教科版 高中物理 选修3-2 第三章 传感器 寒假复习题（解析版）

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教科版 高中物理 选修3-2 第三章 传感器 寒假复习题
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间150分钟。
分卷I
一、单选题(共10小题,每小题4.0分,共40分)
1.下面哪一项不是现代传感器的应用(　　)
A． 当你走近自动门时，门会自动打开
B． 电梯的两门靠拢接触到人体时，门会自动打开而不会夹伤人
C． 电饭煲能自动加热和保温而不会把饭烧焦
D． 将自己的银行卡插进自动取款机里可以取钱，而不必麻烦银行工作人员
【答案】D
【解析】宾馆的自动门是把人反射出来的红外线转化为电信号，利用了传感器；电饭锅工作当温度达到某特定值时，永磁体与感温磁体开始分离，会自动切断电源，利用了温度传感器；对一些生活中常见的自动控制元件，要知道其工作原理，比如；电饭煲、楼梯照明灯、电熨斗等．
2.如图所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、电键K与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中．两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电荷量为＋q的小球．K断开时传感器上有示数，K闭合时传感器上恰好无示数．则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是(　　)

A． 正在增加，＝
B． 正在减弱，＝
C． 正在减弱，＝
D． 正在增加，＝
【答案】D
【解析】K闭合时传感器上恰好无示数，说明小球受竖直向上的电场力，且电场力大小等于重力，由楞次定律可判断磁场B正在增强，根据法拉第电磁感应定律E＝n＝U，又q·＝mg得＝＝，故D正确．
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
【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。
4.电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装置，由于电容器的电容C取决于极板正对面积S，极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而又可推出另一物理量的值，如图所示是四种电容式传感器的示意图，关于这四种传感器的作用，下列说法正确的是(　　)

A． 甲图的传感器可以用来测量角度
B． 乙图的传感器可以用来测量液面高度
C． 丙图的传感器可以用来测量压力
D． 丁图的传感器可以用来测量速度
【答案】ABC
【解析】甲图角度变化能导致极板正对面积变化；乙图高度变化能导致极板正对面积变化；丙图F变化能导致极板间距变化；丁图物体位置变化导致电介质变化．所以，甲，乙，丙，丁分别是测角度，液面高度，压力，位移的物理量．故选ABC.
5.电子打火机的点火原理是压电效应，压电片在受压时会在两侧形成电压且电压大小与压力近似成正比．现有一利用压电效应制造的电梯加速度传感器，如图所示．压电片安装在电梯地板下，电压表与压电片构成闭合回路用来测量压电片两侧形成的电压，若发现电压表示数增大，下列说法正确的是(　　)

A． 电梯一定加速上升
B． 电梯一定减速下降
C． 电梯加速度一定向上
D． 电梯加速度一定向下
【答案】C
【解析】电压表示数增大说明人对地板的压力变大，对人受力分析知地板对人的支持力大于人所受重力，即人的加速度一定向上，所以电梯可能向上加速，也可能向下减速．
6.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
【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．
7.街道旁的路灯利用半导体的电学特性制成了白天自动熄灭，夜晚自动点亮的装置，该装置的工作原理是应用了半导体的(　　)
A． 光敏性
B． 压敏性
C． 热敏性
D． 三个特性同时应用
【答案】A
【解析】街道旁的路灯利用半导体的电学特性制成了白天自动熄灭，夜晚自动点亮的装置应用了半导体的光敏性。
8.热敏电阻能将热信号转换为电信号是因为(　　)
A． 电阻阻值的大小随热量的变化而变化
B． 电阻阻值的大小随温度的变化而变化
C． 电阻体积的大小随热量的变化而变化
D． 电阻体积的大小随温度的变化而变化
【答案】B
【解析】热敏电阻能将热信号转换为电信号是因为电阻阻值的大小随温度的变化而变化。
9.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．
10.传感器的输出量通常为(　　)
A． 非电量信号
B． 电量信号
C． 位移信号
D． 光信号
【答案】B
【解析】传感器是将非电学量转换为电学量的元件，则传感器的输出量通常为电量信号．故选B.
二、多选题(共4小题,每小题5.0分,共20分)
11.(多选)传感器是采集信息的一种重要元件，如图所示是一种电容式压力传感器，左边下面为可动电极，它的两端固定，当待测压力作用于可动电极时，使它发生形变，从而改变传感器的电容，若流经灵敏电流计的电流方向向左时，指针向右偏，则待测压力突然增大时

