2024-2025学年高中物理第三章传感器章末测评含解析教科版选修3-2

PAGE10-章末综合测评(三)(时间：90分钟分值：100分)一、选择题(本题共10小题，每小题6分，共60分．在每小题给出的四个选项中，第1～6题只有一项符合题目要求，第7～10题有多项符合题目要求．全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分)1．下面说法中不正确的是()A．传感器一般不能干脆带动执行机构实现限制动作B．力传感器的敏感元件是应变片C．应变片能把物体形变转变为电压D．双金属片两层金属的膨胀系数完全相同D[传感器输出信号比较微弱，一般不能干脆带动执行机构实现限制动作，A正确；力传感器中的应变片在力的作用下发生形变，输出相应的电压信号，B、C正确；双金属片两层金属膨胀系数不同，在温度上升时才会发生弯曲，D错误．]2．金属铂的电阻值对温度凹凸特别敏感，下列选项中可能表示金属铂电阻的U­I图线是()B[金属铂导体的电阻对温度的变更很敏感，电阻随温度的上升而增大，在肯定温度下其U­I图线是非线性的，且图线的斜率越来越大，故B正确．]3．如图所示，机器人装有作为眼睛的“传感器”，如同大脑的“限制器”，以及可以行走的“执行器”，在它遇到障碍物前会自动避让并刚好转弯．下列有关该机器人“眼睛”的说法中正确的是()A．力传感器 B．光传感器C．温度传感器 D．声音传感器B[遇到障碍物会绕开，说明它是光传感器，故选项B正确，选项A、C、D错误．]4．如图(a)所示的电路中，光敏电阻R2加上图(b)所示的光照时，R2两端的电压变更规律是()B[光敏电阻随光照的增加电阻减小，电路中电流增大，电阻R1两端电压增大，R2两端电压减小，但不能减小到零．故选项B正确．]5．传感器是把非电学物理量(如位移、压力、流量、声强等)转换成电学量的一种元件．如图所示为一种电容传感器，电路可将声音信号转化为电信号．电路中a、b构成一个电容器，b是固定不动的金属板，a是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜．若声源S发出频率恒定的声波使a振动，则a在振动过程中()A．a、b板之间的电场强度不变B．a、b板所带的电荷量不变C．电路中始终有方向不变的电流D．向右位移最大时，电容器的电容最大D[a、b始终跟电源相连，电势差U不变，由于a、b间距离变更，由E＝eq\f(U,d)知场强变更，A错误．由C＝eq\f(εS,4πkd)知，d变更时C变更，a向右位移最大时，电容最大，D正确．由Q＝CU知a、b所带电荷量变更，电路中电流方向变更，B、C错误．]6．小强用恒温箱进行试验时，发觉恒温箱的温度持续上升，无法自动限制．经检查，恒温箱的限制器没有故障．参照下图，下列对故障推断正确的是()A．只可能是热敏电阻出现故障B．只可能是温度设定装置出现故障C．热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障D．可能是加热器出现故障C[由恒温箱原理图可知，若热敏电阻出现故障或温度设定出现故障都会向限制器传递错误信息，导致限制器发出错误指令，故C正确，A、B错误；若加热器出现故障，只有一种可能，即不能加热，而题中加热器始终加热才会使温度持续上升，故D错误．]7．如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻．此光电计数器的基本工作原理是()A．当有光照耀R1时，信号处理系统获得高电压B．当有光照耀R1时，信号处理系统获得低电压C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次D．以上说法都不对AC[当光照耀光敏电阻R1时，光敏电阻R1的阻值减小，回路中电流增大，R2两端的电压上升，信号处理系统得到高电压，计数器每由高电压转到低电压，就计一次数，从而能达到计数的目的．]8．如图所示是用电流传感器(相当于电流表，其电阻可以忽视不计)探讨自感现象的试验电路，图中两个电阻阻值均为R，L是一个自感系数足够大的电感线圈，其直流电阻值也为R.甲、乙、丙、丁是某同学画出的在t0时刻开关S切换前后，通过传感器的电流随时间变更的图像．关于这些图像，下列说法正确的是()A．甲图是开关S由断开变为闭合，通过传感器1的电流随时间变更的状况B．乙图是开关S由断开变为闭合，通过传感器1的电流随时间变更的状况C．丙图是开关S由闭合变为断开，通过传感器2的电流随时间变更的状况D．丁图是开关S由闭合变为断开，通过传感器2的电流随时间变更的状况BC[当开关S闭合时，由于线圈的自感作用，线圈中电流渐渐增大，因而通过传感器1的电流渐渐增大，A错误，B正确；当开关S断开时，线圈L与传感器2组成闭合回路，由于线圈L的自感作用，通过传感器2的电流将反向且从线圈中原有电流值起先渐渐减小，C正确，D错误．]9．