2018—2019学年高中物理粤教版选修3-2试题：第三章传感器章末质量评估

第三章 传感器
章末质量评估(三)
(时间：90分钟　分值：100分)
一、单项选择题(本大题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求，选对的得3分，选错或不答的得0分)
1．能把温度这个物理量转化为电阻这个物理量的元器件是(　　)
A．热敏电阻　　　　 B．光敏电阻
C．电容器 D．电源
解析：能把温度这个物理量转化为电阻这个物理量的元器件是热敏电阻，选项A正确，BCD错误．
答案：A
2．指纹识别器在下列哪些方面可以得到广泛应用(　　)
A．乘坐客车购票时 B．过公路收费处时
C．放学出校门口时 D．开银行保险柜时
解析：指纹识别器是利用了电容传感器原理．是一种利用指纹采集头及其配套软件结合起来的为加强个人电脑加密程度的高科技安全产品，多用在安全保密的场所．乘坐客车购票时，过公路收费处时，放学出校门口时，无需保密，不需要指纹识别．在开银行保险柜时，安全保密的需要，故广泛使用指纹识别．故ABC错误，D正确．
答案：D
3．下列说法不正确的是(　　)
A．话筒是一种常见的红外线传感器
B．电熨斗内一般装有双金属片温度传感器
C．电子秤所使用的测力装置是力传感器
D．热敏电阻能够把温度大小转换为电阻大小
解析：动圈式话筒是通电导体在磁场中受力，变化的电流通过线圈，产生变化的磁场，从而让扬声器的膜片振动，产生声音，故A错误；电熨斗通过温度传感器实现温度的自动控制，故B正确；电子秤所使用的测力装置是力转换成电信号来显示大小，属于力传感器，故C正确；金属热电阻传感器是利用导体或半导体的电阻随温度变化来测量温度的一种温度敏感元件，故D正确．
答案：A
4．2011年3月，日本仙台发生8.0级大地震，地震发生后，各路救援人员及时深入灾区，与死神抢时间，争分夺秒抢救被埋人员，有些救援队借助“生命探测仪”可以发现深埋在废墟中的伤员，根据所学知识，你认为“生命探测仪”可能用到了(　　)
A．红外线传感器 B．压力传感器
C．振动传感器 D．电容传感器
解析：活人能够向外传递微弱的声音信息，便于用生命探测仪收集；活人能够向外辐射红外线，红外线属于电磁波的一个波段，便于用生命探测仪收集，所以只有A选项正确．
答案：A
5．如图所示，将一光敏电阻接入多用电表两表笔上，将多用电表的选择开关置于欧姆挡，用光照射光敏电阻时，表针的偏角(自左向右)为θ；用手掌挡住部分光线，表针的偏角为θ′，则可判断(　　)
A．θ′＝θ B．θ′＜θ
C．θ′＞θ D．不能确定
解析：光敏电阻的阻值随光照强度的增强而减小，用手掌挡住部分光线，光敏电阻的阻值变大，表针左偏，偏角减小．
答案：B
6．如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，导致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
解析：这个声电传感器又可归类到电容传感器中．由题意对着话筒说话时，振动膜前后振动，则金属层和金属板间距离改变，即电容器两极板间距改变，故导致电容变化的原因可能是电容器两极间距变化．
答案：A
7．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杆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运动时，电路中没有电流
D．物体M不动时，电压表没有示数
解析：因为整个滑动变阻器被接入电路中，所以移动金属杆P不能改变滑动变阻器接入电路中的阻值，电流不变，但会改变电压表的示数．
答案：B
8.传感器是一种采集信息的重要器件．如图所示是一种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．现将此电容式传感器与零刻度在中央的灵敏电流表和电源串联成闭合电路，已知电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏转，当待测压力增大时，下列说法正确的是(　　)
A．电容器的电容将减小
B．电容器的电荷量将减小
C．灵敏电流表指针向左偏转
D．灵敏电流表指针向右偏转
解析：当待测压力增大时，电容器极板间距离减小，根据电容的决定式C＝分析得知，电容增大，故A错误；电容两端电势差不变，根据Q＝CU可知，电容器的电荷量将增加，故B错误；由于电容器上极板带正电，则电路中形成逆时针方向的充电电流，故灵敏电流表的指针向右偏，故C错误，D正确.
