2024-2025学年高二物理选择性必修第二册(配人教版)第四章测评

第五章测评
(满分:100分)
一、单项选择题:本题共7小题,每小题4分,共28分。

在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。

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”的说法正确的是()
A.该机器人的“眼睛”利用了力传感器
B.该机器人的“眼睛”利用了光传感器
C.该机器人的“眼睛”利用了温度传感器
D.该机器人的“眼睛”利用了声音传感器
2.(2024浙江湖州高二期末)下列情境中,主要利用温度传感器工作的是()
A.孵化器在一定温度下孵化禽蛋
B.交警用酒精测试仪检查司机是否酒后开车
C.电梯超出负载时发出警报
D.商场自动门在人走近时自动打开
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
4.利用现代信息技术进行的实验叫作DIS实验,DIS由传感器、数据采集器和计算机组成。

如图为“用DIS测变速直线运动的瞬时速度”实验的装置图,图中①所示的器材的传感器为()
A.位移传感器
B.速度传感器
C.时间传感器
D.光传感器
5.(2024黑龙江哈尔滨高二期中)某同学设计了一个加速度计,如图所示,较重的滑块2可以在光滑的框架1中平移,滑块两侧用弹簧3拉着,R为滑动变阻器,4是滑片,它与滑动变阻器任一端之间的电阻值都与它到这端的距离成正比。

这个装置就是一个加速度传感器。

两个电源E完全相同。

按图连接电路后,电压表指针的零点位于表盘中央,当P端的电势高于Q端时,指针向零点右侧偏转。

将框架固定在运动的物体上,下列说法正确的是()
A.这种传感器输入的物理量是位移,输出的物理量是电压
B.若观察到电压表的指针向右偏转,说明物体具有与图示方向相同的加速度
C.若观察到电压表指针在零点,说明物体处于静止状态
D.若观察到电压表指针在零点,说明物体的加速度等于零
6.(2024北京丰台高二期末)苹果自动分拣装置的示意图如图所示,该装置能够按一定质量标准自动分拣大苹果和小苹果。

该装置的托盘秤压在一个以O1为转动轴的杠杆上,杠杆末端压在电阻R1上,R1的阻值随压力的变化而变化。

小苹果通过托盘秤时,R2两端的电压较小,分拣开关在弹簧向上弹力作用下处于水平状态,小苹果进入上面通道;当大苹果通过托盘秤时,R2两端能够获得较大电压,电磁铁吸动分拣开关的衔铁,打开下面通道,让大苹果进入下面通道。

设定进入下面通道的大苹果最小质量m0为该装置的分拣标准,下列说法正确的是()
A.压力越小R1越小
B.调节R2的大小不可以改变苹果的分拣标准
C.若要提高分拣标准,可只适当减小R2的阻值
D.若要提高分拣标准,可只增大电路中电源的电动势
7.氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测,它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化。

在如图甲所示的电路中,不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻。

这样,理想电压表的指针位置就与一氧化碳浓度有了对应关系,观察电压表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标。

有一种氧化锡传感器,其技术资料中给出的是电导(即电阻的倒数)—CO浓度曲线,如图乙所示。

下列表示一氧化碳浓度c与电压表示数U0之间关系的图像正确的是()
二、多项选择题:本题共3小题,每小题6分,共18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6分,选对但不全的得3分,有选错的得0分。

8.计算机光驱的主要部分是激光头,它可以发射脉冲激光信号,激光扫描光盘时,激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统,再通过计算机显示出相应信息。

光敏电阻自动计数器的示意图如图所示,其中R1为光敏电阻,R2为定值电阻,此自动计数器的基本工作原理是()
A.当有光照射R1时,信号处理系统获得高电压
B.当有光照射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.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
9.为了锻炼身体,小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计,其原理图如图所示。

轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起(弹簧的电阻不计,P与R1间的摩擦不计),弹簧劲度系数为100 N/cm。

