高中物理教科版选修3-2 能力提升训练：第3章 传感器 Word版含解析

第三章检测
(时间:90分钟　满分:100分)
一、选择题(本题包含10小题,每小题4分,共40分.在每小题给出的四个选项中,1~6题只有一个选项符合题目要求,7~10题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,有选错或不选的得0分)
1.下列说法正确的是(　　)
A.电饭锅中的敏感元件是光敏电阻
B.测温仪中测温元件可以是热敏电阻
C.机械式鼠标中的传感器接收到连续的红外线,输出不连续的电脉冲
D.火灾报警器中的光传感器在没有烟雾时呈现低电阻状态,有烟雾时呈现高电阻状态
解析:电饭锅中的敏感元件是感温铁氧体,选项A错误;机械式鼠标中的传感器接收断续的红外线脉冲,输出相应的电脉冲信号,选项C错误;火灾报警器中的光传感器在没有烟雾时呈现高电阻状态,有烟雾时呈现低电阻状态,选项D错误;选项B正确.
答案:B
2.某电容式话筒的原理示意图如图所示,E为电源,R为电阻,薄片P和Q为两金属极板,对着话筒说话时,P振动而Q可视为不动.在P、Q间距增大过程中(　　)
A.P、Q构成的电容器的电容增大
B.P上电荷量保持不变
C.M点的电势比N点的低
D.M点的电势比N点的高
解析:薄片P和Q为两金属极板,构成平行板电容器,由C=εrS4πkd可知,当P、Q间距增大过程中即d增大,电容C减小,选项A错误.电容器始终与电源连接.两极板电压不变.据电容的定义式C=QU知电荷量减少,选项B错误.Q板上的正电荷流向M点经N点到电源正极,故φM>φN,选项C错误,选项D正确.
答案:D
3.压力传感器的阻值随所受压力的增大而减小,有位同学利用压力传感器设计了判断小车运动状态的装置,其工作原理如图甲所示,将压力传感器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
解析:在0~t1内,I恒定,压力传感器阻值不变,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,说明压力变大,小车做变加速运动,选项A、B错误.在t2~t3内,I不变,说明压力不变,小车做匀加速直线运动,选项C错误,选项D正确.
答案:D
4.如图所示的电路是一火警报警器的一部分电路示意图,其中R2为用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I2、报警器两端的电压U的变化情况是(　　)
A.I2变大,U变大 B.I2变小,U变小
C.I2变小,U变大 D.I2变大,U变小
解析:抓住半导体热敏特性即电阻随温度升高而减小,再用电路动态变化的分析思路,按局部→整体→局部进行.当传感器R2处出现火情时,温度升高,电阻减小,电路的总电阻减小,总电流I增大,路端电压Uab=U=E-Ir减小,I(r+R1)增大,U并=E-I(r+R1)减小,通过R3的电流I3减小,通过R2的电流I2=I-I3增大,选项D正确.
答案:D
5.利用传感器和计算机可以测量快速变化力的瞬时值,用这种方法获得了弹性绳中拉力F随时间t变化的图线,如图所示.实验时,把小球举到悬点O处,然后放手让小球自由落下.由图线所提供的信息,可以判定(　　)
A.t2时刻小球速度最大
B.t1时刻小球处在最低点
C.t3时刻小球处在悬点O处
D.t1至t2时刻小球速度先增大后减小
解析:0~t1过程,小球做自由落体,绳中拉力为0;t1~t2过程,t1时刻小球刚好把绳拉直,但F=0,t2时刻拉力最大,说明小球已落至最低点,t1~t2过程中有某一时刻重力等于绳的拉力,此时小球速度最大,所以此过程中,小球速度先增大后减小;t2~t3过程,小球向上弹起,t3时刻绳恢复原长,F=0;之后重复以上过程.由分析可知,t1、t3时刻小球处在绳自然长度处,t2时刻在最低点,故选项D正确,选项A、B、C错误.