答案：D
9．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，在升降机中将重物放在压敏电阻上，压敏电阻接在如图甲所示的电路中，电流表示数变化如图乙所示，某同学根据电流表的示数变化情况推断升降机的运动状态，下列说法中正确的是(　　)
图甲　　　　　　图乙　　
A．0～t1时间内，升降机一定匀速运动
B．0～t1时间内，升降机可能减速上升
C．t1～t2时间内，升降机可能匀速上升
D．t1～t2时间内，升降机可能匀加速上升
解析：在0～t1时间内，电流恒定，表明压敏电阻的阻值恒定，则重物对压敏电阻压力恒定，则升降机可能处于静止、匀速运动或匀变速直线运动状态，故A选项错误，B选项正确；t1～t2时间内，电流在增加，表明压敏电阻的阻值在减小，则重物对压敏电阻的压力在增大，故不可能做匀速运动或匀加速运动，C、D两项都错．
答案：B
10．为了测量蹦床运动员跃起的高度，训练时在弹性网上安装压力传感器，利用传感器记录弹性网所受的压力，并在计算机上作出压力—时间图象．某次训练作出的图象如图所示．设运动员在空中运动时可视为质点，则运动员离开蹦床的速率大约是(g取10 m/s2)(　　)
A．1 m/s B．10 m/s
C．12 m/s D．20 m/s
解析：由图可知运动员离开蹦床的时间为2秒，则上升和下降的时间均为1秒，则运动员离开蹦床的速率大约是v＝gt＝10 m/s，故选B.
答案：B
二、多项选择题(本大题共4小题，每小题4分，共16分．在每小题给出的四个选项中，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，有选错或不答的得0分)
11．用计算机辅助实验系统(DIS)做验证牛顿第三定律的实验，如图所示是把两个测力探头的挂钩钩在一起，向相反方向拉动，观察显示器屏幕上出现的结果．观察分析两个力传感器的相互作用随着时间变化的曲线，以下结论正确的是(　　)
A．作用力与反作用力作用在同一物体上
B．作用力与反作用力同时存在，同时消失
C．作用力与反作用力大小不一定相等
D．作用力与反作用力方向相反
解析：牛顿第三定律中作用力和反作用力大小相等，方向相反，作用在一条直线上，作用在两个物体上．作用力和反作用力同时产生，同时消失．应选B、D.
答案：BD
12．如图是测试热敏电阻R的实验电路图，滑动变阻器已调节到某一适当的值．实验中观察到当温度升高时灯更亮．对实验现象分析正确的有(　　)
A．温度升高，电路中的电流减小
B．温度升高，电路中的电流增大
C．温度升高，热敏电阻的阻值增大
D．温度升高，热敏电阻的阻值减小
解析：当温度升高时，电路中的热敏电阻的阻值减小，由闭合电路欧姆定律可知：电路中的电流增大，导致灯泡变亮，故选B、D.
答案：BD
13．如图所示的是一个电容式传感器，在金属线a的外面涂一层绝缘的电介质后放在导电液体中构成一个电容器，a与导电液体就是该电容器的两极．今使该电容器充电后与电源断开，并将a与静电计的导体球相连，插入导电液体中的电极b与静电计外壳相连，则当导电液体深度h变大时(　　)
A．引起两极间正对面积变大
B．电容器的电容将变小
C．电容器两极间的电压将变小
D．以上说法都不正确
解析：当导电液体深度h变大时，相当于电容器的两极板的正对面积变大，由C＝知，电容C变大，而电容器充电后与电源断开，所以电容器所带电荷量Q不变，由U＝知，电容器两极间的电压将变小．
答案：AC
14．有一种测量人体重的电子秤，其原理如图中虚线内所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)．设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3 A，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，电阻R随压力变化的函数式为R＝30－0.01F(F和R的单位分别是N和Ω)．下列说法正确是(　　)
A．该秤能测量的最大体重是1 400 N
B．该秤能测量的最大体重是2 800 N
C．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处
D．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.400 A处
解析：当电路中电流I＝3 A时，电子秤测量的体重最大．由欧姆定律 I＝
得，R＝－r＝－2＝2 Ω，代入R＝30－0.01F得到F＝2 800 N，故A错误，B正确．
踏板空载时F＝0，代入R＝30－0.02F得，电阻R＝30 Ω，由欧姆定律得I＝＝ A＝0.375 A，所以该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处．故C正确，D错误．
答案：BC
三、非选择题(本题共4小题，共54分．按题目要求作答．解答题应写出必要的文字说明、方程和重要演算步骤，答案中必须明确写出数值和单位)
15．(14分)(1)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中．图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图．由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力________(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更______(选填“敏感”或“不敏感”)．
(2)利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等．图甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的UI关系图线．
图甲　　　　　　图乙
图丙
①实验室提供的器材有：电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围0～10 Ω)、滑动变阻器B(阻值范围0～100 Ω)、电动势为6 V的电源(不计内阻)、小灯泡、电键、导线若干．该同学做实验时，滑动变阻器选用的是________(选填“A”或“B”)；请在图乙的方框中画出该实验的电路图．
②将该小灯泡接入如丙图所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3 A，电源电动势为3 V．则此时小灯泡的电功率为________ W，电源的内阻为______Ω.