某同学设计的家庭电路爱护装置如图所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成．当右侧线圈L2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路．仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有()A．家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零B．家庭电路中运用的电器增多时，L2中的磁通量不变C．家庭电路发生短路时，开关K将被电磁铁吸起D．地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起ABD[由于零线、火线中电流方向相反，产生磁场方向相反，所以家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零，选项A正确；家庭电路短路和用电器增多时均不会引起L2的磁通量的变更，选项B正确，C错误；地面上的人接触火线发生触电时，线圈L1中磁场变更引起L2中磁通量的变更，产生感应电流，吸起K，切断家庭电路，选项D正确．]10.有一种测量人体体重的电子秤，其原理图如图所示，它主要由踏板、压力传感器R(一个阻值可随压力大小而变更的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是志向电流表)三部分构成．设踏板的质量可忽视不计，已知志向电流表的量程为3A，电源电动势为12V，内阻为2Ω，电阻R随压力变更的函数式为R＝30－0.02F(F和R的单位分别是N和Ω)．下列说法正确的是()A．该秤能测量的最大体重是1400NB．该秤能测量的最大体重是1300NC．该秤零刻线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375A处D．该秤零刻线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.400A处AC[当电流表满偏时，电阻Rmin＝eq\f(E,I)－r＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(12,3)－2))Ω＝2Ω.由R＝30－0.02F，将Rmin＝2Ω代入上式，得Fmax＝1400N，即该秤能测量的最大体重是1400N．当F＝0时，R＝30Ω，则I＝eq\f(E,R＋r)＝eq\f(12,30＋2)A＝0.375A，故A、C正确．]二、非选择题(本题共6小题，共40分)11．(6分)(1)如图甲所示为某宾馆的房卡，只有把房卡插入槽中，房间内的灯和插座才会有电．房卡的作用相当于一个________(填电路元件名称)接在干路上．甲(2)如图乙所示，当房客进门时，只要将带有磁铁的卡P插入盒子Q中，这时由于磁铁吸引簧片，开关B就接通，通过继电器J使整个房间的电器的总开关接通，房客便能运用室内各种用电器．当继电器工作时，cd相吸，ab便接通．请你将各接线端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10适当地连接起来，构成正常的电门卡电路．乙解析：(1)房卡可以限制房间内的灯和插座，不插入槽中，全部房间内的灯和插座都不工作，所以房卡相当于干路上的开关．(2)将开关B与电源E、线圈连成一个回路；将三个灯泡所在电路与沟通电流接成回路，即按8—7,4—5,6—9,1—3,2—10连接起来，构成正常的电门卡电路．如图．答案：(1)开关(2)见解析图12．(8分)现要组装一个由热敏电阻限制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60℃时，系统报警．供应的器材有：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999.9Ω)，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1000Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2000Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干．在室温下对系统进行调整．已知U约为18V，Ic约为10mA；流过报警器的电流超过20mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度上升而减小，在60℃时阻值为650.0Ω.(1)完成待调整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)依据下列步骤调整此报警系统：①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，依据试验要求，这一阻值为________Ω；滑动变阻器的滑片应置于________(选填“a”或“b”)端旁边，不能置于另一端的缘由是______________________________________________________________________.