答案:D
6.在输液时,药液有时会从针口流出体外,为了及时发现,设计了一种报警装置,电路如图所示.M是贴在针口处的传感器,接触到药液时其电阻RM发生变化,导致S两端电压U增大,装置发出警报,此时(　　)
A.RM变大,且R越大,U增大越明显
B.RM变大,且R越小,U增大越明显
C.RM变小,且R越大,U增大越明显
D.RM变小,且R越小,U增大越明显
解析:根据闭合电路欧姆定律,当RM变小时,电路中电流增大,S两端电压U增大,且R越大,在RM减小时,RM与R的并联电阻值变化越明显,电路中电流变化越明显,S两端电压U增大得也越明显,选项C正确.
答案:C
7.下列关于传感器的说法,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.热敏电阻温度越高,电阻越小
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,所以选项A错误,选项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,所以选项C错误.热敏电阻温度越高,能够自由移动的载流子增多,导电性能越好,电阻越小,选项D正确.
答案:BD
8.在一些学校教室为了保证照明条件,采用智能照明系统,在自然光不足时接通电源启动日光灯,而在自然光充足时,自动关闭日光灯,其原理图如图所示.R为一光敏电阻,L为一带铁芯的螺线管,在螺线管上方有一用细弹簧系着的轻质衔铁,一端用铰链固定在墙上可以自由转动,另一端用一绝缘棒连接两动触头.有关这套智能照明系统工作原理描述正确的是(　　)
A.光照越强,光敏电阻阻值越大,衔铁被吸引下来
B.在光线不足时,光敏电阻阻值变大,电流小,衔铁被弹簧拉上去,日光灯接通
C.上面两接线柱应该和日光灯电路连接
D.下面两接线柱应该和日光灯电路连接
解析:由光敏电阻特性可知,光照强度越强,电阻越小,电流越大,所以A项错,B项正确;上面两接线柱应接日光灯电路,所以C项正确,而D项错误.
答案:BC
9.右图是温度报警器电路示意图,为“非”门电路,下列关于对此电路的分析正确的是(　　)
A.当RT的温度升高时,RT减小,A端电势降低,Y端电势升高,蜂鸣器会发出报警声
B.当RT的温度升高时,RT减小,A端电势升高,Y端电势降低,蜂鸣器会发出报警声
C.当增大R1时,A端电势升高,Y端电势降低,蜂鸣器会发出报警声
D.当增大R1时,A端电势降低,Y端电势升高,蜂鸣器会发出报警声
解析:当RT温度升高时,由于RT阻值减小,所以A电势升高,为高电平,Y输出低电平,蜂鸣器会发出报警声;R1阻值增大,A电势升高,同样会出现上述现象,所以选项B、C正确.
答案:BC
10.下图是电饭锅的结构图,如果感温磁体的“居里温度”为103 ℃,下列说法正确的是(　　)
A.常温下感温磁体具有较强的磁性
B.当温度超过103 ℃时,感温磁体的磁性较强
C.饭熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会超过103 ℃,这时开关按钮会自动跳起
D.常压下只要锅内有水,锅内的温度就不可能达到103 ℃,开关按钮就不会自动跳起
解析:常温下感温磁体的磁性较强,当按下开关按钮时,永磁体与感温磁体相互吸引而接通电路,而感温磁体的“居里温度”是103 ℃,常压下只要锅内有水,锅内温度就不可能达到103 ℃,开关就不会自动断开;饭熟后,水分被吸收,锅底温度就会升高,当达到103 ℃时,感温磁体磁性消失,在弹簧的作用下开关自动跳起.综上所述A、C、D三项正确.
答案:ACD
二、填空题(本题包含2小题,共20分)
11.(8分)按图所示接好电路,合上S1、S2,发现小灯泡不亮,原因是? 　;?
用电吹风对热敏电阻吹一会儿热风,会发现小灯泡　　　　,原因是　? 　;?
停止吹风,会发现　　　　　　　　　　　　;把热敏电阻放入冷水中会发现　　　　　　　　　.?