A． 电容器的电容增大
B． 电容器的电容减小
C． 灵敏电流计指针向左偏
D． 灵敏电流计指针向右偏
【答案】AD
【解析】当压力突然增大，距离减小，电容增大，电容器充电，电流方向向左，指针向右偏，则A、D正确．
12.(多选)电容式话筒的保真度比动圈式话筒好，其工作原理如图下所示．Q是绝缘支架，薄金属膜M和固定电极N形成一个电容器，被直流电流充电．当声波使膜片振动时，电容发生变化，电路中形成变化的电流，在膜片向右运动的过程中，有(　　)

A． 电容变大
B． 电容变小
C． 导线AB中有向左的电流
D． 导线AB中有向右的电流
【答案】AC
【解析】由平行板电容器的电容公式C＝可知，当膜片向右运动时，相当于电容器两极板间的距离变小，电容变大，电源对电容器充电，电流的方向由电源的正极流向负极，故导线AB中有向左的电流．
13.(多选)如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当入射光强度增大时(　　)

A． 电压表的示数增大
B．R2中电流减小
C． 小灯泡的功率增大
D． 电路的路端电压增大
【答案】ABC
【解析】当光照强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，从而电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路的路端电压减小，A项正确，D项错误．由路端电压减小，而R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确．结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，故小灯泡的功率增大，C项正确．
14.关于应变式力传感器的说法正确的是(　　)
A． 应变式力传感器是由半导体材料制作的应变片来感知压力的变化
B． 应变片的特点是拉伸时电阻变大，收缩时电阻变小
C． 在应变片中通有变化的电流，那么电阻的变化就引起电阻两端电压的变化
D． 当外力增大时，两个应变片两端的电压差值增大
【答案】ABD
【解析】根据应变片特点可以判定，C应该是通入恒定的电流，由于电阻的变化引起了电阻两端的变化，故C错误，A、B、D正确．
分卷II
三、实验题(共1小题,每小题10.0分,共10分)
15.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 ℃时的阻值为550 Ω.现要求在降温过程中测量在95～20 ℃之间的多个温度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阻值，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 ℃＜T1＜95 ℃)；调节电阻箱，使得电流表的读数________，记录________．
⑥温度为T1的热敏电阻的电阻值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.
【答案】见解析
【解析】(1)实验原理电路图如图所示

(2)④电阻箱的读数R0　⑤仍为I0　电阻箱的读数R1　⑥R0－R1＋150 Ω

四、计算题(共3小题,每小题10.0分,共30分)
16.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＝.
17.如图甲所示为半导体材料做成的热敏电阻的阻值随温度变化的曲线，图乙为用此热敏电阻RT和继电器设计的温控电路，设继电器的线圈电阻为Rx＝50 Ω，当继电器线圈中的电流Ic大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合．左侧电源电动势为6 V，内阻可不计，温度满足什么条件时，电路右侧的小灯泡会发光？


【答案】温度不小于50 ℃
【解析】热敏电阻与继电器串联，若使电流不小于Ic＝20 mA，则总电阻不大于R总＝＝300 Ω.
由于R总＝RT＋Rx，则RT不大于250 Ω.
由甲图可看出，当RT＝250 Ω时，温度t＝50 ℃，即温度不小于50 ℃时，电路右侧的小灯泡会发光．
18.如图所示是用斯密特触发器控制某宿舍楼道内照明灯的示意图，试说明其工作原理．

【答案】见解析
【解析】天较亮时，光敏电阻RG阻值较小，斯密特触发器输入端A电势较低，则输出端Y输出高电平，线圈中无电流，工作电路不通．
天较暗时，光敏电阻RG阻值增大，斯密特触发器输入端A电势升高，当升高到一定值，输出端Y由高电平突然跳到低电平，有电流通过线圈A，电磁继电器工作，接通工作电路，使照明灯自动开启．
天明后，RG阻值减小，斯密特触发器输入端A电势逐渐降低，降到一定值，输出端Y突然由低电平跳到高电平，则线圈A中不再有电流，电磁继电器自动切断工作电路的电源，照明灯熄灭．