析:街旁的路灯和江海里的航标,都是利用了半导体的光敏性,夜晚电阻大,白天电阻小,控制了电路的通断。故选项B正确。
5.如图所示的电路中,电源两端的电压恒定,L为小灯泡,R为光敏电阻,R和L中间用挡板(未画出)隔开,LED为发光二极管(电流越大,发出的光越强),且R与LED间距不变,下列说法正确的是( )
A.当滑片P向左移动时,L消耗的功率增大
B.当滑片P向左移动时,L消耗的功率减小
C.当滑片P向右移动时,L消耗的功率可能不变
D.无论怎样移动滑片P,L消耗的功率都不变
答案:A
解析:滑片P左移,滑动变阻器接入电路的电阻减小,流过二极管的电流增大,从而发光增强,使光敏电阻R减小,最终达到增大流过灯泡的电流的效果。
6.下图是一火灾报警器的一部分电路示意图,其中R2为用NTC(负温度系数)半导体热敏材料制成的传感器,电流表为值班室的显示器,a、b之间接报警器,当传感器R2所在处出现火情时,显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是( )
A.I变大,U变大
B.I变小,U变小
C.I变小,U变大
D.I变大,U变小
答案:B
解析:当R2处出现火情时,NTC热敏材料制成的传感器的电阻将减小,则此时电路中的总电阻减小,由闭合电路欧姆定律可知:外电路电压将减小,U减小;电路中的总电流增大,所以R1上的电压增大,显示器两端的电压将减小,电流I减小,B正确。
7.温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中,它是利用热敏电阻的阻值随温度变化而变化的特性工作的。在图(a)中,电源的电动势E=9.0 V,电源内电阻可忽略不计;G为小量程的电流表,电流表内阻RG保持不变;R为热敏电阻,其电阻值与温度的变化关系如图(b)的R-t图线所示。闭合开关S。
(a)
(b)
(1)当R的温度等于40 ℃时,电流表示数I1=2.25 mA,求电流表内阻RG。
(2)当电流表的示数I2=4.5 mA时,求热敏电阻R的温度T。
答案:(1)500 Ω (2)140 ℃
解析:(1)由I1=,得RG=500 Ω。
(2)I2=,代入数据得R'=1 500 Ω
由R-t图像可知,此时的温度是140 ℃。
二、能力提升
1.(多选)已知磁敏电阻在没有磁场时电阻很小,有磁场时电阻变大,并且磁场越强阻值越大。为探测磁场的有无,利用磁敏电阻作为传感器设计了如图所示电路。电源的电动势E和内阻r不变,在没有磁场时调节滑动变阻器R使电灯L正常发光,若探测装置从无磁场区进入强磁场区。则( )
A.电灯L变暗 B.电灯L变亮
C.电流表的示数增大 D.电流表的示数减小
答案:BD
解析:探测装置从无磁场区进入强磁场区,磁敏电阻阻值变大,则闭合电路的总电阻R总变大。由闭合电路欧姆定律知,电路中的电流I=减小,电流表的示数减小,D正确,C错误。由U灯=E-Ir知U灯变大,电灯L变亮,B正确,A错误。
2.下图是电容式话筒的示意图,它是利用电容制作的传感器,话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层,膜后距膜几十微米处有一金属板,振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极,在两极间加一电压U,人对着话筒说话时,振动膜前后振动,使电容发生变化,使话筒所在电路中的其他量发生变化,使声音信号被话筒转化为电信号,其中导致电容变化的原因可能是电容器两极板间的( )
A.距离变化 B.正对面积变化
C.介质变化 D.电压变化
答案:A
解析:说话时对着振动膜,在振动膜上有金属层,与金属板形成电容器,说话时振动膜振动,改变膜与板之间距离,从而改变了电容。电容变化,在电容器两端的电荷量就变化,形成电流到放大器,从而将声信号转换成电信号,故选A。
3.如图所示,用光敏电阻LDR和灯泡制成一种简易水污染指示器,下列说法正确的是( )
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LDR上的光线较少,LDR电阻较大,A正确,B错误。LDR由半导体材料制成,受光照影响电阻会发生变化,C错误。白天和晚上自然光强弱不同,或多或少会影响LDR的电阻,D错误。
4.下图为用负温度系数热敏电阻RT和继电器K等组成的一个简单的恒温控制电路,其中热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小。电源甲与继电器、热敏电阻等组成控制电路,电源乙与恒温箱加热器(图中未画出)相连接。则( )