答案:热敏电阻在常温时阻值较大,左侧电路电流较小,电磁铁磁性较弱,吸不住衔铁　变亮　当用电吹风对热敏电阻加热使其阻值变小,电路中电流增大,电磁铁吸住衔铁,使右侧电路接通,小灯泡亮了　小灯泡依然亮着　小灯泡熄灭
12.(12分)如图所示,厚度为h、宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中,当电流通过导体时,在导体板的上侧面A和下侧面A'之间会产生电势差,这种现象称为霍尔效应.实验表明,当磁场不太强时,电势差U、电流I和B的关系为U=kIBd,式中的比例系数k称为霍尔系数.霍尔效应可解释如下:外部磁场的洛伦兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧,在导体板的另一侧
会出现多余的正电荷,从而形成横向电场.横向电场对电子施加与洛伦兹力方向相反的静电力.当静
电力与洛伦兹力达到平衡时,导体板上下两侧之间就会形成稳定的电势差.设电流I是由电子的定向
流动形成的,电子的平均定向速度为v,电荷量为e,回答下列问题:
(1)达到稳定状态时,导体板上侧面A的电势　　　　(选填“高于”“低于”或“等于”)下侧面A'的电势.?
(2)电子所受的洛伦兹力的大小为　　　　.?
(3)当导体板上下两侧之间的电势差为U时,电子所受静电力的大小为　　　　.?
解析:(1)导体的电子定向移动形成电流,电子的运动方向与电流方向相反,电流方向向右,则电子向左运动.由左手定则判断,电子会偏向A端面,A'板上出现等量的正电荷,电场线向上,所以上侧面A的电势低于下侧面A'的电势.(2)电子所受的洛伦兹力的大小为F洛=evB.(3)电子所受静电力的大小为F静=eE=eUh.
答案:(1)低于　(2)evB　(3)eUh
三、计算题(本题包含4小题,共40分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤.只写出最后答案的不得分.有数值计算的题,答案中必须写明数值和单位)
13.(8分)一热敏电阻在温度为80 ℃时阻值很大,当温度达到100 ℃时阻值就很小,今用一电阻丝给水加热,并配以热敏电阻以保持水温在80 ℃到100 ℃之间,可将电阻丝与热敏电阻并联,一并放入水中,如图所示,图中R1为热敏电阻,R2为电阻丝.请简述其工作原理.
解析:开始水温较低时,R1阻值较小,电阻丝R2对水进行加热;当水温达到100 ℃左右时,R1阻值变得很小,R2被短路,将停止加热;当温度降低到80 ℃时,R1阻值又变得很大,R2又开始加热.这样就可达到保温的效果.
答案:见解析
14.(10分)图甲为热敏电阻的R-t图像,图乙为用此热敏电阻R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100 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=9.0 V,内阻可以不计.图中的“电源”是恒温箱加热器的电源.问:
甲
乙
(1)应该把恒温箱内的加热器接在　　　　　　(选填“A、B端”或“C、D端”).?
(2)如果要使恒温箱内的温度保持50 ℃,可变电阻R'的值应调节为多大?
解析:(1)A、B端.
(2)由热敏电阻的R-t图像可知,温度为50 ℃时,R=90 Ω.
由闭合电路欧姆定律得I=ER线+R+R'.
则R'=EI?R线-R=260 Ω.
答案:(1)A、B端　(2)260 Ω
15.(10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OC=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,电压表示数增大.
解析:电路图如答案图所示.
设CD=x,P球平衡时
由平衡条件可得tan θ=Fmg=xh ①
根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律可得
I=ERL=URx ②
根据电阻定律可得RL=ρLS ③
Rx=ρxS ④
由①②③④式可得U=tanθ·EhL
因为水流速度越大,θ越大,所以U越大.
答案:如图所示.
16.(12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(当时的温度大约为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?
解析:(1)R1应该远大于发热板的等效电阻.因为R1和红灯只起指示作用,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)水的沸腾温度为100 ℃,烧开时水温不会达到103 ℃,所以自动断电功能不起作用.
答案:(1)R1应该远大于发热板的等效电阻　(2)见解析