高中物理粤教版选修3-2作业题 第三章 章末质量评估

章末质量评估(三)
(时间：90分钟　分值：100分)
一、单项选择题(本大题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求，选对的得3分，选错或不答的得0分)
1．光敏电阻的阻值能随光照强度而变化．街旁的路灯，江海里的航标都要求在夜晚亮，白天熄，利用光敏电阻的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用光敏电阻的(　　)
A．压敏性　　　　　 B．光敏性
C．热敏性 D．三种特性都利用
解析：灯要求夜晚亮、白天熄．则白天有光，黑夜没有光，则是由光导致电路的电流变化，所以电路中光传感器导致电阻变化，实现动控制，因此是利用半导体的光敏性．
答案：B
2.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度在中央的灵敏电流表和电源串联成闭合电路，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，下列说法正确的是(　　)
A．电容器的电容将减小
B．电容器的电荷量将减小
C．灵敏电流表指针向左偏转
D．灵敏电流表指针向右偏转
解析：当待测压力增大时，电容器极板间距离减小，根据电容的决定式C＝分析得知，电容增大，故A错误；电容两端电势差不变，根据Q＝CU可知，电容器的电荷量将增加，故B错误；由于电容器上极板带正电，则电路中形成逆时针方向的充电电流，故灵敏电流表的指针向右偏，故C错误，D正确.
答案：D
3. 传感器广泛应用在我们的生产生活中，常用的计算机键盘就是一种传感器．如图所示，键盘上每一个键的下面都连一小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一小的固定金属片，这两金属片组成一个小电容器．当键被按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能够检测出哪个键被按下，从而给出相应的信号．这种计算机键盘使用的是(　　)
A．温度传感器 B．压力传感器
C．磁传感器 D．光传感器
解析：由题意可知，电容器通过受压后变形从而将压力信号变成了电信号，故键盘采用的是压力传感器．
答案：B
4．在现代生活中，许多地方需要传感器，例如，电冰箱制冷系统的自动控制就要用到(　　)
A．压力传感器 B．声传感器
C．光传感器 D．温度传感器
解析：电冰箱制冷系统需要根据温度的高低进行自动调温控制的，因此需要用温度传感器，故A、B、C错误，D正确．
答案：D
5．传感器是把非电学量(如高度、温度、压力等)的变化转换成电学量变化的一种元件，它在自动控制中有着广泛的应用．如图是一种测定液面高度的电容式传感器的示意图．金属棒与导电液体构成一个电容器，将金属棒和导电液体分别与直流电源的两极相连接，从电容C和导电液与金属棒间的电压U的变化就能反映液面的升降情况，即①电源接通后，电容C减小，反映h减小　②电源接通后，电容C减小，反映h增大　③电源接通再断开后，电压U减小，反映h减小　④电源接通再断开后，电压U减小，反映h增大
以上判断正确的是(　　)
A．①③ B．①④
C．②③ D．②④
解析：此电容器的两个极板分别是金属棒与电解液，h增大表示电容器的正对面积增大，所以电容就增大，充电后断开，则电量Q不变，h减小，C减小，故①正确，②错误，
而U＝，U增大，故③错误，故④正确．
答案：B
6. 下图是一个有光照或温度升高时排气风扇都能起动的自动控制装置，则图中的电风扇是模块机器人中的(　　)
A．传感器 B．执行器
C．控制器 D．敏感元件
解析：有光照或温度升高时排气风扇都能起动，这个过程是利用了传感器，图中的电风扇在机器人中的作用是传感器的末端执行器，起到为机器人散热的作用，B正确．
答案：B
