高中物理鲁科版选修3-2 训练题第5章 传感器及其应用 Word版含解析

章末过关检测
一、单项选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确)
1．现在不少公共场所设置的自动感应产品方便了广大市民和游客，若一伸手，龙头里自动流出水、给皂器自动流出洗手液等．这类产品通常感应人体辐射出的(　　)
A．红外线　　　　　　　 B．紫外线
C．X射线 D．γ射线
解析：选A.红外线的显著特性是热作用，人体所辐射出的红外线使自动感应器工作，故选A.
2．很多汽车的车窗有防夹手功能．车窗在关闭过程中碰到障碍时会停止并打开．实现该功能可能使用的传感器是(　　)
A．生物传感器 B．气体传感器
C．温度传感器 D．压力传感器
解析：选D.汽车的车窗有防夹手功能，在关闭过程中碰到障碍时会停止并打开，这是因为使用压力传感器，故D正确，A、B、C错误．
3．电磁炉里面安装了温度感应装置，可以感应器皿温度的变化，控制加热的温度，这种装置最重要的元件是热敏电阻，其特点是(　　)
A．温度变化，电阻值随之变化
B．温度变化，电阻内部会产生感应电流
C．温度变化，电阻值保持恒定
D．以上说法都不对
解析：选A.热敏电阻，其特点是温度变化，电阻值随之变化，即温度越高阻值越小，故A正确，B、C、D错误．
4．有些洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该装置采用的传感器是(　　)
A．温度传感器 B．压力传感器
C．声音传感器 D．红外线传感器
解析：选B.洗衣机内水位高低不同，对洗衣机水桶的压力不同，因此该装置采用的是压力传感器，故B正确，A、C、D错误．
5．如图所示为用电源、电磁继电器、滑动变阻器、绿灯泡、小电铃、负温度系数半导体热敏电阻、开关、导线等组成的一个高温报警器电路图，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警，则图中的甲、乙、丙分别是(　　)
A．小电铃、半导体热敏电阻、绿灯泡
B．半导体热敏电阻、小电铃、绿灯泡
C．绿灯泡、小电铃、半导体热敏电阻
D．半导体热敏电阻、绿灯泡、小电铃
解析：选B.甲的回路应为控制电路，甲当然是半导体热敏电阻；热敏电阻的特点是温度高，电阻小，电流大，继电器工作，触头被吸下，乙被接通应报警，即乙是小电铃；平常时，温度低，电阻大，电流小，丙导通，丙应是绿灯泡，即B正确．
6．如图所示是观察电阻值随温度变化情况的示意图．现把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是(设水对电阻阻值的影响不计)(　　)
A．如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显
B．如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显
C．如果R为用半导体材料制成的热敏电阻，读数变化非常明显
D．如果R为用半导体材料制成的热敏电阻，读数变化不明显
解析：选C.金属热电阻的阻值随温度的升高而增大，但灵敏度较差，而热敏电阻的阻值随温度的升高电阻减小，且灵敏度高，故选项C正确．
二、多项选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有错选或不答的得0分)
7．如图所示是某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻，R2为定值电阻，A、B接监控装置．则(　　)
A．当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压升高
B．当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压降低
C．当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
D．当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
解析：选BC.R1是光敏电阻，有光照射时，电阻变小，当有人通过而遮蔽光线时，R1的阻值变大，回路中的电流I减小，A、B间的电压U＝IR2减小，故A项错误，B项正确；由闭合电路欧姆定律得：U＝E－I(R1＋r)，当仅增大R2的阻值时，电路中的电流减小，A、B间的电压U增大，故C项正确；当仅减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压U减小，故D项错误．
8．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．对于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：选BD.当温度升高时，电路中的热敏电阻的阻值减小，由闭合电路殴姆定律可知：电路中的电流增大，导致灯泡变亮，故B、D正确，A、C错误．
9．如图所示为用热敏电阻R和电磁铁L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．电源甲与电磁铁、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时，衔铁P将会被吸下
B．当温度升高到某一数值时，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、B端
解析：选BD.温度升高时，热敏电阻阻值减小，电流增大，电磁铁磁性增强，将衔铁P吸下，选项B正确；温度低时，要求加热器工作，所以加热器应接在A、B端，选项D正确．
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．绿灯灭，UR2变小 D．红灯亮，UR2变小
解析：选CD.门打开时R3减小，导致R总减小和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，选项A、B错误，选项C、D正确．
三、非选择题(本题共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能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
11．(10分)太阳能是一种清洁、“绿色”能源．在我国举办的世博会上，大量利用了太阳能电池．太阳能电池在有光照时，可以将光能转化为电能，在没有光照时，可以视为一个电学器件．某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法，探究一个太阳能电池在没有光照时(没有储存电能)的I－U特性．所用的器材包括：太阳能电池，电源E，电流表A，电压表V，滑动变阻器R，开关S及导线若干．
(1)为了达到上述目的，请将图甲连成一个完整的实验电路图．
　
(2)该实验小组根据实验得到的数据，描点绘出了如图乙的I－U图象．由图可知，当电压小于2.00 V时，太阳能电池的电阻________(选填“很大”或“很小”)；当电压为2.80 V时，太阳能电池的电阻约为________ Ω.
