2019沪科版高中物理选修3-2第5章《传感器与现代社会》测试题含答案

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2019沪科版高中物理选修3-2第5章《传感器与现代社会》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.下列有关传感器的说法中错误的是(　　)
A． 汶川大地震时用的生命探测仪利用了生物传感器
B． “嫦娥二号”卫星的立体相机获取月球数据利用了光传感器
C． 电子秤称量物体质量是利用了力传感器
D． 火灾报警器能够在发生火灾时报警是利用了温度传感器
2.对于常见的可燃气体浓度的检测，现在一般用催化燃烧检测器．它的原理如下：传感器的核心为一惠斯通电桥，其中一桥臂上有催化剂，当与可燃气体接触时，可燃气体在有催化剂的电桥上燃烧，该桥臂的电阻发生明显变化，其余桥臂的电阻不变化，从而引起整个电路的输出发生变化，而该变化与可燃气体的浓度成比例，从而实现对可燃气体的检测．由此可推断有催化剂的桥臂上的电阻材料为(　　)
A． 铜
B． 合金
C． 半导体
D． 绝缘体
3.为了保证汽车刹车时车轮不被抱死，使车轮仍有一定的滚动而不是纯滑动，这样既可以提高刹车效果，又不使车轮失去控制，为此需要一种测定车轮是否还在转动的装置，这种检测装置称为电磁脉冲传感器，如果该装置检测出车轮不再转动，它就会自动放松刹车机构，让车轮仍保持转动状态，这就是ABS防抱死系统．如图是电磁脉冲传感器示意图，B是一根永久磁体，外面绕有线圈，它们的左端靠近一个铁质齿轮A，齿轮与转动的车轮是同步的，则以下说法正确的是(　　)

A． 车轮转动时，由于齿轮在永久磁体的磁场中切割磁感线，产生感应电流
B． 车轮转动时，由于齿轮被磁化使线圈中的磁场发生变化，产生感应电流
C． 车轮转速减慢时，输出电流的周期变小，电流强度也变小
D． 车轮转速减慢时，输出电流的周期变大，电流强度也变大
4.某种角速度计，其结构如图所示．当整个装置绕轴OO′转动时，元件A相对于转轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压，电压传感器(传感器内阻无限大)接收相应的电压信号．已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k、自然长度为l，电源的电动势为E、内阻不计．滑动变阻器总长也为l，电阻分布均匀，装置静止时滑片P在变阻器的最左端B端，当系统以角速度ω转动时，则(　　)

A． 电路中电流随角速度的增大而增大
B． 电路中电流随角速度的增大而减小
C． 弹簧的伸长量为x＝
D． 输出电压U与ω的函数式为U＝
5.传感器是把非电学物理量(如位移、压力、流量、声强等)转换成电学量的一种元件．如图所示为一种电容式传感器，电路可将声音信号转化为电信号．电路中a、b构成一个电容器，b是固定不动的金属板，a是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜．若声源S发出频率恒定的声波使a振动，则a在振动过程中(　　)

A．a、b板之间的电场强度不变
B．a、b板所带的电荷量不变
C． 电路中始终有方向不变的电流
D． 向右位移最大时，电容器的电容最大
6.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点电势高于b点电势
B．a点电势低于b点电势
C．a点电势等于b点电势
D．a点电势和b点电势的大小无法比较
7.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
8.某楼梯口的电灯开关装有传感器，天黑时，出现声音才能发光，而白天即使有声音，电灯也不能发光，该开关中有两种传感器，它们可能是(　　)
A． 热敏电阻和光敏电阻
B． 金属热电阻和光敏电阻
C． 热敏电阻和霍尔元件
D． 光敏电阻和驻极体话筒
9.如图所示是一个测定液面高度的传感器，在导线芯的外面涂上一层绝缘物质，放在导电液体中，导线芯和导电液体构成电容器的两极，把这两极接入外电路，当电容值增大引起外电路的电流变化时，说明导电液体的深度h(　　)

