2020年高中物理鲁教版选修3-2第5章 传感器及其应用 测试卷

第5章《传感器及其应用》测试卷
一、单选题(共15小题)
1.如图所示是观察电阻值随温度变化情况的示意图．现在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(　　)

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为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化非常明显
D． 如果R为热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变化不明显
2.酒精测试仪用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车及其他严禁酒后作业人员的现场检测，它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器．酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化，在如图所示的电路中，不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系．如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r′的倒数与酒精气体的浓度c成正比，那么，电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的是(　　)

A．U越大，表示c越大，c与U成正比
B．U越大，表示c越大，但是c与U不成正比
C．U越大，表示c越小，c与U成反比
D．U越大，表示c越小，但是c与U不成反比
3.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



4.如图所示的火灾报警器是应用烟雾对光的散射来工作的．该报警器利用的传感器是(　　)




A． 力传感器
B． 声传感器
C． 位移传感器
D． 光传感器



5.R1为定值电阻，R2为滑动变阻器，2个电阻采用如图甲方式接在电动势为E、内阻为r的电源上，利用电压传感器和电流传感器研究R2上的电压与电流变化关系．当自上向下滑动R2上的滑片时，通过数据采集器将电压与电流信号输入计算机后，在屏幕上得到的U－I图象应为图乙中的(　　)

甲



A．
B．
C．
D．



6.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



7.如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时(　　)




A．R1两端的电压增大
B． 电流表的示数增大
C． 小灯泡的亮度变强
D． 小灯泡的亮度变弱



8.惯性制导系统已广泛应用于弹道式导弹工程中，这个系统的重要元件之一是加速度计．加速度计构造和原理的示意图如图所示：沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一质量为m的滑块，滑块两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连；两弹簧的另一端与固定壁相连．滑块原来静止，弹簧处于自然长度，滑块上有指针，可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导．设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离O点的距离为x，则这段时间内导弹的加速度(　　)




A． 方向向左，大小为
B． 方向向右，大小为
C． 方向向左，大小为
D． 方向向右，大小为



9.传感器是一种采集信息的重要器件．如图所示是一种测定压力的电容式传感器，A为固定电极，B为可动电极，组成一个电容大小可变的电容器．可动电极两端固定，当待测压力施加在可动电极上时，可动电极发生形变，从而改变了电容器的电容．现将此电容式传感器与零刻线在中央的灵敏电流表和电源串联，组成闭合电路，已知电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏转．当待测压力增大时(　　)




A． 电容器的电容将减小
B． 灵敏电流表指针在正中央零刻线处
C． 灵敏电流表指针向左偏转
D． 灵敏电流表指针向右偏转



10.有一种在光照或温度升高时都能启动排气扇的自动控制装置，下列说法正确的是(　　)
A． 两个传感器都是光电传感器
B． 两个传感器分别是光电传感器和温度传感器
C． 两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器
D． 只有光照和温度都适合时排气扇才能工作
11.有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，下列说法正确的是(　　)
A． 两个传感器都是光电传感器
B． 两个传感器分别是光电传感器和温度传感器
C． 两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器
D． 只有光照和温度都适合时排气扇才能工作
12.下列关于传感器的说法正确的是(　　)
A． 话筒是一种常用的传感器，其作用是将电信号转换为声音信号
B． 在天黑楼道里出现声音时，楼道里的灯才亮，说明它的控制电路中只有声音传感器
C． 光敏电阻能够把光照强弱变化转换为电阻大小变化
D． 电子秤中所使用的测力装置是温度传感器
13.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



14.利用传感器和计算机可以研究快速变化的力的大小．实验时，把图甲中的小球举高到绳子的悬点O处，然后让小球自由下落．用这种方法获得的弹性绳的拉力随时间的变化图线如图乙所示．根据图线所提供的信息，以下判断正确的是(　　)




A．t2时刻小球所处位置是运动中最高点
B．t1～t2期间小球速度先增大后减小
C．t3时刻小球动能最小
D．t2与t5时刻小球速度大小不同



15.关于传感器，下列说法正确的是(　　)
A． 金属材料不可以制成传感器
B． 话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号
C． 传感器都是通过感知电压的变化来传递信号的
D． 所有传感器的材料都是由半导体材料做成的
二、填空题(共3小题)
16.电饭煲的工作原理如图所示，可分为两部分，即控制部分：由S2、R1和黄灯组成．工作(加热)部分：由发热电阻R3、R2和红灯组成，S1是一个磁铁限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(103 ℃)时，自动断开，且不能自动复位(闭合)，S2是一个双金属片自动开关，当温度达到70～80 ℃时，自动断开，低于70 ℃时，自动闭合，红灯、黄灯是指示灯，通过的电流必须较小，所以R1、R2起________作用，R3是发热电阻，由于煮饭前温度低于70 ℃，所以S2是________(填“断开的”或“闭合的”)．接通电源并按下S1后，黄灯灭而红灯亮，R3发热，当温度达到70～80 ℃时，S2断开，当温度达到103 ℃时饭熟，S1断开，当温度降到70 ℃以下时，S2闭合，电饭煲处于保温状态，由以上描述可知R2________R3(填“＜”“＝”或“＞”)，若用电饭煲烧水时，直到水被烧干S1才会断开，试解释此现象．

17.如图所示是继电器的原理图，当在接线柱2、3间接入电源时，电磁铁便将衔铁P吸离A而与B接触，从而达到控制电路的目的，接线柱________与接有电源的负温度系数的热敏电阻串接，接线柱________与外电路串接，即可在温度过高时切断外电路，实现对外电路的自动控制．

18.温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性工作的．如图甲所示，电源的电动势E＝9.0 V，内阻不计；G为灵敏电流计，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与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；电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻的温度是________ ℃.

