第5章《传感器及其应用》章末测试题word版含答案

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2019鲁科版高中物理选修3-2第5章《传感器及其应用》章末测试题
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间150分钟。

第Ⅰ卷
一、单选题(共20小题,每小题3.0分,共60分)


1.下列器件应用力传感器的是(　　)
A． 鼠标器
B． 火灾报警器
C． 测温仪
D． 电子秤
【答案】D
【解析】鼠标器中的传感器是红外线接收管，属于光传感器；火灾报警器中传感器是光电三极管，属于光传感器；测温仪用的是温度传感器；电子秤的敏感元件是应变片，是力传感器，D正确．
2.自动门、生命探测器、家电遥控系统、防盗防火报警器都使用了(　　)
A． 温度传感器
B． 红外线传感器
C． 生物传感器
D． 压力传感器
【答案】B
【解析】自动门发出红处线，人挡住红处线时，门会自动打开；家电遥控系统会发出红外线信号，家电接收红外线会按一定程序工作；人体能自动发出红外线，可以通过红外线传感器接收；防盗防火报警器，当温度升高时发出的红外线增强，因此这四种都用了红外线传感器，B正确，A、C、D错误．
3.许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启；而在白天，即使有声音它也没有反应，它的控制电路中可能接入的传感器是(　　)
①温度传感器；②光传感器；③声音传感器；④热传感器
A． ①②
B． ②③



C． ③④
D． ②④
【答案】B
4.关于传感器的下列说法正确的是(　　)
A． 所有传感器的材料都是由半导体材料做成的
B． 金属材料也可以制成传感器
C． 传感器主要是通过感知电压的变化来传递信号的
D． 以上说法都不正确
【答案】B
【解析】半导体材料可以制成传感器，其他材料也可以制成传感器，如金属氧化物氧化锰就可以制成温度计，所以A错，B正确．传感器不但能感知电压的变化，还能感受力、温度、光、声、化学成分等非电学量，所以C错．
5.每当地震发生后，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
【答案】A
【解析】伤员被深埋在废墟中，借助红外线传感器，可以感知人与周围环境的差别，且伤员与尸体的温度不同，借助探测仪可以探测到活着的被困人员．
6.如图所示是家用电冰箱的压缩启动装置的电路．其中的运行绕组是电冰箱在工作时的电动机定子，由于家用交流电是单相的，启动时必须依靠启动绕组的帮助才能产生旋转磁场．在启动绕组的支路中串联有一个PTC元件，这是一种以钛酸钡为主要材料的热敏电阻器．电流流过PTC元件，元件发热，它的电阻率随温度升高而发生显著变化，当电动机转动起来正常以后，PTC元件温度较高，电阻很大，启动绕组电流很小．则以下判断正确的是(　　)

①电冰箱的电动机启动时比正常工作时耗电少　②电冰箱的电动机正常工作时比启动时耗电少　③电冰箱启动后，启动绕组功率不变，运行绕组功率是变化的　④电冰箱启动后，启动绕组功率是变化的，运行绕组功率不变
A． ①③
B． ②④
C． ①④
D． ②③
【答案】B
【解析】启动时，由于PTC元件温度低、电阻小，故耗电多，②正确；启动后，随PTC元件温度升高，PTC元件电阻增大，通过启动绕组的电流减小，故启动绕组功率是变化的，而运行绕组电压不变，故功率不变，则④正确．
7.下列情况中，应用了温度传感器的是(　　)
A． 商场里的自动玻璃门
B． 夜间自动打开的路灯
C． 夜间有声音时就亮的楼梯灯
D． 自动恒温冰箱
【答案】D
8.氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测，它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化．如下图所示电路中，不同的一氧化碳浓度对应传感器的不同电阻值，电压表的示数与一氧化碳的浓度一一对应，观察电压表示数就能判断一氧化碳浓度是否超标．已知氧化锡传感器的电阻的倒数与一氧化碳浓度成正比，那么，电压表示数U与一氧化碳浓度ρ之间的对应关系正确的是(　　)

A．U越大，表示ρ越大，ρ与U成正比
B．U越大，表示ρ越小，ρ与U成反比
C．U越大，表示ρ越大，但ρ与U无关
D．U越大，表示ρ越小，但ρ与U无关
【答案】C
【解析】由题图可知电压表测量的是电阻R0两端的电压，当时电路总电阻减小时，I增大，U增大，已知传感器电阻的倒数与一氧化碳浓度ρ成正比，有关系式＝kρ.由闭合电路的欧姆定律可得U＝·R0＝·R0，结合数学知识可得U越大，ρ越大，但是U与ρ并非决定与被决定的关系，U只是表示ρ的一个量，ρ与U的大小没有比例关系，所以选项C正确．
9.下述仪器或装置没有使用到传感器的有(　　)
A． 自动报警器
B． 弹簧测力计
C． 电视遥控器
D． 红外线探测仪
【答案】B
【解析】自动报警器是利用了光敏电阻，电视遥控器和红外线探测仪是利用了红外线，弹簧测力计是根据弹簧的伸长量和拉力成正比工作的，没有用到传感器，故选B.
10.如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图，罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．发生火灾时，下列说法正确的是(　　)