解析：(1)探究I－U特性时需要多组数据，故滑动变阻器应采用分压接法．连线见答案．
(2)根据R＝，结合I－U图可知U＜2.00 V时R很大；U＝2.80 V时R＝ Ω＝1.0×103Ω.
答案：(1)连线如图
(2)很大　1.0×103(965～1 040)
12．(10分)如图所示，一热敏电阻RT放在控温容器M内；A为毫安表，量程为6 mA，内阻为数十欧姆；E为直流电源，电动势约为3 V，内阻很小；R为电阻箱，最大阻值为999.9 Ω；S为开关．已知RT在95 ℃时的阻值为150 Ω，在20 ℃时的阻值约为550 Ω.现要求在降温过程中测量在95 ℃至20 ℃之间的多个温度下RT的阻值．
(1)在图中画出连线，完成实验原理电路图．
(2)完成下列实验步骤中的填空．
①依照实验原理电路图连线．
②调节控温容器M内的温度，使得RT的温度为95 ℃.
③将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全．
④闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录____________．
⑤将RT的温度降为T1(20 ℃⑥温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1＝________________________________________________________________________.
⑦逐步降低T1的数值，直至20 ℃为止；在每一温度下重复步骤⑤⑥.
解析：热敏电阻的阻值随温度发生变化，无法直接测量，但可以通过间接的方式进行测量．本题中可以保持电流不变，总电阻不变来达到目的．由于本实验只有一只可以测量和观察的直流电流表，所以应该用“替代法”，考虑到用电流表观察而保证电路中电阻不变，因此将热敏电阻、电阻箱和电流表串联组成测量电路，如图所示．热敏电阻RT在95 ℃和20 ℃的阻值是已知的，所以热敏电阻的初始温度为95 ℃，则电流表示数不变时，电阻箱和热敏电阻的阻值应保持150 Ω和电阻箱的初值之和不变；如果热敏电阻的初始温度为20 ℃，则电流表示数不变时，电阻箱和热敏电阻的阻值应保持550 Ω和电阻箱的初值之和不变．因此可以测量任意温度下的电阻．
答案：(1)实验原理电路图如解析图所示
(2)④电阻箱的读数R0　⑤仍为I0　电阻箱的读数R1
⑥R0－R1＋150 Ω
13．(10分)有一种测量压力的电子秤，其原理如图所示．E是内阻不计、电动势为6 V的电源．R0是一个阻值为300 Ω的限流电阻．G是由理想电流表改装成的指针式测力显示器．R是一个压敏电阻，其阻值可随压力大小的变化而改变，其关系如表所示．C是一个用来保护显示器的电容器．秤台的重力忽略不计，试分析：
压力F/N
0
50
100
150
200
250
300
…
电阻R/Ω
300
280
260
240
220
200
180
…
(1)利用表中的数据，写出电阻R随压力F变化的函数式．
(2)若电容器的耐压值为5 V，该电子秤的最大称量值为多少？
(3)如果把电流表中电流的刻度变换成压力刻度，则该测力显示器的刻度是否均匀？
解析：(1)由表中数据可知，k＝＝＝0.4 Ω/N
所以电阻R随压力F变化的函数表达式为
R＝(300－0.4F) Ω.
(2)R上受到的压力越大，R的阻值越小，电容器两极板电压越大，但不能超过5 V，所以＝，解得R＝60 Ω，又因为R＝(300－0.4F)Ω，得F＝600 N.
(3)电流表中的电流I＝＝
电流I与压力F不是线性关系，该测力显示器的刻度不均匀．
答案：(1)R＝(300－0.4F)Ω　(2)600 N　(3)不均匀
14．(10分)有一种测量物体重量的电子秤，其电路主要由三部分构成：踏板、压力传感器R(实际上是一个阻值可随压力变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质上是电流表)，原理图如图中的虚线所示，不计踏板的质量．已知电流表的量程为2 A，内阻为1 Ω，电源电动势为12 V，内阻为1 Ω，电阻R随压力F变化的函数式为R＝30－0.01F(F和R的单位分别为N和Ω)．
(1)求该秤能测量的最大体重；
(2)通过计算，得出该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘的哪个刻度处？
(3)写出该秤测量的重力与电流表中电流的函数关系．
解析：(1)由电流表量程可知电路中最大电流为2 A
由闭合电路欧姆定律E＝I(R＋r＋rg)
可解得压力传感器R的最小值为4 Ω
由电阻R随压力F变化的函数式为R＝30－0.01F
可得压力最大值F＝2 600 N，
即该秤能测量的最大体重为2 600 N.
(2)踏板空载时，F＝0，R＝30 Ω
由闭合电路欧姆定律，E＝I(R＋r＋rg)
可解得I＝0.375 A
即该秤零刻度线应标在电流表G刻度盘的0.375 A刻度处．
(3)由E＝I(R＋r＋rg)和R＝30－0.01F可得
E＝I(30－0.01F＋r＋rg)
将电动势E＝12 V、内阻r＝1 Ω、电流表内阻rg＝1 Ω
代入化简得F＝3 200－.
答案：(1)2 600 N　(2)0.375 A　(3)F＝3 200－