A． 增大
B． 减小
C． 不变
D． 无法确定
10.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；门关闭时会遮蔽红外线源(红外线源没有画出)．经实际试验，灯的亮、灭情况的确能反映门的开、关状态．门打开时两灯的发光情况及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
11.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图甲所示，将压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，电流表示数变化与时间t的关系如图乙所示，下列判断正确的是(　　)


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，小车做匀加速直线运动
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
12.如图所示，RT为正温度系数热敏电阻，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，为理想电压表，现发现电压表示数增大，可能的原因(　　)

①热敏电阻温度升高，其他条件不变；②热敏电阻温度降低，其他条件不变；③光照增强，其他条件不变；④光照减弱，其他条件不变



A． ①③
B． ①④
C． ②③
D． ②④
13.如图所示，甲、乙两个交流电路中，电源的输出电压、输出电流均相等．若理想变压器原、副线圈的匝数为n1、n2，则负载电阻R1与R2的比值为(　　)

A．n1∶n2
B．n2∶n1
C．n∶n
D．n∶n
14.传感器可将非电学量转换为电学量，起自动控制作用．如计算机鼠标中有位移传感器，电熨斗、电饭煲中有温度传感器，电视机、录像机、影碟机中有光传感器……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不动时，电路中没有电流
D． 物体M不动时，电压表没有示数
15.电磁流量计广泛应用于测量可导电流体(如污水)在管中的流量(单位时间内通过管内横截面的流体体积)．为了简化，假设流量计是如图所示的横截面为长方形的一段管道，其中中空部分的长、宽、高分别为图中的a、b、c.流量计的两端与输送流体的管道(图中虚线)相连接．图中流量计的上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料．现于流量计所在处加磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面．当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，I表示测得的电流值．已知流体的电阻率为ρ，不计电流表的内阻，则可求得流量为(　　)

A．(bR＋ρ)
B．(aR＋ρ)
C．(cR＋ρ)
D．(R＋ρ)
16.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
17.如图所示，电吉他的弦是磁性物质，当弦振动时，线圈中产生感应电流，感应电流输送到放大器、喇叭，把声音播放出来，下列说法正确的是(　　)

A． 电吉他是光电传感器
B． 电吉他是温度传感器
C． 电吉他是声音传感器
D． 弦改用尼龙材料原理不变
18.电炖锅是用电阻通电后发热来加工食品的，内有两个“聪明”开关，一个是利用“热敏”材料制成的“热控开关”，当食品加热达到设定温度时，“热控开关”断开使电阻的发热功率减小；另一个是“定时开关”，当加热到一定时间时，“定时开关”断开，使电阻停止发热，这种“聪明电路”是(　　)



A．B．C．D．
19.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，下列说法中正确的是(　　)

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
20.温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的．如图所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势E＝9.0 V，内阻不计；G为灵敏电流表，其内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示，闭合开关S，当R的温度等于20 ℃时，电流表示数I1＝2 mA；当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻的温度是(　　)

A． 60 ℃
B． 80 ℃
C． 100 ℃
D． 120 ℃


第II卷
二、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)


21.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？
22.如图所示为某种电子秤的原理示意图，AB为一均匀的滑动电阻，阻值为R，长度为L，两边分别有P1、P2两个滑动头，P1可在竖直绝缘光滑的固定的MN上保持水平状态而上下自由滑动，弹簧处于原长时，P1刚好指着A端．P1与托盘固定相连，当P1、P2间出现电压时，该电压经过放大，通过信号转换后在显示屏上将显示物体重力的大小．已知弹簧的劲度系数为k，托盘自身质量为m0，电源电动势为E，内阻不计，当地的重力加速度为g.

(1)求托盘上未放物体时，在托盘自身重力作用下，P1离A的距离x1.
(2)求托盘上放有质量为m的物体时，P1离A的距离x2.
(3)在托盘上未放物体时通常先校准零点，其方法是：调节P2，使P2离A的距离也为x1，从而使P1、P2间的电压为零．校准零点后，将物体m放在托盘上，试推导出物体质量m与P1、P2间的电压U之间的函数关系式．
23.如图所示为检测某传感器的电路图，传感器上标有“3 V,0.9 W”的字样(传感器可看作一个纯电阻)，滑动变阻器R0上标有“10 Ω，1 A”的字样，电流表的量程为0.6 A，电压表的量程为3 V.