三、实验题(共3小题)
19.热敏电阻是传感电路中常用的电子元件．现用伏安法研究热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整．已知常温下待测热敏电阻的阻值约4 Ω～5 Ω，热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水，其他备用的仪表和器具有：盛有热水的热水瓶(图中未画出)、电源(3 V、内阻可忽略)、直流电流表(内阻约1 Ω)、直流电压表(内阻约5 kΩ)、滑动变阻器(0～20 Ω)、开关、导线若干．

(1)画出实验电路图，要求测量误差尽可能小．
(2)根据电路图，在实物图上连线．
(3)简要写出完成连线后的主要实验步骤：____________.
20.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.
21.现有器材：直流恒流电源(在正常工作状态下输出的电流恒定)、电压表、待测热敏电阻、保温容器、温度计、开关和导线等．
(1)若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性，请你在实物图上连线．

(2)实验的主要步骤：
①正确连接电路，在保温容器中注入适量冷水，接通电源，调节并记录电源输出的电流值；
②在保温容器中添加少量热水，待温度稳定后，闭合开关，________，________，断开开关．
③实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得R－t关系图线．请根据图中的图线写出该热敏电阻的R－t关系式：R＝________＋________t(Ω)保留3位有效数字．

四、计算题(共3小题)
22.如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度，该装置在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器，用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出．现将该装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后，汽车静止时，传感器a、b的示数均为10 N．(取g＝10 m/s2)．

(1)若传感器a的示数为14 N、b的示数为6 N，求此时汽车的加速度大小和方向．
(2)求当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数恰为零．
23.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，球向左摆起一定的角度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，它与金属丝接触良好，不计摩擦(C端在O点正下方处)．图中还有电动势为E的电源(内阻不计)和一只电压表．
(1)请你连接一个电路，使得当水速增大时，电压表示数增大．
(2)如果OC间距为h，水流对小球作用力的大小为F，BC的长度为L，小铅球质量为m(不计水对小铅球的浮力)，当小铅球平衡时，电压表示数为U，请写出F与U，E，h的关系式．

24.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．



答案解析
1.【答案】C
【解析】若为金属热电阻、温度升高后，电阻变大，读数变化不明显，A、B错误．若为热敏电阻，读数将明显变化，C对，D错．
2.【答案】B
【解析】传感器电阻r′的倒数与酒精气体浓度c成正比，即＝kc.电路中的电流为I＝，电压表示数U＝IR0＝＝，可见电压U与酒精气体浓度c的关系不成正比，但随着浓度的增加而增大．故B正确．
3.【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．
4.【答案】D
【解析】由于此火灾报警器是应用烟雾对光的散射来工作的，所以该报警器利用的传感器是光传感器，选项D正确．
5.【答案】C
【解析】把R1等效成电源内阻，根据闭合电路欧姆定律：U＝E－I(R1＋r)，图线与U轴截距表示电动势，斜率表示R1＋r，所以选C.
6.【答案】D
【解析】
7.【答案】C
【解析】R2与灯L并联后与R1串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻R2的阻值增大，外电路电阻增大，电流表读数变小，R1两端电压减小，灯L两端电压增大，灯泡亮度变强，故C正确，其余各项均错．
8.【答案】D
【解析】滑块随导弹一起做加速运动，向左偏离O点的距离为x，使左侧弹簧被压缩，右侧弹簧被拉长，则滑块所受合力为2kx，方向向右，故加速度方向向右．由牛顿第二定律得2kx＝ma，滑块加速度大小为a＝，故选D.
9.【答案】D
【解析】
10.【答案】B
【解析】题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动启动，由此可见两个传感器一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇自动启动只需光照和温度其中一个满足条件即可，A、C、D错误，B正确．
11.【答案】B
【解析】题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动控制，由此可见两个传感器一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇自动工作只需光照和温度一个满足条件即可，A、C、D错，B对．
12.【答案】C
【解析】A项，话筒是一种常用的传感器，其作用是将声音信号转换为电信号；
B项，天黑楼道里出现声音时，楼道里的灯才亮，说明它的控制电路中有光传感器和声音传感器；
C项，光敏电阻随光照强弱变化，其阻值会发生变化，即它够把光照强弱变化转换为电阻大小变化；
D项，电子秤中所使用的测力装置是压力传感器；故选C.
13.【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．
14.【答案】B
【解析】小球下落的轨迹展开图如图所示，B处为绳子原长处，C处为小球重力与绳上拉力相等处，D处为小球下落的最低点，在F－t图中，0～t1小球在OB间下落，t1～t2小球在BD间下落，t2～t3小球由D回到B处，t3～t4小球在BO间上升，而后下落至B点．由F－t图知，小球在t2时刻下落到最大距离，然后最大距离在逐渐减小，由以上分析知，小球的最大速度出现在C点，对应于t1～t2之间，A错，B对；小球动能最小出现在t2时刻或t3～t4间某时刻，C错误；t2和t5分别对应小球先后两次下落过程中经过最低点的时刻，速度大小都为零，D错误．正确选项为B.

