第五章测评
(时间:90分钟 满分:100分)
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每个小题中只有一个选项是正确的)
1.
机器人装有作为眼睛的“传感器”,犹如大脑的“控制器”,以及可以行走的“执行器”,在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯。下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是( )
A.该机器人“眼睛”利用了力传感器
B.该机器人“眼睛”利用了光传感器
C.该机器人“眼睛”利用了温度传感器
D.该机器人“眼睛”利用了声音传感器
解析遇到障碍物会绕开,说明该机器人“眼睛”利用了光传感器,故选项B正确,选项A、C、D错误。
答案B
2.如图所示,截面为矩形的金属导体,放在磁场中,当导体中通有电流时,导体的上下表面的电势有什么关系( )
A.UM>UN
B.UM=UN
C.UMD.无法判断
解析霍尔效应是因为带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用做定向移动形成的,根据左手定则,电子受到向下的洛伦兹力作用,向N板运动,所以UM>UN。
答案A
3.如图所示,电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层,再在导体层外加上一块保护玻璃,电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极,在导体层内形成一个低电压交流电场。在触摸屏幕时,由于人体是导体,手指与内部导体层间会形成一个特殊电容(耦合电容),四边电极发出的电流会流向触点,而电流强弱与手指到电极的距离成正比,位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱,准确算出触摸点的位置。由以上信息可知( )
A.电容式触摸屏的内部有两个电容器的电极板
B.当用手触摸屏幕时,手指与屏的接触面积越大,电容越大
C.当用手触摸屏幕时,手指与屏的接触面积越大,电容越小
D.如果用戴了绝缘手套的手触摸屏幕,照样能引起触摸屏动作
解析电容触摸屏在原理上把人体当作电容器元件的一个极板,把导体层当作另一个极板,故选项A错误;手指与屏的接触面积越大,即电容器两个极板的正对面积越大,故电容越大,选项B正确,选项C错误;如果戴了绝缘手套或手持不导电的物体触摸时没有反应,这是因为手不能形成另一个电极,不能构成电容器,不能引起导体层电场的变化,选项D错误。
答案B
4.传感器在日常生活中有着广泛的应用,它的种类多种多样,其性能也各不相同。空调机在室内温度达到设定的温度后,会自动停止工作,空调机内实现这一功能的传感器是( )
A.力传感器
B.光传感器
C.温度传感器
D.声传感器
解析空调机的温度控制使用了温度传感器。
答案C
5.
某仪器内部电路如图所示,其中M是一个质量较大的金属块,左右两端分别与金属丝制作的弹簧相连,并套在光滑水平细杆上,a、b、c三块金属片间隙很小(b固定在金属块上),当金属块处于平衡状态时。两根弹簧均处于原长状态。若将该仪器固定在一辆汽车上,下列说法中正确的是( )
A.当汽车加速前进时,甲灯亮
B.当汽车加速前进时,乙灯亮
C.当汽车刹车时,乙灯亮
D.当汽车刹车时,甲、乙两灯均不亮
解析当汽车向右加速时,M向左移动,b与a接触,电路接通乙灯亮;当汽车刹车时,M向右移动,b与c接触,甲灯亮。
答案B
6.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.只要光照或温度适合时排气扇就不工作
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中一个是光电传感器,一个是温度传感器,而且排气扇自动工作只需光照或温度满足条件即可,A、C、D错,B对。
答案B
7.
如图所示的电路中,电源电动势为E,内阻为r,L为小灯泡(其灯丝电阻可以视为不变),R1和R2为定值电阻,R3为光敏电阻,其阻值的大小随照射光强度的增强而减小。闭合开关S后,将照射光强度增强,则( )
A.电路的路端电压将减小
B.灯泡L将变暗
C.R1两端的电压将减小
D.内阻r上发热的功率将减小
解析光照增强,光敏电阻的阻值减小,电路中的总电阻减小,由闭合电路欧姆定律可得,电路中总电流增大,所以电源内部的电压增大,所以路端电压将减小;内阻r上发热的功率将增大,R1两端的电压增大,故A正确,C、D错误。因路端电压减小,同时R1两端的电压增大,故并联电路部分电压减小,则流过R2的电流减小,而总电流增大,所以通过灯泡L的电流增大,所以灯泡L变亮,故B错误。
答案A
8.