解析：(1)由R-t图象可知，热敏电阻在温度上升时电阻减小，则导电能力增强．相对金属热电阻，热敏电阻在相同的温度变化情况下电阻变化大，则热敏电阻对温度变化的响应更敏感．
(2) ①由于小灯泡的电阻较小，电路应该设计成电流传感器外接．描绘小灯泡伏安特性曲线，设计成滑动变阻器分压接法，故选用滑动变阻器A.
②将该小灯泡接入丙图所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3 A，电源电动势为3 V，在小灯泡伏安特性曲线上找出对应电流为0.3 A的点，该点横纵坐标的乘积0.3 A×2.5 V＝0.75 W为此时小灯泡的电功率，电源的内阻为Ω＝1.67 Ω.
答案：(1)增强　敏感　(2)①A　 电路如图所示
②0.75　1.67
16.(12分)电热毯、电饭锅是人们常用的电热式家用电器，它们一般具有加热和保温功能，其工作原理大致相同．如图所示为某种电热式电器的简化电路图，主要元件有电阻丝R1，R2和自动开关S.
(1)当自动开关S闭合和断开时，用电器分别处于什么状态？
(2)用电器由照明电路供电(U＝220 V)，设加热时用电器的电功率为400 W，保温时用电器的电功率为40 W，则R1和R2分别为多大？
解析：(1)当S闭合时，R2短路，此时电路总电阻最小，由P＝知，功率最大，为加热状态；当S断开时，R1、R2串联，电路总电阻最大，功率最小，为保温状态．
(2)S闭合时，为加热状态，有P＝①；S断开时，为保温状态，有P′＝②，联立①②得R1＝121 Ω，R2＝1 089 Ω.
答案：(1)S闭合时，为加热状态　S断开时，为保温状态
(2)121 Ω　1 089 Ω
17.(12分)角速度计可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度，其结构如图所示，当系统绕OO′轴转动时，元件A发生位移并输出电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源，已知A的质量为m，弹簧劲度系数为k、自然长度为l，电源电动势为E、内阻不计，滑动变阻器总长度为l，电阻分布均匀，系统静止时P在a点，当系统以角速度ω转动时，推导输出电压U和ω的函数关系式．
解析：水平方向加速度由弹簧提供，
F向＝mω2(l＋Δx)＝kΔx，
所以Δx＝.
因为U＝IR＝Iρ，①
E＝IR总＝Iρ.②
得：U＝·E＝·＝.
答案：U＝
18．(16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，球向左摆起一定的角度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，它与金属丝接触良好，不计摩擦(C端在O点正下方处)．图中还有电动势为E的电源(内阻不计)和一只电压表．
(1)请你连接电路，使得当水速增大时，电压表示数增大．
(2)如果OC间距离为h，水流对小球作用力的大小为F，BC的长度为L，小球质量为m(不计水对小球的浮力)，当小球平衡时，电压表示数为U.请写出F与m、U、E、L、h的关系式．
解析：(1)如图所示．
(2)设CD＝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的欧姆定律可得：
I＝＝，②
根据电阻定律可得：RL＝ρ，③
Rx＝ρ，④
由①②③④式可得：F＝U.
答案：见解析