15.【答案】B
【解析】传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，A、D错误；话筒是通过声波的振动，改变电容的大小，从而将声信号转化为电信号，B正确；传感器的类型非常多，不一定是感知电压来实现传递信号的，C错误，故选B.
16.【答案】限流　闭合的　>
【解析】R1、R2起的作用是限流，防止指示灯(氖泡)因电流过大而烧毁，S2是自动控制温度开关，当温度低于70℃时自动闭合，当温度达到70～80 ℃时又自动断开，使电饭煲处于保温状态，由于R3的功率较大，因此R2＞R3.由于开关S1必须当温度达到103 ℃时才自动断开，而水的沸点只有100 ℃，因此用电饭煲烧水时，直到水被烧干后S1才会断开．
17.【答案】2、3　1、5
【解析】A为常闭触点，正常情况下与衔铁P相吸；B为常开触点，正常情况下与衔铁P分离，因此，1、5与外电路相连，以便加热．当温度越来越高时，电磁铁将衔铁P吸下，以切断电路．所以，2、3应与接有电源的热敏电阻相连．
18.【答案】120
【解析】从题图乙查得t＝20 ℃时，R的阻值为4 kΩ.
由E＝I1(R＋Rg)得
Rg＝－R＝kΩ－4 kΩ＝0.5 kΩ；
当I2＝3.6 mA时，设热敏电阻的阻值为R′，则
R′＝－Rg＝kΩ－0.5 kΩ＝2 kΩ，
从题图乙查得此时对应的温度t2＝120 ℃.
19.【答案】(1)如图所示：

(2)如图所示：

(3)①往保温杯中加入一些热水，待温度稳定时读出温度计示数；②调节滑动变阻器，快速测出几组电流表和电压表的值；③重复①、②，测量不同温度下相应的数据；④绘出各测量温度下热敏电阻的伏安特性曲线．
【解析】(1)在研究热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线时，需要测量多组数据，因此滑动变阻器采用分压接法，由于待测电阻的阻值较小，因此安培表需要外接，故原理图如下：

(2)根据原理图连接实物图如图所示：

(3)由题意可知，本实验是研究热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线，故应测出温度及电流、电压值，并多次实验，故实验的步骤应为：
①往保温杯中加入一些热水，待温度稳定时读出温度计示数；②调节滑动变阻器，快速测出几组电流表和电压表的值；③重复①、②，测量不同温度下相应的数据；④绘出各测量温度下热敏电阻的伏安特性曲线．
20.【答案】(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
【解析】
21.【答案】(1)如图

(2)②读取温度计示数　读取电压表示数
(3)100　0.400
【解析】(1)连接实物图时导线不能交叉，电压表应并联在电阻两端，电流由电压表的正接线柱流入电压表．
(2)因本实验是探究热敏电阻的阻值随温度变化的特性，所以实验需测出热敏电阻的阻值及相应的温度，热敏电阻的阻值用R＝间接测量，故需记录的数据是温度计示数和电压表的示数．
(3)设热敏电阻R＝R0＋kt，由图线斜率知k＝0.400.
温度为10 ℃时，热敏电阻R＝104 Ω，则R0＝R－kt＝104 Ω－0.400×10 Ω＝100 Ω，所以R＝100＋0.400t(Ω)．
22.【答案】(1)4.0 m/s2　向前　(2)10 m/s2　向后
【解析】传感器上所显示的大小，即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知，此即弹簧上的弹力大小，亦即弹簧对滑块的弹力大小．
(1)

如图所示，依题意知左侧弹簧对滑块向右的推力F1＝14 N，右侧弹簧对滑块向左的推力F2＝6 N.
设滑块所受合力产生加速度a1，根据牛顿第二定律有F1－F2＝ma1，得a1＝＝m/s2＝4.0 m/s2，a1与F1同方向，即向前．
(2)a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F1′＝0，因两弹簧相同，左侧弹簧伸长多少，右侧弹簧就缩短多少，所以右侧弹簧的弹力变为F2′＝20 N．滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得F合＝F2′＝ma2，得a2＝＝10 m/s2，方向向后．
23.【答案】(1)
(2)
【解析】(1)如图所示．

(2)设CE＝x，P球平衡时，由平衡条件可得tanθ＝＝……①，根据闭合电路欧姆定律和部分电路的欧姆定律可得I＝＝……②，根据电阻定律可得RL＝ρ……③，Rx＝ρ……④，由①②③④式可得F＝.
24.【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＝.