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P、Q间距增大过程中,由C=可知电容器的电容减小,选项A错误;由于电容器两端电压始终等于电源电动势,由Q=CU可以判断电容器两极板所带的电荷量变小,电容器放电,放电电流由M流向N,则M点电势高于N点电势,选项B、C错误,D正确。
答案D
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。在每小题给出的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.为了保护电脑元件不受损害,在电脑内部有很多传感器,其中最重要的是温度传感器,常用的温度传感器有两种,一种是用金属做的热电阻,另一种是用半导体做的热敏电阻。关于这两种温度传感器的特点,下列说法正确的是( )
A.金属做的热电阻随着温度的升高电阻变大
B.金属做的热电阻随着温度的升高电阻变小
C.用半导体做的热敏电阻随着温度的升高电阻变大
D.用半导体做的热敏电阻随着温度的升高电阻变小
解析金属的电阻率随着温度的升高而变大,半导体在温度升高时电阻会变小。
答案AD
10.如图所示,用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器,下列说法中正确的是( )
A.严重污染时,LDR是高电阻
B.轻度污染时,LDR是高电阻
C.无论污染程度如何,LDR的电阻不变,阻值大小由材料本身因素决定
D.该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响
解析严重污染时,透过污水照到LDR上的光线较少,LDR电阻较大,A对,B错;LDR由半导体材料制成,受光照影响电阻会发生变化,C错;白天和晚上自然光强弱不同,或多或少会影响LDR的电阻,D正确。
答案AD
11.
电吉他之所以能以其独特的魅力吸引众多的音乐爱好者,是因为它的每一根琴弦下面都安装了一种叫做“拾音器”的装置,能将琴弦的振动转化为电信号,电信号经扩音器放大,再经过扬声器就能播出优美的音乐。如图是“拾音器”的结构示意图,多匝绕制的线圈置于永久磁铁与钢质的琴弦之间,当琴弦沿着线圈振动时,线圈中就会产生感应电流。关于感应电流,以下说法正确的是( )
A.琴弦振动时,线圈中产生感应电流是电磁感应现象
B.琴弦振动时,线圈中产生的感应电流大小变化,方向不变
C.琴弦振动时,线圈中产生的感应电流大小和方向都会发生变化
D.琴弦振动时,线圈中产生的感应电流大小不变,方向变化
解析由题意及图可知,电吉他是利用振动的钢质琴弦使线圈切割磁感线而产生感应电流,再将该电流放大并与扩音器相连从而发出声音,属于法拉第电磁感应现象。因琴弦在振动时速度的大小和方向均变化,故感应电流不是恒定的,故A、C正确。
答案AC
12.
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
三、非选择题(本题共6小题,共60分。按题目要求作答,计算题要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)
13.(6分)如图所示,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)。经实际检验,灯的亮、灭能反映门的开、关状态。
(1)门打开时R2两端的电压U2与门关闭时相比 (选填“增大”或“减小”)。?
(2)门打开时 (选填“红”或“绿”)灯亮。?
解析当门打开时,R3受红外线照射,电阻减小,从而使并联电路总电阻减小,总电流增大,R2两端的电压减小,通过R2的电流减小,故通过R3的电流增大,线圈产生的磁场增强,吸引衔铁,红灯亮。
答案(1)减小 (2)红
14.(8分)霍尔效应是电磁基本现象之一。如图甲所示,在一矩形半导体薄片的P、Q间通入电流I,同时外加与薄片垂直的磁场B,在M、N间出现电压UH,这个现象称为霍尔效应,UH称为霍尔电压,且满足UH=k,式中d为薄片的厚度,k为霍尔系数。某同学通过实验来测定该半导体薄片的霍尔系数。
(1)若该半导体材料是空穴(可视为带正电粒子)导电,电流与磁场方向如图甲所示,该同学用电压表测量UH时,应将电压表的“+”接线柱与 (选填“M”或“N”)端通过导线相连。?