A.当温度降低到某一数值,衔铁P将会被吸下
B.当温度升高到某一数值,衔铁P将会被吸下
C.工作时,应该把恒温箱内的加热器接在C、D端
D.工作时,应该把恒温箱内的加热器接在A、C端
答案:B
解析:当温度降低到某一数值时,热敏电阻RT的阻值增大,电路中电流减小,继电器K对衔铁P的吸引力减小,P将不会被吸下,故A错误。当温度升高到某一数值时,热敏电阻RT的阻值减小,电路中电流增大,继电器K对衔铁P的吸引力增大,P将会被吸下,故B正确。恒温箱内温度高到一定数值后,应与电源断开停止加热,由以上分析可知,温度升高后,A、B端断开,所以工作时,应该把恒温箱内的加热器接在A、B端,故C、D错误。
5.(多选)力敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小,某位同学利用力敏电阻设计了判断电梯运动状态的装置,其装置示意图如图所示,将力敏电阻平放在电梯内,受压面朝上,在上面放一物体B,电梯静止时电流表的示数为I0,电梯在不同的运动过程中,电流表的示数分别如图(a)(b)(c)(d)所示,下列判断正确的是( )
(a)
(b)
(c)
(d)
A.图(a)表示电梯可能做匀速直线运动
B.图(b)表示电梯可能做匀加速上升运动
C.图(c)表示电梯可能做匀加速上升运动
D.图(d)表示电梯可能做匀减速下降运动
答案:AB
解析:题图(a)中电流表示数和静止时相等,故可能做匀速直线运动,A正确。题图(b)中电流表示数为2I0,且保持不变,故力敏电阻所受压力增大,电阻变小,物体超重,电梯可能匀加速上升,B正确。题图(c)(d)中电流表的示数随时间变化,故电梯的加速度是变化的,不可能是匀加速或匀减速,C、D错误。
6.下图为一种加速度仪的示意图。质量为m的振子两端连有劲度系数均为k的轻弹簧,电源的电动势为E,不计内阻,滑动变阻器的总阻值为R,有效长度为l,系统静止时滑片位于滑动变阻器正中,这时电压表指针恰好在刻度盘正中。求:
(1)系统的加速度a(以向右为正)和电压表读数U的函数关系式。
(2)将电压表刻度改为加速度刻度后,其刻度是均匀的还是不均匀的 为什么
(3)若电压表指针指在满刻度的位置,此时系统的加速度大小和方向如何
答案:(1)a=(E-2U) (2)见解析 (3) 方向向左
解析:(1)当振子向左偏离中间位置x距离时,由牛顿第二定律得
2kx=ma ①
电压表的示数为U=E ②
由以上两式解得a=(E-2U)。 ③
(2)均匀。因为加速度a与电压表示数U是一次函数(线性)关系。
(3)当滑片滑到最右端时,电压表最大示数Um=E,电压表指针指在满刻度的位置时,U=E
代入③式解得a=-
即加速度大小为,方向向左。
5第五章测评(B)
(时间:60分钟 满分:100分)
一、选择题(本题共8小题,每小题5分,共40分。第1~5小题只有一个选项正确,第6~8小题有多个选项正确)
1.机器人技术发展迅速,以下哪方面是现有的机器人不能很好地完成的( )
A.汽车工业中自动焊接领域 B.深水探险
C.艺术体操和与人对话 D.机械加工
答案:C
解析:现有的机器人技术限于制造工艺、计算机技术和传感器技术,还很难达到类似人对肢体的控制能力,其动作精确但较僵硬,语音识别能力还很差,在其他几个方面机器人都有极佳表现。
2.楼道里,夜间只是偶尔有人经过,电灯总是亮着会浪费电能。科研人员利用光敏材料制成“光控开关”,天黑时自动闭合,天亮时自动断开;利用声敏材料制成“声控开关”,当有人走动发出声音时,自动闭合,无人走动时,自动断开。若将这两个开关配合使用,就可以使楼道变得“智能化”,这种“智能”电路正确的电路原理图是( )
答案:D
解析:需要同时满足题意的两个条件,则必须把光控开关和声控开关串联,故选项D正确。
3.演示位移传感器的工作原理如图所示,物体M在导轨上平移时,带动滑动变阻器的金属滑片P,通过电压表显示的数据,来反映物体位移的大小x。假设电压表是理想的,则下列说法正确的是( )
A.物体M运动时,电源内的电流会发生变化
B.物体M运动时,电压表的示数会发生变化
C.物体M不动时,电路中没有电流
D.物体M不动时,电压表没有示数
答案:B
解析:物体M运动时,电路中电阻没有变化,根据闭合电路欧姆定律可知,电源内的电流不会发生变化,故A错误。电压表测量滑动变阻器左侧的电压,物体M运动时,左侧电压会变化,而理想电压表对电路没有影响,则电压表的示数会发生变化,故B正确。物体M不动时,电路中仍有电流,而且电流不变,故C错误。物体M不动时,电压表测量滑动变阻器左侧的电压,电压表有示数,故D错误。