(1)根据传感器上的标注，计算该传感器的电阻和额定电流；
(2)若电路各元件均完好，检测时，为了确保电路各部分的安全，在a、b之间所加的电源电压的最大值是多少？
24.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.【答案】D
【解析】生命探测仪是利用了生物传感器，立体相机是利用了光传感器，电子秤是利用了力传感器，火灾报警器是在烟雾浓度达到一定程度时能够输出电信号，使警铃发声或使红灯闪烁，自动报警，利用了光传感器而不是利用了温度传感器，A、B、C正确，D错误．
2.【答案】C
【解析】可燃气体燃烧后桥臂电阻发生变化的原因，是由于温度升高造成的，所以此电阻应属于热敏电阻，而能够随温度变化其电阻有较明显变化的材料只可能是选项中的半导体材料，故选C.
3.【答案】B
【解析】此传感器是利用线圈中磁通量的变化产生感应电流的原理来实现检测的．当车轮转动时，带动齿轮转动，相当于将铁块插入和拔出线圈，从而使线圈中磁通量发生变化而产生感应电流，故选项A错误，B正确；当车轮转速减慢时，线圈中磁通量的变化减慢，产生的感应电流的周期变大，由E＝n可知，电流强度变小，故选项C、D错误．
4.【答案】D
【解析】系统在水平面内以角速度ω转动时，无论角速度增大还是减小，BC的总电阻不变，根据闭合电路欧姆定律得知，电路中电流保持不变，故A、B错误；设系统在水平面内以角速度ω转动时，弹簧伸长的长度为x，则对元件A，根据牛顿第二定律得kx＝mω2(l＋x)，又输出电压U＝E＝E，联立两式得x＝，U＝，故C错误，D正确．
5.【答案】D
【解析】a、b始终跟电源相连，电势差U不变，由于a、b间距离变化，由E＝知场强变化，A错误；由C＝知d变化时C变化，a向右位移最大时，电容最大，D正确；由Q＝CU知a、b所带电荷量变化，电路中电流方向改变，B、C错误．
6.【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．
7.【答案】B
【解析】楼道灯控制电路中安装有光声控延时开关，它装有光敏感元件，用于感知外界光线的强弱，还安装有声敏感元件用于感知外界声响．当白天外界光线较强时，光声控延时开关总处于断开状态，灯不亮；当夜晚光线较弱且有声响时光声控延时开关处于导通状态，灯亮，延时一段时间后，开关断开，灯熄灭．
8.【答案】D
【解析】两种传感器分别把声音信号转换为电信号，把光信号转换为电信号，所以选项D正确．
9.【答案】A
【解析】由题意知，导线芯和导电液体构成电容器的两极，类似于平行板电容器的两极．当导电液体深度h增大时，导线芯和导电液体正对面积增大，电容器的电容值变大．
10.【答案】D
【解析】当门打开时，R3受红外线照射，电阻减小，从而使并联电路电阻减小，总电阻减小，电路中总电流I增大，R2两端电压UR2＝U并＝E－I(R1＋r)减小，R2中电流IR2＝减小，所以R3中电流IR3＝I－IR2增大，线圈产生的磁场增强，把衔铁吸下，红灯亮，故D正确．
11.【答案】D
【解析】在0～t1内，I恒定，压敏电阻阻值不变，小球的受力不变，小车可能做匀速或匀加速直线运动．在t1～t2内，I变大，阻值变小，压力变大，小车做变加速运动．在t2～t3内，I恒定，压力不变，小车做匀加速直线运动．
12.【答案】D
【解析】电压表示数变大，而R3为定值电阻，说明流经R3的电流增大，由电路结构可知，这可能是由于RT减小或R1增大，由正温度系数热敏电阻和光敏电阻特性知，可能是由于温度降低或光照减弱，故②、④正确，①、③错误．
13.【答案】C
【解析】设电源的电压为U1，则R1消耗的功率P1＝，根据电压与匝数成正比得U2＝U1，则R2消耗的功率P2＝，因为P1＝P2，所以＝，故选C.
14.【答案】B
【解析】当M向左运动时，与电压表并联的电阻变小，电压表的示数变小；当M向右运动时，与电压表并联的电阻变大，电压表的示数变大；当M不动的时候，电压表的示数不变化．
15.【答案】A
【解析】
设管中流体的流速为u，则在Δt时间内流体在管中向前移动的距离为vΔt，这样如图所示中画线的流体在Δt时间内都将流过横截面．
设其横截面积为S，则画线的流体体积ΔV＝SvΔt.对于题干所给的流量计，横截面积S＝bc，故流过流量计的流量Q＝vbc，对于给定的流量计，b与c是常量，可见测流量实质上是测流速．当可导电流体稳定地流经流量计时，流体将切割磁感线，这样在流量计的上、下两面产生感应电动势E＝vBc，其中B是垂直于流量计前后两面的匀强磁场的磁感应强度，c是流过流量计流体的厚度，v是可导电流体在流量计中的流速．这样在管外将流量计上、下两表面分别与一串接了电阻R的电流表的两端连接，如图所示，则将有电流流过闭合电路．这个闭合电路中的电动势就是由可导电流体沿流量计流动切割磁感线而产生的，如图所示，电阻包括外接的电阻R和可导电液体的电阻(大小为r＝)．