(2)已知薄片厚度d=0.40
mm,该同学保持磁感应强度B=0.10
T不变,改变电流I的大小,测量相应的UH值,记录数据如下表所示。
I/(×10-3
A)
3.0
6.0
9.0
12.0
15.0
18.0
UH/(×10-3
V)
1.1
1.9
3.4
4.5
6.2
6.8
根据表中数据画出UH-I图线,利用图线求出该材料的霍尔系数为 ×10-3
V·m·A-1·T-1。(保留两位有效数字)?
(3)该同学查阅资料发现,使半导体薄片中的电流反向再次测量,取两个方向测量的平均值,可以减小霍尔系数的测量误差,为此该同学设计了如图乙所示的测量电路,S1、S2均为单刀双掷开关,虚线框内为半导体薄片(未画出)。为使电流从Q端流入、P端流出,应将S1掷向 (选填“a”或“b”),S2掷向 (选填“c”或“d”)。?
为了保证测量安全,该同学改进了测量电路,将一合适的定值电阻串联在电路中。在保持其他连接不变的情况下,该定值电阻应串联在相邻器件 和 之间(以上两空均填器件代号)。?
解析(1)通过矩形半导体薄片中的电流由P向Q,根据左手定则可知带正电粒子受到的洛伦兹力由N端指向M端,即带正电粒子向M端偏转,所以M端聚集正电荷,M端电势高于N端,故电压表的“+”接线柱应接M端。(2)由UH=k可得霍尔系数k=,由图线可得斜率k'==0.38V/A,故k=V·m·A-1·T-1≈1.5×10-3V·m·A-1·T-1。(3)为使电流自Q端流入、P端流出,应将S1掷向b,将S2掷向c;为保证电路安全,定值电阻应接在S1和E(或S2和E)之间。
答案(1)M (2)如图所示 1.5 (3)b c S1(或S2) E
15.
(8分)在开展研究性学习的过程中,某同学设计了一个利用线圈测量转轮转速的装置(如图所示)。在轮子的边缘贴上一个小磁铁,将小线圈靠近轮边放置,接上数据采集器和电脑(DIS实验器材)。如果小线圈的面积为S,匝数为N,回路的总电阻为R,小磁铁附近的磁感应强度最大值为B。实验发现,轮子转过θ弧度时,小线圈处的磁感应强度由最大值变为零。他说:“只要测得此过程感应电流的平均值I,就可以求得转轮转速的大小。”请你运用所学的知识推证该同学的判断是否正确,如果正确,请推导出转轮转速的表达式;如果不正确,请说明理由。
解析设转轮的角速度、转速分别是ω、n,轮子转过θ弧度所需时间为Δt,穿过线圈的磁通量的变化量为ΔΦ,线圈中产生的感应电动势的平均值为E。根据法拉第电磁感应定律有E=
由闭合电路欧姆定律,感应电流的平均值I=
又Δt=,n=,解得n=
由解得的结果看,该同学的判断是正确的。
答案见解析
16.(8分)如图所示,A是浮子,B是金属触头,C为住宅楼房顶上的蓄水池,M是带水泵的电动机,D是弹簧,E是衔铁,F是电磁铁,S1、S2分别为触点开关,S为开关,J为电池。请利用上述材料,设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置。
(1)连接电路图。
(2)简述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)。
解析(1)连接线路如图所示。
(2)按图连接好电路,合上开关S,水泵工作,水位升高,当浮子上升使B接触到S1时,左侧电路(控制电路)工作,电磁铁F有磁力,拉下衔铁E,使S2断开,电动机M不工作,停止注水;当水位下降使B与S1脱离,电路停止工作,F无磁性,D拉动E,使S2接通,电动机M工作,再次注水。
答案见解析
17.(14分)如图是电饭煲的电路图,S1是一个限温开关,手动闭合后,当此开关温度达到居里点(103
℃)时,开关会自动断开。S2是一个自动温控开关,当温度低于70
℃时,会自动闭合;温度高于80
℃时,会自动断开。红灯是加热时的指示灯,黄灯是保温时的指示灯,分流电阻R1=R2=500
Ω,加热电阻R3=50
Ω,两灯电阻不计。
(1)分析电饭煲的工作原理;
(2)计算加热和保温两种状态下,电饭煲消耗的电功率之比;
(3)简要回答,如果不闭合开关S1,能将饭煮熟吗?