4.传感器是一种采集信息的重要器件。下图为测定压力的电容式传感器,A为固定电极,B为可动电极,组成一个电容大小可变的电容器。可动电极两端固定,当待测压力施加在可动电极上时,可动电极发生形变,从而改变了电容器的电容。现已知该电容式传感器充电完毕且电荷量不变,将它与静电计相连,如图所示。当待测压力增大时 ( )
A.电容器的电容将增大,静电计指针偏角将增大
B.电容器的电容将增大,静电计指针偏角将减小
C.电容器的电容将减小,静电计指针偏角将减小
D.电容器的电容将不变,静电计指针偏角不变
答案:B
解析:当压力增大时,平行板间距d减小,根据C=可知,电容器的电容增大,电容器所带电荷量Q不变,根据C=可知,电压减小,则静电计指针偏角减小,B正确,A、C、D错误。
5.如图所示,R3是光敏电阻(光照时电阻变小),当开关S闭合后,在没有光照射时,a、b两点等电势。当用光照射电阻R3时,则( )
A.a点的电势高于b点的电势
B.a点的电势低于b点的电势
C.a点的电势等于b点的电势
D.a点的电势和b点的电势的大小无法比较
答案:A
解析:R3是光敏电阻,当有光照射时电阻变小,R3两端电压减小,故a点电势升高,因其他电阻的阻值不变,所以a点电势高于b点电势。
6.小强在用恒温箱进行实验时,发现恒温箱的温度持续升高,无法自动控制。经检查,恒温箱的控制器没有故障。参照恒温箱原理图,下列对故障判断错误的是( )
A.只可能是热敏电阻出现故障
B.只可能是温度设定装置出现故障
C.热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障
D.可能是加热器出现故障
答案:ABD
解析:由恒温箱原理图可知,若热敏电阻出现故障或温度设定装置出现故障都会向控制器传递错误信息,导致控制器发出错误指令,故C正确,A、B错误。若加热器出现故障,只有一种可能,即不能加热,而加热器一直加热才会使温度持续升高,故D错误。
7.下图为光敏电阻自动计数器的示意图,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻,此光电计数器的基本工作原理是( )
A.当有光照射R1时,信号处理系统获得高电压
B.当有光照射R1时,信号处理系统获得低电压
C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
答案:AC
解析:R1为光敏电阻,当有光照射时,R1的阻值变小,R2上的电压变大,信号处理系统获得高电压。由题意知,当传送带上的物体挡住光时,信号处理系统获得低电压,这种电压高低交替变化的信号转化为相应的数字,实现自动计数的功能,达到自动计数的目的。故A、C正确,B、D错误。
8.力敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,有位同学利用力敏电阻设计了判断小车运动状态的装置,其工作原理如图(a)所示,将力敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上,中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动过程中,电流表示数如图(b)所示,下列判断正确的是( )
(a)
(b)
A.从t1到t2时间内,小车做匀速直线运动
B.从t1到t2时间内,小车做变加速直线运动
C.从t2到t3时间内,小车做匀速直线运动
D.从t2到t3时间内,小车做匀加速直线运动
答案:BD
解析:在0~t1时间内,I恒定,力敏电阻阻值不变,由小球的受力不变可知,小车可能做匀速或匀加速直线运动;在t1~t2时间内,I变大,力敏电阻阻值变小,压力变大,小车做变加速运动,A错误,B正确。在t2~t3时间内,I不变,压力恒定,小车做匀加速直线运动,C错误,D正确。
二、填空题(本题共2小题,共18分)
9.(9分)下图是一种测定油箱油量多少或油量变化多少的装置。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。
(1)若把一只电压表接在c、d之间,当油箱中油量减少时,电压表的示数将 (选填“增大”或“减小”)。
(2)将电压表接在b、c之间,当油量减少时,电压表的示数将 (选填“增大”或“减小”)。
答案:(1)减小 (2)增大
解析:(1)由题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阻值的变化。当油量减少时,R的数值会增大,电路中的电流会减小,c、d间的电压会减小,即电压表示数将减小。
(2)把电压表接在b、c之间,当油量减少时,R增大,电压表的示数增大。
