2017年春高中物理单元测评三传感器新人教版选修3_2

单元测评(三) 传感器(时间：90分钟满分：100分)第Ⅰ卷(选择题，共48分)一、选择题(本题有12小题，每小题4分，共48分．)1．关于干簧管，下列说法正确的是( )A．干簧管接入电路中相当于电阻的作用B．干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的C．干簧管接入电路中相当于开关的作用D．干簧管是作为电控元件以实现自动控制的答案：C2．(多选题)为了保护电脑元件不受损害，在电脑内部有很多传感器，其中最重要的就是温度传感器，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：AD3．街旁的路灯、江海里的航标都要求在夜晚亮、白天熄，利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄灭的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的( )A．压敏性B．光敏性C．热敏性D．三种特性都利用答案：B4．(多选题) 有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是 ( )A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻C．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻D．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻解析：热敏电阻的阻值随温度变化而变化，定值电阻和光敏电阻不随温度变化；光敏电阻的阻值随光照变化而变化，定值电阻和热敏电阻不随之变化．答案：AC5. 传感器是一种采集信息的重要器件，如图是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力作用于膜片电极上时，下列说法中正确的是 ( )①若F向下压膜片电极，电路中有从a到b的电流②若F向下压膜片电极，电路中有从b到a的电流③若F向下压膜片电极，电路中不会有电流产生④若电流表有示数，说明压力F发生变化⑤若电流表有示数，说明压力F不会发生变化A．②④B．①④C．③⑤D．①⑤解析：当下压时，因为C＝εr S4πkd，d减小，C增大，在U不变时，因为C＝QU，Q增大，从b向a有电流流过，②正确；当F变化时，电容器两板的间距变化，电容变化，电容器上的带电量发生变化，电路中有电流，④正确，故选A.答案：A6. 如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，当温度降低时，电阻变大，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 ．小灯泡的亮度变弱解析： R 2与灯L 并联后与R 1串联，与电源构成闭合电路，当温度降低时，电阻R 2增大，外电路电阻增大，电流表读数减小，灯L 两端电压增大，灯泡亮度变强，R 1两端电压减小，故C 正确，其余各项均错．答案：C7. 为监测某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计．该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a 、b 、c ，左右两端开口．在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为B 的匀强磁场，在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极．污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U .若用Q 表示污水流量(单位时间内排出的污水体积)，下列说法中正确的是( )A ．若污水中正离子较多，则前表面比后表面电势高B ．若污水中负离子较多，则前表面比后表面电势高C ．污水中离子浓度越高电压表的示数将越大D ．污水流量Q 与U 成正比，与a 、b 无关解析：由左手定则可以判断出正离子较多时，正离子受到的洛伦兹力使其向后表面偏转聚集而导致后表面电势升高，同理负离子较多时，负离子向前表面偏转聚集而导致前表面电势低，故A 项、B 项错误；设前、后表面间的最高电压为U ，则qUb＝qvB ，所以U ＝vBb ，由此可知U 与离子浓度无关，故C 项错；因Q ＝vbc ，而U ＝vBb ，所以Q ＝Uc B，D 项正确．答案：D8．小强在用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控制．经检查，恒温箱的控制器没有故障．参照右图，下列对故障判断正确的是( )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解析：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控制器传递错误信息，导致控制器发出错误指令，故C项正确，A项、B项错误．若加热器出现故障，只有一种可能，即不能加热，而题中加热器一直加热才会使温度持续升高，故D项错误．答案：C9．对于常见的可燃气体浓度的检测，现在一般用催化燃烧检测器．它的原理如下：传感器的核心为一惠斯通电桥，其中一桥臂上有催化剂，当与可燃气体接触时，可燃气体在有催化剂的电桥上燃烧，该桥臂的电阻发生明显变化，其余桥臂的电阻不变化，从而引起整个电路的输出发生变化，而该变化与可燃气体的浓度成比例，从而实现对可燃气体的检测．由此可推断有催化剂的桥臂上的电阻材料为( )A．铜B．合金C．半导体D．绝缘体解析：可燃气体燃烧后电阻发生变化的原因，是由于温度升高造成的，所以此电阻应属于热敏电阻，而能够随温度变化其电阻有较明显变化的材料只可能是选项中的半导体材料，故选C.答案：C10．(多选题)利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况．如图中甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系，如图中乙所示．若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2 m，则下述说法正确的是( )甲乙A．传送带运动的速度是0.1 m/sB．传送带运动的速度是0.2 m/sC．该传送带每小时输送3 600个工件D．该传送带每小时输送7 200个工件解析：有工件通过时，挡住A射向光传感器B的光，B的电阻增大，输出一个高电压，故知两相邻工件通过时间t＝1 s，传送带的速度v＝0.21m/s＝0.2 m/s.每小时传送工件3600个．答案：BC11．