A． 进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报
B． 光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报
C． 进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报
D． 以上说法均不正确
【答案】C
【解析】由火灾报警器的原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，C对．
11.楼道里，夜间只是偶尔有人经过，电灯总是亮着浪费电能，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”电路正确的是(　　)



A．
B．



C．
D．
【答案】D
【解析】需要满足题意的两个条件，则必须把光控开关和声控开关串联．
12.在防治“非典”期间，在机场、车站等交通出入口，使用了红外线热像仪，红外线热像仪通过红外线遥感，可检测出经过它时的发热病人，从而可以有效控制疫情的传播．关于红外线热像仪，下列说法正确的是(　　)
A． 选择红外线进行检测，主要是因为红外线光子能量小，可以节约能量
B． 红外线热像仪通过发射红外线照射人体来检测
C． 红外线热像仪同时还具有杀菌作用
D． 一切物体都能发射红外线，而且物体在不同温度下发射的红外线的频率和强度不同
【答案】D
【解析】红外线热像仪是根据物体发射的红外线的频率和强度不同而工作的，故D正确．
13.如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图．门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭会遮蔽红外线源(红外线源没有画出)．经实际试验，灯的亮灭能反映门的开、关状态．门打开时两灯的发光情况以及R2两端电压UR2与门关闭时相比(　　)

A． 红灯亮，UR2变大
B． 绿灯亮，UR2变大
C． 绿灯亮，UR2变小
D． 红灯亮，UR2变小
【答案】D
【解析】门打开R3减小，导致R总减小，I总增加，Ur和UR1变大，UR2＝E－(UR1＋Ur)减小，IR3＝I总－增加，电磁继电器磁性增强把衔铁拉下，红灯亮，绿灯灭，A、B、C均错误，D正确．
14.如图甲所示是某同学设计的电容式速度传感器原理图，其中上板为固定极板，下板为待测物体，在两极板间电压恒定的条件下，板极上所带电量Q将随待测物体的上下运动而变化，若Q随时间t的变化关系为Q＝(a、b为大于零的常数)，其图象如图乙所示，那么图丙、图丁中反映极板间场强大小E和待测物体速度v随t变化的图线可能是(　　)


A． ①和③
B． ①和④
C． ②和③
D． ②和④
【答案】C
【解析】设两板间的距离为d.由C＝和C＝变形得d＝，又E＝，则得E＝，即E的变化和Q的变化一致，图丙中②正确．设下板经过时间t后d′＝，则其位移x＝d－d′＝(d－)－，由于U不变，则位移表达式满足匀速运动的位移表达式，图丁中③正确．故选C.
15.关于传感器，下列说法不正确的是(　　)
A． 传感器是将非电学量转换成电学量的装置
B． 压力传感器是将力学量转换成电学量的装置
C． 话筒中的传感器将电信号转换成声音信号
D． 传感器广泛应用于信息采集系统
【答案】C
【解析】传感器是能够感受外界信息，并将其按照一定的规律转换成电信号的器件或装置，即将非电学量转换成电学量的元件，故A正确．压力传感器就是将力学量转换成电学量的装置，B正确．话筒中的传感器是声传感器，它将声音信号转换成电信号，而不是将电信号转换成声音信号，C错误．传感器广泛应用在自动测量和自动控制系统中，担负着信息采集和转化的任务，故D正确．
16.有一些星级宾馆的洗手间装有自动干手机，洗手后将湿手靠近干手机，机内的传感器就开通电热器加热，有热空气从机内喷出，将湿手烘干，手靠近干手机能使传感器工作，是因为(　　)
A． 改变湿度
B． 改变温度
C． 改变磁场
D． 改变电容
【答案】D
【解析】根据自动干手机工作的特征，手靠近干手机电热器工作，手撤离后电热器停止工作，人是一种导体，可以与其他导体构成电容器．手靠近时相当于连接一个电容器，可以确定干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变了电容大小，故D正确；用湿度和温度来驱动电热器工作，理论上可行，但是假如干手机是由于温度、湿度的变化工作就成了室内烘干机．
17.在家用电热灭蚊器中，电热部分主要元件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率ρ随温度T的变化关系如图所示，由于这种特性，PTC元件具有发热、保温双重功能．以下对电热灭蚊器的判断正确的是(　　)