7. 如图所示为热水系统的恒温电路，R1是可变电阻，R2是热敏电阻，当温度低时，热敏电阻的阻值很大，温度高时，热敏电阻的阻值很小．当热水器中的水位达到一定高度(由水位计控制)且水的温度低于某一温度时，发热器才会开启并加热．则下列关于该恒温电路的说法中正确的是(　　)
A．如果热水器中没有水，电路中B点处于高电势
B．当水的温度低于某一温度时A点处于低电势
C．为将发热器开启的水温调高一些，应增大R1的阻值
D．为将发热器开启的水温调高一些，应减小R1的阻值
解析：当水位达到一定高度，输入也是高电势，门电路输出高电势，发热器工作，所以如果热水器中没有水，电路中B点处于低电势，故A错误；同理可知，当水的温度低于某一温度时热敏电阻比较大，R2两端的电压大，输入门电路的电势高，即当水的温度低于某一温度时A点处于高电势，故B错误；为将发热器开启的水温调高一些，即热敏电阻更小时，两端的电压才高，所以只要将R1减小，R2相对增大，此时R2两端的电压变大，要想输入高电势，只有热敏电阻小些，即温度高些才可以，故C错误，D正确．
答案：D
8. 某同学设计的散热排风控制电路如图所示，M为排风扇，R是可变电阻，R0是半导体热敏电阻，其阻值随温度升高
而减小．控制开关电路具有下列特性：当A点电势ΦA＜Φ0时，控制开关处于断路状态；当ΦA≥Φ0时，控制开关接通电路，M开始运转．下列说法中正确的是(　　)
A．环境温度升高时，A点电势升高
B．可变电阻R阻值调大时，A点电势降低
C．可变电阻R阻值调大时，排风扇开始工作的临界温度升高
D．若用金属热电阻代替半导体热敏电阻，电路仍能正常工作
解析：当环境温度升高时，半导体热敏电阻R0，其阻值随温度升高而减小．则电路中的电流增大，所以A点的电势升高，故A正确；可变电阻R阻值调大时，导致电路的电流减小，则A点电势升高，故B错误；可变电阻R阻值调大时，导致电路的电流减小，则A点电势升高，由于当A点电势ΦA＜Φ0时，控制开关处于断路状态；当ΦA≥Φ0时，控制开关接通电路，M开始运转．工作临界温度没变，而是提前被接通，故C错误；若用金属热电阻代替半导体热敏电阻，当温度升高时，其阻值增大，导致A点电势降低，则开关会处于断开状态，所以起不到散热排风的作用，故D错误．
答案：A
9．为了保证汽车刹车时车轮不被抱死，使车轮仍有一定的滚动而不是纯滑动，这样既可以提高刹车效果，又不使车轮失去控制．为此需要一种测定车轮是否还在转动的装置，这种检测装置称为电磁脉冲传感器，如果该装置检测出车轮不再转动，它就会自动放松刹车机构，让车轮仍保持转动状态，这就是ABS防抱死系统．如图是电磁脉冲传感器示意图，B是一根永久磁体，外面绕有线圈，它们的左端靠近一个铁质齿轮A，齿轮与转动的车轮是同步的，则以下说法正确的是(　　)
A．车轮转动时，由于齿轮在永久磁体的磁场中切割磁感线，产生感应电流
B．车轮转动时，由于齿轮被磁化使线圈中的磁场发生变化，产生感应电流
C．车轮转速减慢时，输出电流的周期变小．电流强度也变小
D．车轮转速减慢时，输出电流的周期变大，电流强度也变大
解析：此传感器是利用线圈中磁通量的变化产生感应电流的原理来实现检测的．当车轮转动时，带动齿轮转动．相当于将铁块插入和拔出线圈，从而使线圈中磁通量发生变化而产生感应电流．故选项A错误，B正确；当车轮转速减慢时，线圈中磁通量的变化减慢，产生的感应电流的周期变大，由E＝可知，电流强度变小，故选项C、D错误．
答案：B
10．为了测量蹦床运动员跃起的高度，训练时在弹性网上安装压力传感器，利用传感器记录弹性网所受的压力，并在计算机上作出压力—时间图象．某次训练作出的图象如图所示．设运动员在空中运动时可视为质点，则运动员离开蹦床的速率大约是(g取10 m/s2)(　　)
A．1 m/s B．10 m/s
C．12 m/s D．20 m/s
解析：由题图可知运动员离开蹦床的时间为2秒，则上升和下降的时间均为1秒，则运动员离开蹦床的速率大约是v＝gt＝10 m/s.