解析(1)电饭煲盛上食物后,接通电源,S2自动闭合,同时手动闭合S1,这时R1与黄灯被短路,红灯亮,电饭煲处于加热状态,加热到80℃时,S2自动断开,S1仍闭合;水烧开后,至饭煮熟温度升高到103℃时,开关S1自动断开,黄灯亮,电饭煲处于保温状态。由于散热,待温度降至70℃时,S2又自动闭合,电饭煲重新加热,温度达到80℃时,S2又自动断开,再次处于保温状态。
(2)加热时电饭煲消耗的电功率P1=,保温时电饭煲消耗的电功率P2=,两式中R并=Ω,从而有=12∶1。
(3)如果不闭合开关S1,开始S2还是闭合的,R1与黄灯被短路,功率为P1。当温度上升到80℃时,S2自动断开,功率降为P2,温度降到70℃时,S2又自动闭合,如此反复,温度只能在70~80℃之间变化,不能把水烧开,故不能将饭煮熟。
答案见解析
18.
(16分)有一种测量压力的电子秤,其原理图如图所示。E是内阻不计、电动势为6
V的电源,R0是一个阻值为400
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变化而改变,其关系如下表所示,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)利用表中的数据归纳出电阻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牛顿?
(3)通过寻求压力与电流表中电流的关系,说明该测力显示器的刻度是否均匀?
解析压敏电阻R的阻值随压力大小变化而变化,首先应确定电阻R随压力F的变化关系,再利用电路确定电压与电流的值。
(1)通过表中数据可得=c,故R与F成线性变化关系,设它们的关系为R=kF+b,代入数据得R=300-0.4F(Ω)。
(2)由题意,R0上的电压为5V,通过R0的电流为I=,利用R=及R=300-0.4F(Ω)可求得Fm=550N。
(3)由I=和R=kF+b可得F=,即该测力显示器的刻度不均匀。
答案(1)R=300-0.4F(Ω) (2)550
N (3)不均匀(共16张PPT)
本章整合
答案:(1)电学量 (2)通断 (3)热敏电阻 (4)金属热电阻 (5)光敏电阻 (6)非电学量→敏感元件→转换元件→转换电路→电学量
专题一 常见传感器的特点及应用
1.传感器感受的通常是非电学量,如力、热、磁、光、声等,而它输出的通常是电学量,这些输出信号是非常微弱的,通常要经过放大后,再送给控制系统产生各种控制动作,传感器原理如下所示。
非电学量→敏感元件→转换器件→转换电路→电学量
2.传感器的种类
根据被测量的物理量,可分为声、光、压力、位移、加速度、温度等传感器;根据具体工作原理的不同,可分为电阻式、电容式、电感式、光电式、热电式、压电式、磁电式等传感器。
3.常见敏感元件及特性
(1)光敏电阻:光敏电阻在被光照射时电阻发生变化,光照增强电阻减小,光照减弱电阻增大。
(2)热敏电阻和金属热电阻:金属热电阻的电阻率随温度升高而增大,热敏电阻的阻值随温度升高而减小。
(3)电容器:平行板电容器的电容与极板面积、极板间距及电介质材料有关,电容器可以感知引起电容变化的任一外界信息并将其转化为电容变化。例如,当极板受力时会改变极板间距,从而引起电容变化。
(4)霍尔元件:能把磁感应强度这一磁学量转换成电压这一电学量的元件。
例1如图所示,一火警报警器的部分电路示意图。其中R2为用半导体负温度系数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I、报警器两端的电压U的变化情况是( )
A.I变大,U变大
B.I变大,U变小
C.I变小,U变大
D.I变小,U变小
解析:R2所在处出现火情时,温度升高,则R2的阻值减小。R2↓→R总↓→I干↑→U1↑→U3↓→I↓,故显示器的电流I变小,由U=E-I干r,I干变大,知U变小,故选项D正确。
答案:D
变式训练1(多选)如图所示,某居民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:R1是光敏电阻,有光照射时,阻值变小,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错误,B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错误。故应选BC。