①通电后，其电功率先增大后减小
②通电后，其电功率先减小后增大
③当其产生的热量与散失的热量相等时，温度保持在T1不变
④当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在T1和T2之间的某一值不变
A． ①③
B． ②③
C． ②④
D． ①④
【答案】D
【解析】在温度由零升到T1的过程中，电阻器的电阻率ρ随温度的升高而减小，其电阻R随之减小，由于加在灭蚊器上的电压U保持不变，灭蚊器的热功率P随之增大，当T＝T1时，P＝P1达到最大，在温度由T1升高到T2的过程中，ρ增大，R增大，P减小．而温度越高，其与外界环境的温度差也就越大，高于环境温度的电热灭蚊器的散热功率P′也就越大，因此在这之间的某温度T3会有P＝PT3＝P′，即电热功率等于散热功率时，达到保温，当TP′，温度自动升高到T3；当T>T3时，P18.以下家用电器中利用了温度传感器的是(　　)
A． 防盗报警器
B． 自动门
C． 电子秤
D． 电饭煲
【答案】D
【解析】
19.如图所示为测定压力的电容式传感器，将平行板电容器、灵敏电流表(零刻度在中间)和电源串联成闭合电路，当压力F作用于可动膜片电极上时，膜片发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流表指针偏转，在对膜片开始施加压力使膜片电极从图中的虚线推到图中实线位置并保持固定的过程中，灵敏电流表指针偏转情况为(电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏)(　　)

A． 向右偏到某一刻度后回到零刻度
B． 向左偏到某一刻度后回到零刻度



C． 向右偏到某一刻度后不动
D． 向左偏到某一刻度后不动
【答案】A
【解析】压力F作用时，极板间距d变小，由C＝，电容器电容C变大，又根据Q＝CU，极板带电荷量变大，所以电容器应充电，灵敏电流计中产生由正接线柱流入的电流，所以指针将右偏．F不变时，极板保持固定后，充电结束，指针回到零刻度，故选A.
20.在探究超重和失重规律时，某体重为G的同学站在一压力传感器上完成一次下蹲动作．传感器和计算机相连，经计算机处理后得到压力F随时间t变化的图象，则可能正确的是(　　)
A．
B．
C．
D．
【答案】D
【解析】该同学站在传感器上完成一次下蹲动作过程中，先向下加速，后向下减速，其加速度方向先向下后向上，即先失重后超重．


第Ⅱ卷
二、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)


21.“加速度计”作为测定物体加速度的仪器，已被广泛地应用于飞机、潜艇、导弹、航天器等装置的制导中，如图甲所示是“应变式加速度计”的原理图．支架AB固定在待测系统上，尚志穿在A、B间的水平光滑横杆上，并用轻弹簧固接于动因A端，其下端的滑动臂P可在滑动变阻器上自由滑动，随着系统沿水平方向做变速运动．滑块相对于支架发生位移，并通过电路转换为电信号从1、2两点的电压表输出，已知电压表量程为8 V，表盘如图乙所示，滑块质量m＝0.1 kg，弹簧的劲度系数k＝20 N/m，电源的电动势E＝10 V，内阻r＝2 Ω，滑动变阻器的总阻值R＝40 Ω，有效总长度L＝8 cm，当待测系统静止时，滑动臂P位于滑动变阻器中点，取A→B方向为参考正方向．


(1)为保证电压表能正常工作，图中电阻R0至少应为多大？
(2)根据R0的最小值，将表盘上的电压刻度改为适当的加速度刻度，将对应的加速度值填入图乙中表盘边的小圆内．
【答案】
【解析】(1)要保证电压表正常工作，则P位于最右端时1、2间的电压不能超过电压表的量程，即U＝≤8 V，解得R0＝8 Ω，即图中电阻R0至少应为8 Ω.
(2)电压表的示数U电＝且R电＝(－x)，对滑块由牛顿第二定律得kx＝ma，把各量的数值代入以上各式整理得a＝8－2U电，把电压分别为0、2 V、4 V、6 V、8 V代入上式可求得对应的加速度分别为＋8 m/s2、＋4 m/s2、0、－4 m/s2、－8 m/s2，对应填入即可．
22.一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，使两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．如图甲所示为该装置示意图，如图乙为所接收的光信号随时间变化的图线，横坐标表示时间，纵坐标表示接收到的激光信号强度，图中Δt1＝1.0×10－3s，Δt2＝0.8×10－3s.


(1)利用如图乙中的数据求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；
(3)求如图乙中第三个激光信号的宽度Δt3.
【答案】(1)7.85 rad/s　(2)由中心向边缘移动　(3)6.7×10－4s
【解析】(1)由图乙解得，转盘的转动周期T＝0.8 s，故其角速度ω＝＝rad/s＝7.85 rad/s.
(2)由图乙可知，圆盘转动的角速度不变，说明圆盘在做匀速圆周运动；脉冲宽度逐渐变窄，表示光信号通过狭缝的时间逐渐减少，而狭缝的宽度为一定值，则说明圆盘上对应探测器所在的位置的线速度逐渐增加，因此激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动．
(3)设狭缝宽度为d，探测器接收到第i个脉冲时距转轴的距离为ri，第i个脉冲的宽度为Δti，激光器和探测器沿半径的运动速度为u.
Δti＝得ri＝，又因为r3－r2＝r2－r1＝uT，所以－＝－，解得：Δt3＝≈6.7×10－4s.
23.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触头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＝.
24.如图所示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，系统静止时滑动触头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3/4位置，此时系统的加速度大小和方向如何？
【答案】(1)a＝(E－2U)
(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)　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＝ma①
电压表的示数为
U＝E②
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)当滑动触头滑到最右端时，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＝－，负号表示方向向左．