答案：B
二、多项选择题(本大题共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，有选错或不答的得0分)
11．用计算机辅助实验系统(DIS)做验证牛顿第三定律的实验，如图所示是把两个测力探头的挂钩钩在一起，向相反方向拉动，观察显示器屏幕上出现的结果．观察分析两个力传感器的相互作用随着时间变化的曲线，以下结论正确的是(　　)
A．作用力与反作用力作用在同一物体上
B．作用力与反作用力同时存在，同时消失
C．作用力与反作用力大小不一定相等
D．作用力与反作用力方向相反
解析：牛顿第三定律中作用力和反作用力大小相等，方向相反，作用在一条直线上，作用在两个物体上．作用力和反作用力同时产生，同时消失．
答案：BD
12．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：当温度升高时，电路中的热敏电阻的阻值减小，由闭合电路欧姆定律可知：电路中的电流增大，导致灯泡变亮．
答案：BD
13．传感器是能将感受到的物理量(如力、热、光、声等)转换成便于测量量(一般是电学量)的一种元件，在自动控制中有相当广泛的应用，如图所示的装置是一种测定液面高度的电容式传感器，金属芯线与导电液体构成一个电容器，从电容C大小的变化情况就能反映出液面高度h的高低情况，则二者的关系是(　　)
A．C增大表示h增大 B．C增大表示h减小
C．C减小表示h减小 D．C减小表示h增大
解析：当电容C增大时，根据电容的决定式C＝分析正对面积应增大，则知，液面高度h增大．当电容C减小时，则液面高度减小，故A、C正确，B、D错误．
答案：AC
14. 动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象，图甲话筒原理图，图乙是录音机的录音、放音原理图．由图可知(　　)
A．话筒工作时磁铁不动线圈振动而产生感应电流
B．录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流
C．录音机放音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
D．录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
解析：话筒工作时，通过线圈切割磁感线，产生感应电动势，从而形成感应电流，故A正确；录音时是电生磁，即利用了电流的磁效应原理；放音时是磁生电，即利用了电磁感应现象原理．故B、D正确，C错误．
答案：ABD
三、非选择题(本题共4小题，共54分．按题目要求作答．解答题应写出必要的文字说明、方程和重要演算步骤，答案中必须明确写出数值和单位)
15．(14分)(1)热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中．图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图．由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力________(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更______(选填“敏感”或“不敏感”)．
(2)利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等．图甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U-I关系图线．
图甲　　　　　　　图乙
图丙　
①实验室提供的器材有：电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围0～10 Ω)、滑动变阻器B(阻值范围0～100 Ω)、电动势为6 V的电源(不计内阻)、小灯泡、电键、导线若干．该同学做实验时，滑动变阻器选用的是________(选填“A”或“B”)；请在图乙的方框中画出该实验的电路图．
②将该小灯泡接入如丙图所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3 A，电源电动势为3 V．则此时小灯泡的电功率为________ W，电源的内阻为______Ω.
解析：(1)由R-t图象可知，热敏电阻在温度上升时电阻减小，则导电能力增强．相对金属热电阻，热敏电阻在相同的温度变化情况下电阻变化大，则热敏电阻对温度变化的响应更敏感．
(2) ①由于小灯泡的电阻较小，电路应该设计成电流传感器外接．描绘小灯泡伏安特性曲线，设计成滑动变阻器分压接法，故选用滑动变阻器A.
②将该小灯泡接入丙图所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3 A，电源电动势为3 V，在小灯泡伏安特性曲线上找出对应电流为0.3 A的点，该点横纵坐标的乘积0.3 A×2.5 V＝0.75 W为此时小灯泡的电功率，电源的内阻为 Ω＝1.67 Ω.