10.(9分)图(a)是测量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。
(a)
(b)
(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 (选填“a”“b”或“c”)。
(3)如增大小球在斜槽上的高度,请在图(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)见解析图
解析:(1)该传感器把力信号转化为电信号,属于力电传感器。(2)小球经过凸形桥甲的最高点时,小球对桥面的压力小于小球所受的重力,其相对应的压力图线应是电脑屏幕上的c。(3)增大小球在斜槽上的高度,小球经凸形桥甲的最高点时对桥面的压力更小,其图线与c相比较,最低点更低一点。如图所示。
三、计算题(本题共3小题,共42分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)
11.(13分)右图为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的示意图,A为光源,B为光电接收器,A、B均固定在小车上,C为小车的车轮。D为与C同轴相连的齿轮,车轮转动时,A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号,被B接收并转换成电信号,由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间的脉冲数为n,累积脉冲数为N。试回答下列问题。
(1)要测出小车的速度和行程,还必须测量的物理数据有哪些
(2)推导小车速度的表达式。
(3)推导小车行程的表达式。
答案:(1)车轮的半径R和齿轮的齿数p
(2)v=
(3)s=
解析:(1)小车的速度等于车轮的周长与单位时间内车轮转动圈数的乘积。所以还要测量车轮的半径R和齿轮的齿数p。
(2)齿轮转一圈电子电路显示的脉冲数即为p。已知单位时间内的脉冲数为n,所以单位时间内齿轮转动圈数为。则有小车速度的表达式v=。
(3)小车运动的时间t=,故小车行程的表达式s=。
12.(14分)一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动,在圆盘上沿半径开有一条宽度为2 mm的均匀狭缝。将激光器与传感器上下对准,使二者间连线与转轴平行,分别置于圆盘的上下两侧,且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移动,激光器连续向下发射激光束。在圆盘转动过程中,当狭缝经过激光器与传感器之间时,传感器接收到一个激光信号,并将其输入计算机,经处理后画出相应图线。图(a)为该装置的示意图,图(b)为所接收的光信号随时间变化的图线,横坐标表示时间t,纵坐标表示接收到的激光信号强度I,图中Δt1=1.0×10-3 s,Δt2=0.8×10-3 s。
(a)
(b)
(1)利用图(b)中的数据求1 s时圆盘转动的角速度。
(2)说明激光器和传感器沿半径移动的方向,并说明理由。
答案:(1)7.85 rad/s (2)见解析
解析:(1)由题图读得,转盘的转动周期T=0.8 s
角速度ω= rad/s=7.85 rad/s。
(2)激光器和传感器沿半径向圆盘边缘移动。理由:由于脉冲宽度在逐渐变窄,表明光信号能通过狭缝的时间逐渐减少,即圆盘上对应传感器所在位置的线速度逐渐增加,因此激光器和传感器沿半径由中心向边缘移动。
13.(15分)如图所示,小铅球P系在细金属丝下,悬挂在O点,开始时小铅球P沿竖直方向处于静止状态。当将小铅球P放入水平流动的水中时,球向左摆动一定的角度θ,水流速度越大,θ越大。为了测定水流对小球作用力的大小,在水平方向固定一根电阻丝BC,其长为l,它与金属丝接触良好,不计摩擦和金属丝的电阻,C端在O点正下方处,且lOC=h。图中还有电动势为E的电源(内阻不计)和一只电压表。请你连接一个电路,使得当水速增大时,电压表的示数增大,并得出电压表的示数U与θ的关系式。
答案:见解析
解析:电路图如图所示。
设lCD=x,P球平衡时,由平衡条件可得
tan θ= ①
根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律可得
I= ②
根据电阻定律可得Rl=ρ ③
Rx=ρ ④
由①②③④式解得U=,
因为水流速度越大,θ越大,所以U越大。
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