根据闭合电路欧姆定律得，电路中的电流I＝.由此就得到可导电流体在流量计中的流速为v＝(R＋ρ)，于是流过流量计的流量Q＝vbc＝(bR＋ρ)．
16.【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.
17.【答案】C
【解析】由电吉他发声原理可知是将声音变化转变为电流的变化，C对，A、B、D错．
18.【答案】C
【解析】电路C中，当食品加热达到设定温度时，“热控开关”断开，电路的电阻变大，根据P＝，电阻的发热功率减小；当加热到一定时间时，“定时开关”断开，切断这个电路，使电阻停止发热，所以C是这种“聪明电路”．
19.【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．故电压表的示数将逐渐变大，最后不变．所以选项D正确．
20.【答案】D
【解析】由题中图乙知，温度为20 ℃时，R的阻值R1＝4 kΩ.由欧姆定律知E＝I1(R1＋Rg)，E＝I2(R2＋Rg)，两式联立，解得R2＝2 kΩ，由题图乙中查得此时温度为120 ℃，D正确．
21.【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．
22.【答案】(1)　(2)　(3)m＝
【解析】托盘的移动带动P1移动，使P1、P2间出现电势差，电势差的大小反映了托盘向下移动距离的大小，由于R为均匀的滑动电阻，则其阻值与长度成正比．
(1)由力的平衡知识m0g＝kx1，解得x1＝.
(2)放上物体重新平衡后m0g＋mg＝kx2，解得
x2＝.
(3)由闭合电路的欧姆定律知E＝IR，由部分电路的欧姆定律知U＝IR串，又＝，其中x为P1、P2间的距离，则x＝x2－x1＝，联立解得m＝.
23.【答案】(1)10 Ω　0.3 A　(2)6 V　(3)可使用　3 V
【解析】(1)传感器的电阻R传＝＝Ω＝10 Ω
传感器的额定电流I传＝＝A＝0.3 A
(2)要求电路各部分安全，则要求电路的最大电流I＝I传＝0.3 A
此时电源电压最大值Um＝U传＋U0，U传为传感器的额定电压，U0为R0调至最大值R0m＝10 Ω时，R0两端的电压，即U0＝I传R0m＝0.3×10 V＝3 V，
所以电源电压最大值Um＝U传＋U0＝3 V＋3 V＝6 V.
24.【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＝.