定值电阻R0=5 Ω,ab是一根长为5 cm的均匀电阻丝,阻值R1=25 Ω,电源输出电压恒为U=3 V,理想电流表的量程为0~0.6 A。

当拉环不受力时,滑片P处于a端。

下列关于这个电路的说法正确的是()
A.小明在电路中连入R0的目的是保护电路
B.当拉环不受力时,闭合开关后电流表的读数为0.1 A
C.当拉力为400 N时,电流表指针指在0.3 A处
D.当拉力为400 N时,电流表指针指在0.5 A处
10.电容式话筒的保真度比动圈式话筒好,其工作原理如图所示,Q是绝缘支架,薄金属膜片M和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电,当声波使膜片M振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流。

在膜片M向右运动的过程中有()
A.电容变大
B.电容变小
C.导线AB中有向左的电流
D.导线AB中有向右的电流
三、非选择题:本题共5个小题,共54分。

11.(8分)(2024山东枣庄高二期末)某种电感式微小位移传感器的原理图如图甲所示。

1是待测位移的物体,3是空心线圈,软铁芯2插在线圈3中并且可以随着物体1在线圈中左右平移。

这种传感器可以把被测物体位移的大小转换为线圈自感系数的大小。

(1)关于这种传感器的工作原理,下列说法正确的是。

A.当物体1向右移动时,线圈的自感系数增大
B.当物体1向右移动时,线圈的自感系数减小
C.线圈是敏感元件,软铁芯是转换元件
D.这种传感器输入的物理量是位移,输出的物理量是电学量
(2)小明同学设计了一个电路,想把位移信号转换为电信号,其原理图如图乙所示。

为使传感器正常工作,电路中的电源应使用(选填“交流”或“直流”)电源。

(3)他利用这个装置设计了一个简易的台秤,原理如图丙所示,台秤上放置不同质量的砝码,记下电压表对应的各个示数,然后,把质量值标到电压表刻度盘的对应电压示数位置,就做成了简易的台秤,那么,称量质量的零刻度对应电压表示数的(选填“最大值”或“最小值”)。

12.(10分)(2024四川达州高二期中改编)某同学欲自己制作一个检测液体中酒精浓度的检测仪,所用器材如下:
半导体酒精浓度传感器R x(其电阻与所测液体中酒精浓度的关系图线如图甲所示);
干电池E(电动势为1.5 V,内阻未知);
电流表G(满偏电流I g=5.0 mA,内阻R g=54 Ω);
电阻箱R1(最大阻值999.9 Ω);
滑动变阻器R2(最大阻值50 Ω);
开关和导线若干。

实验电路原理图如图乙所示。

(1)该同学将电流表的最大测量值扩大为50 mA,则应将电阻箱R1的阻值调为Ω。

(2)具体使用该检测仪时,首先闭合开关S1、S2,调节滑动变阻器使电流表G满偏(即电流表G的示数为5 mA)。

然后断开开关S2,若:
①检测仪处于“待机”状态,即传感器所测液体中酒精浓度为零时,电流表G的示数应为
mA;
②检测仪所测液体中的酒精浓度恰为0.2 mg·mL-1,则电流表G的示数应为 mA;
③检测仪所测液体中的酒精浓度恰为0.8 mg·mL-1,则电流表G的示数应为 mA。

(计算结果均保留3位有效数字)
(3)该检测仪在实际使用的过程中发现,酒精浓度的测量值总是较实际值偏小,究其原因可能是所用电源的电动势较1.5 V要(选填“偏大”或“偏小”)。

13.(10分)(2024山东德州高二月考)有一种角速度计可以测量航天器的转动角速度,其结构如图所示,角速度计固定在待测装置上,元件A可在光滑杆上滑动,静止时,电压输出刚好为零。

当装置绕竖直轴OO'转动时,元件A在光滑杆上发生位移并输出电压信号,成为航天器制导系统的信息源。

已知A的质量为m,弹簧的劲度系数为k,自然长度为l0,电源的电动势为E,内阻不计,滑动变阻器B总长度为l,当系统以角速度为ω转动时,求U与ω的函数关系。

14.(12分)(2024江苏徐州高二期中)图甲虚线框内是电子秤测量部分的原理图,压力传感器的电阻R 随压力F的变化如图乙所示。

开关闭合后,压力传感器两端的电压恒为6.0 V。

电流表的量程为
0~0.6 A。

电流表的内阻、踏板和压杆的质量可以忽略不计。

(1)该电子秤空载时,求电流表的读数;
(2)该电子秤可以称量物体的最大值;
(3)试写出电流表示数I与压力F的变化关系式。

15.(14分)(2024江西宜春高二月考)在科技小组活动中亮亮同学受图甲所示电子秤的启发,自行设计了一个电子秤,其原理如图乙所示,他试图用电压表(图中暂没画出)的示数来反映物体质量的大小。