答案:BC
专题二 传感器的应用
1.传感器的应用过程包括三个环节:感、传、用。
(1)“感”是指传感器的敏感元件感应信息,并转化为电学量。
(2)“传”是指通过电路等将传感器敏感元件获取并转化的电学信息传给执行机构。
(3)“用”是指执行机构利用传感器传来的信息进行某种显示或某种动作。
2.处理与传感器有关的电路设计问题时,可将整个电路分解为:
(1)传感器所在的信息采集部分;
(2)转化传输部分(这部分电路往往与直流电路的动态分析有关);
(3)执行电路。
例2现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统,要求当热敏电阻的温度达到或超过60
℃
时,系统报警。提供的器材有:热敏电阻、报警器(内阻很小,流过的电流超过Ic时就会报警)、电阻箱(最大阻值为999.9
Ω)、直流电源(输出电压为U,内阻不计)、滑动变阻器R1(最大阻值为1
000
Ω)、滑动变阻器R2(最大阻值为2
000
Ω)、单刀双掷开关一个、导线若干。
在室温下对系统进行调节。已知U约为18
V,Ic约为10
mA;流过报警器的电流超过20
mA时,报警器可能损坏;该热敏电阻的阻值随温度升高而减小,在60
℃时阻值为650.0
Ω。
(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
(2)电路中应选用滑动变阻器 (选填“R1”或“R2”)。?
(3)按照下列步骤调节此报警系统:
①电路接通前,需将电阻箱调到一固定的阻值,根据实验要求,这一阻值为
Ω;滑动变阻器的滑片应置于 (选填“a”或“b”)端附近,不能置于另一端的原因是 。?
②将开关向 (选填“c”或“d”)端闭合,缓慢移动滑动变阻器的滑片,直至 。?
(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变,将开关向另一端闭合,报警系统即可正常使用。
解析:(1)先用电阻箱替代热敏电阻,连接成闭合回路进行调试。电路图连接如答案所示。
(2)当电路中电流Ic=10
mA时,根据闭合电路欧姆定律有Ic=
,解得R总=1
800
Ω,此时热敏电阻的阻值为650
Ω,则滑动变阻器的阻值为1
150
Ω,所以滑动变阻器选R2。
(3)①当热敏电阻阻值小于650
Ω时,报警器就会报警,用电阻箱替代热敏电阻进行调节,应把电阻箱的阻值调到650
Ω。若接通电源后电路中的电流过大(超过20
mA),报警器就会损坏,电流越小越安全,所以为了电路安全,闭合开关前滑片应置于b端。
②用电阻箱替代热敏电阻进行调试,应将开关向c端闭合,开关闭合后要减小电路中的电阻直至报警器报警。
答案:(1)连线如图所示。
(2)R2
(3)①650 b 接通电源后,流过报警器的电流会超过20
mA,报警器可能损坏 ②c 报警器开始报警
变式训练2传感器担负着信息的采集任务,在自动控制中发挥着重要作用,传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量),例如热敏传感器,主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻,某热敏电阻RT阻值随温度变化的图线如图甲所示,图乙是由该热敏电阻RT作为传感器制作的简单自动报警器线路图。
(1)为了使温度过高时报警器铃响,c应接在 (选填“a”或“b”)处。?
(2)若要使启动报警的温度提高些,应将滑动变阻器的滑片P向
(选填“左”或“右”)移动。?
(3)如果在调试报警器达到最低报警温度时,无论如何调节滑动变阻器的滑片P都不能使报警器工作,且电路连接完好,各电路元件都能处于工作状态,则造成工作电路不能工作的原因可能是?
。?
解析:(1)热敏电阻RT在温度升高时阻值变小,电路中电流变大,电磁铁磁性增强,把右侧衔铁吸引过来,与a接触,故c应接在a处。(2)为使启动报警的温度提高,则报警时热敏电阻RT阻值更小,滑动变阻器的阻值应调大,即滑片应左移。(3)工作电路不能工作的原因可能是报警电路不能接通导致的。
答案:(1)a (2)左 (3)电源提供电压太小,以至于电磁铁磁性太弱或弹簧劲度系数太大