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，下列说法不正确的是( )甲乙丙丁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的高度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、高度、压力、位移的物理量．答案：D12. 如图所示是某种汽车上的一种自动测定油箱内油面高度的装置．R是滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端，从油量表(由电流表改装而成)指针所指的刻度，就可以知道油箱内油面的高度，当滑动变阻器的金属滑片向下移动时( )A．电路中的电流减小，油箱油面降低B．电路中的电流减小，油箱油面升高C．电路中的电流增大，油箱油面降低D．电路中的电流增大，油箱油面升高解析：当油箱油面升高时，由于杠杆作用使金属滑片向下移动，而使回路总电阻减小，电流增大，故D项正确．答案：D第Ⅱ卷(非选择题，共52分)二、实验题(本题有2小题，共14分．请按题目要求作答)13．(6分)影响物质材料电阻率的因素很多，一般金属材料的电阻率随温度的升高而增大，而半导体材料的电阻率则与之相反，随温度的升高而减小．某课题研究组在研究某种导电材料的用电器件Z的导电规律时，利用如图甲所示的分压电路测得其电压与电流的关系如下表所示：甲乙(1)根据表中数据，判断用电器件Z可能属于上述哪类材料？______________________________________________________________________.(2)把用电器件Z接入图乙所示的电路中，闭合开关，电流表的读数为1.8 A，电池的电动势为3 V，内阻不计，电阻R的电功率为________．解析：(1)由表格中数据可得，电阻随电压的增大而减小，而电压越大，用电器件温度越高，所以材料为半导体．(2)查表I＝1.8 A时，Z的电压为1.2 V，则U R＝E2－U Z＝3 V－1.2 V＝1.8 V，P R＝IU R＝3.24 W.答案：(1)半导体(2分)(2)3.24 W(4分)14．(8分)某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性．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、开关和导线若干等．(1)若用上述器材测量热敏电阻的阻值随温度变化的特性，请你在图甲的实物图上连线．甲乙(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源值；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重复第②步操作若干次，测得多组数据．(3)实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得图乙的R－t关系图线，请根据图线写出该热敏电阻的R－t关系式：R＝______＋______t(Ω)(保留三位有效数字)．解析：(1)连线如图．(2)每次加热水后都需要重新读出温度计和电压表的示数．故闭合开关，应记录电压表电压值、温度计数值．(3)根据R －t 图象可以看出，R 与t 之间是线性关系． 设R ＝a ＋bt (Ω)，由图线可求得：b ＝128－10470－10＝0.400.当t ＝0时，a ＝100 Ω，故R ＝100＋0.400 t (Ω)． 答案：(1)见解析图(2分)(2) 记录电压表和温度计示数(2分) (3) 100 0.400(4分)三、计算题(本题有3小题，共38分．解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)15．(10分)如图所示为检测某传感器的电路图．传感器上标有“3 V,0.9 W”的字样(传感器可看做一个纯电阻)，滑动变阻器R 0上标有“10 Ω，1 A”的字样，电流表的量程为0.6 A ，电压表的量程为3 V ．求：(1)传感器的电阻和额定电流．(2)为了确保电路各部分的安全，在a 、b 之间所加的电源电压最大值是多少？解析：(1)R 传＝U 2传P 传＝10 Ω，(2分)I 传＝P 传U 传＝0.3 A ．(2分)(2)最大电流I ＝I 传＝0.3 A ，(1分) 电源电压最大值U m ＝U 传＋U 0，(2分)U 传为传感器的额定电压， U 0为R 0m ＝10 Ω时R 0两端的电压，即U 0＝I 传·R 0m ＝0.3×10 V＝3 V ，(2分) 小于电压表量程，所以U m ＝U 传＋U 0＝3 V ＋3 V ＝6 V ．(1分) 答案：(1)10 Ω 0.3 A(2)6 V16. (13分)如图所示，“神舟”十号飞船发射升空时，火箭内测试仪平台上放一个压力传感器，传感器上面压一质量为M 的物体，火箭点火后从地面向上加速升空，当升到某一高度时，加速度为a ＝g 2，压力传感器此时显示出物体对平台的压力为点火前压力的1716，已知地球的半径为R ，g 为地面附近的重力加速度，求此时火箭离地面的高度．解析：设此时火箭升空高度为H ，此处重力加速度为g ′，则有F －Mg ′＝Ma (4分)由万有引力定律得(R ＋H )2g ′＝R 2g (4分)又F ＝1716Mg (2分) 解得H ＝R 3.(3分) 答案：R 317．(15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 ＝1 300 N/m ，自然长度L 0＝0.5 m ，均匀金属杆用电阻率较大的合金制成，迎风板面积S ＝0.5 m 2，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，右端导线接在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 ＝1 Ω，电源的电动势E ＝12 V ，内阻r ＝0.5 Ω.合上开关，没有风吹时，弹簧处于原长，电压表的示数U 1＝3.0 V ；如果某时刻由于风吹使迎风板向左压缩弹簧，电压表示数为U 2＝2.0 V ，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R 1， 风吹时接入电路的电阻为R 2，由题意得(1)无风时：U 1＝ER ＋r ＋R 1R 1(2分)得R 1＝U 1 R ＋rE －U 1＝3× 1＋0.5 12－3Ω＝0.5 Ω(2分)所以金属单位长度的电阻r ＝R 1L 0＝0.50.5Ω/m ＝1 Ω/m.(2分) (2)有风时：U 2＝ER 2＋R ＋r R 2(2分)得R 2＝U 2 R ＋rE －U 2＝2× 1－0.512－2 Ω＝0.3 Ω(2分)此时，弹簧长度L ＝R 2r ＝0.31 m ＝0.3 m(1分)压缩量x ＝L 0－L ＝(0.5－0.3) m ＝0.2 m(2分) 由平衡得此时风力F ＝kx ＝1 300×0.2 N＝260 N. (2分) 答案：(1)1 Ω (2)260 N。