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，报警系统即可正常运用．解析：(1)电路图连接如图．(2)报警器起先报警时，对整个回路有U＝Ic(R滑＋R热)代入数据可得R滑＝1150.0Ω，因此滑动变阻器应选择R2.(3)①在调整过程中，电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用，电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻的阻值，即为650.0Ω.滑动变阻器在电路中为限流接法，滑片应置于b端旁边，若置于另一端a时，闭合开关，则电路中的电流I＝eq\f(18,650.0)A≈27.7mA，超过报警器最大电流20mA，报警器可能损坏．②开关应先向c端闭合，移动滑动变阻器的滑片，直至报警器起先报警为止．答案：(1)连线如解析图所示(2)R2(3)①650.0b接通电源后，流过报警器的电流会超过20mA，报警器可能损坏②c报警器起先报警13.(6分)电热毯、电饭锅是人们常用的电热式家用电器，它们一般具有加热和保温功能，其工作原理大致相同．如图为某种电热式电器的简化电路图，主要元件有电阻丝R1、R2和自动开关S.(1)开关S闭合和断开时，用电器分别处于什么状态？(2)电源电压U＝220V，加热时用电器功率为400W，保温时用电器功率为40W，求R1与R2的值．解析：(1)当S闭合时，R2短路，此时电路总电阻最小，由P＝eq\f(U2,R)知功率最大，为加热状态；当S断开时，R1、R2串联，电路总电阻最大，功率最小，为保温状态．(2)S闭合时，处于加热状态，有Pmax＝eq\f(U2,R1)，S断开时，处于保温状态，有Pmin＝eq\f(U2,R1＋R2)，代入数据联立解得：R1＝121Ω，R2＝1089Ω.答案：(1)S闭合时为加热状态，S断开时为保温状态(2)121Ω1089Ω14．(6分)位移传感器的应用——加速度计．是测定物体加速度的仪器，它是导弹、飞机、潜艇或宇宙飞船等制导系统的信息源．如图为应变式加速度计的示意图，当系统加速时，加速度计中的元件A也处于加速状态，元件A由两弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，元件A的下端可在滑动变阻器R上自由滑动，当系统加速运动时，元件A发生位移并转换为电信号输出．已知元件A的质量为m，两侧弹簧的劲度系数为k，电源电动势为E，内阻不计，滑动变阻器的总电阻为R，有效长度为l，静态时输出电压为U0，试推导加速度a与输出电压U的关系式．解析：设静态时滑动变阻器的滑片距左端为x，传感器的输出电压为U0＝eq\f(E,R)·eq\f(R,l)x＝eq\f(E,l)x ①系统向左加速时滑片右移Δx，则元件A的动力学方程为2kΔx＝ma ②传感器的输出电压为U＝eq\f(E,R)·eq\f(R,l)(x＋Δx) ③由①②③式得a＝eq\f(2klU－U0,mE)若U＞U0，系统的加速度水平向左；若U＜U0，系统的加速度水平向右．答案：a＝eq\f(2klU－U0,mE)方向向左为正15．(6分)某同学设计了一种测定风力的装置，其原理如图所示，迎风板与一轻弹簧的一端N相接，穿在光滑的金属杆上．弹簧是绝缘材料制成的，其劲度系数k＝1300N/m，自然长度L0＝0.5m，匀称金属杆用电阻率较大的合金制成，迎风板面积S＝0.5m2，工作时总是正对着风吹来的方向．电路中左端导线与金属杆M端相连，右端导线接住N点并可随迎风板在金属杆上滑动，且与金属杆接触良好．限流电阻的阻值R＝1Ω，电源的电动势E＝12V，内阻r＝0.5Ω.合上开关，没有风时，弹簧长度为原长度，电压表的示数U1＝3.0V；假如某时刻由于风吹使迎风板向左压缩弹簧，电压表示数为U2＝2.0V，求：(1)金属杆单位长度的电阻；(2)此时作用在迎风板上的风力．解析：设无风时金属杆接入电路的电阻为R1，风吹时接入电路的电阻为R2，由题意得(1)无风时U1＝eq\f(E,R＋r＋R1)R1得R1＝eq\f(U1R＋rU1,E－U1)＝eq\f(3×1＋0.5×3,12－3)Ω＝0.5Ω设金属杆单位长度的电阻为R′，则R′＝eq\f(R1,L0)＝eq\f(0.5,0.5)Ω/m＝1Ω/m.(2)有风时U2＝eq\f(E,R2＋R＋r)R2得R2＝eq\f(U2R＋U2r,E－U2)＝eq\f(2×1＋2×0.5,12－2)Ω＝0.3Ω此时，弹簧长度L＝eq\f(R2,R′)＝eq\f(0.3,1)m＝0.3m压缩量x＝L0－L＝0.5m－0.3m＝0.2m则此时