答案：(1)增强　敏感　(2)①A　 电路如图所示
②0.75　1.67
16. (12分)如图所示，机械式电容键盘的每个键下面都连一小块金属片，与该金属片隔有一定空气隙的是另一块小的固定金属片，这两块金属片组成一个小电容器，该电容器的电容C可用公式C＝ε计算，式中常量ε＝9×10－12F?m－1，S表示金属片的正对面积，d表示两金属片间的距离，当键被按下时，此电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能检测出哪个键被按下了，从而给出相应的信号．设每个金属片的正对面积为50 mm2，键未按下时两金属片的距离为0.6 mm，此时该电容器的电容为多少？如果电容变化了0.25 pF，电子线路恰能检测出必要信号，则键至少需要被按下多少？
解析：由C＝ε，可得
C＝＝0.75×10－12F＝0.75 pF，
电容变为0.75 pF－0.25 pF＝0.50×10－12 F，
由C＝ε，可得
d′＝＝0.45 mm，
故应按下0.60－0.45＝0.15 mm.
答案：0.75 pF　0.15 mm
17.(12分)通常情况下，电阻的阻值会随温度的变化而变化，利用电阻的这种特性可以制成电阻温度计，从而用来测量较高的温度．如图所示，电流表量程为0～25 mA，电源电动势为3 V，内阻不计．R为滑动变阻器，电阻Rt为温度传感器．当t≥0 ℃时，Rt的阻值随温度t的变化关系为Rt＝20＋0.5t(单位为：Ω)．先把Rt放入0 ℃的环境中，闭合开关S，调节滑动变阻器R，使电流表指针恰好满偏，然后把测温探头Rt放到某待测温度环境中，发现电流表的示数为10 mA，则该环境的温度为多少？当把测温探头Rt放到480 ℃的环境中时，电路消耗的电功率为多少？
解析：当把Rt放入0 ℃的环境中，电路总电阻R1＝＝＝120 Ω，Rt的阻值为Rt＝20＋0.5t＝20 Ω，
滑动变阻器阻值为R变＝R1－Rt＝120 Ω－20 Ω＝100Ω.
当电流表示数为10 mA时，电路总电阻R2＝＝＝300 Ω，Rt的阻值为300 Ω－100 Ω＝200 Ω，
所以20＋0.5t＝200 Ω，所以t1＝ ℃＝360 ℃，
把测温探头放到480 ℃环境中，测温探头电阻Rt＝20＋0.5t＝260 Ω，
所以电路消耗电功率P＝＝＝0.025 W.
答案：360 ℃　0.025 W
18．(16分)电流传感器可以像电流表一样测量电流，它的优点是反应非常快，可以捕捉到瞬间的电流变化，还可以与计算机相连，能在很短的时间内画出电流随时间的变化图象．按图甲连接电路，提供8 V直流电源，先使开关S与1相连，电源向电容器充电，这个过程可在瞬间完成，然后把开关S掷向2，电容器通过电阻R放电，传感器将电流信息传入计算机，屏上显示出电流随时间变化的It曲线，如图乙．
(1)图中画出的竖直狭长矩形(图乙最左端)，它面积的物理意义是什么？
(2)估算电容器在全部放电过程中释放的电荷量是多少？
(3)根据以上数据估算，电容器的电容是多少？
解析：(1)根据图象的含义，因Q＝It，所以竖直狭长矩形的面积表示为：在0.1 s内电容器的放电量；
(2)根据横轴与纵轴的数据可知，一个格子的电量为0.08×10－3 C，由大于半格算一个，小于半格舍去，因此图象所包含的格子个数为70，所以释放的电荷量是0.08×10－3C×70＝5.6×10－3C.
(3)根据电容器的电容C＝可知，
C＝ F＝7.0×10－4 F.
答案：在0.1 s内电容器的放电量　5.6×10－3 C
7．0×10－4 F