设电源的电压恒定为U,定值电阻的阻值为R0,滑动变阻器的总电阻为R,总长度为L,滑片固定在安放托盘的轻质弹簧上,并能随轻质弹簧一起自由滑动,已知对托盘每施加1 N的压力时,弹簧的长度就会缩短a。

当托盘中不放物体时,滑片指在最上端,此时电压表的示数为零;当在托盘中放一物体时,滑片随弹簧向下移动到某一位置,电压表就指示出相应的示数。

重力加速度为g。

(1)若在托盘上放一质量为m的物体,求滑片向下移动的距离。

(2)请在原理图的适当位置接上符合要求的电压表。

(3)求出电压表的示数U表与待测物体质量m之间的关系式(用已知量的符号表示)。

第五章测评
1.B遇到障碍物会绕开,说明该机器人的“眼睛”利用了光传感器,故选项B正确,A、C、D错误。

2.A孵化器在一定温度下孵化禽蛋需要用到温度传感器,故A正确;交警用酒精测试仪检查司机是否酒后开车需要用到酒精气体传感器,故B错误;电梯超出负载时发出警报需要用到压力传感器,故C错误;商场自动门在人走近时自动打开需要用到红外线传感器,故D错误。

3.B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,C 错误;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。

4.D光传感器能够测量并记录挡光片通过光电门的时间t,若挡光片的宽度为d,则瞬时速度
v=d
t
,故D正确。

5.D加速度传感器输入的是加速度,输出的物理量是电压,故A错误;当电压表指针在零点时,滑块的加速度等于零,滑块可能静止,也可能做匀速直线运动,故C错误,D正确;当电压表指针在零点时,P和Q两点的电势相等,当指针向右偏转时,φP>φQ,此时滑块移至原位置右侧,受弹簧弹力向左,所以滑块的合力向左,加速度方向也向左,与图示加速度的方向相反,故B错误。

6.C由题可知,小苹果通过托盘秤时,R2两端的电压较小,则根据闭合电路欧姆定律有E=IR1+I(R 并+r),可知压力越小,R1应该越大,则I越小,R2两端的电压越小,故A错误。

根据闭合电路欧姆定律有E=I(R1+r)+IR并,适当减小R2的阻值,则R并减小,在R1不变的情况下I增大,此时R2两端的电压比没有减小R2时的电压小,则分拣出的最小苹果比m0还要大;若只增大电路中电源的电动势,同理也会让I增大,此时R2两端的电压比没有增大电路中电源的电动势的电压大,则可分拣出的最小苹果比m0还要小,故C正确,B、D错误。

7.A U0=IR0=ER0
R0+R+R
传+r
,一氧化碳浓度c增大,电导增大,电阻R传减小,U0增大,但不是正比关系,
选项A正确,B、C、D错误。

8.AD R1、R2和电源组成一个闭合电路,当激光照到光敏电阻时,R1的阻值变小,总电流变大,则R2两端获得高电压;R2两端获得高电压时,信号处理系统就计数一次,因此A、D正确。

9.ABC若电路无电阻R0,且金属滑片P在b端时,电路短路会损坏电源,R0的存在使电路不会出
现短路,故A正确;当拉环不受力时,滑片P在a端,由闭合电路欧姆定律得I=U
R0+R1
=0.1 A,故B
正确;当拉力为400 N时,由F=kΔx可得Δx=4 cm,对应的电阻为R a
P
=20 Ω,R1接入电路的电阻
R Pb=5 Ω,由闭合电路欧姆定律得I'=U
R0+R Pb
=0.3 A,故D错误,C正确。

10.AC当声波使膜片M向右运动时,电容器极板间距减小,电容变大,电荷量Q=UC变大,电源要继续给电容器充电,所以导线AB中有向左的电流,故选项A、C正确。

11.答案(1)BCD(2)交流(3)最大值
解析(1)当物体1向右移动时,线圈的自感系数减小,A错误,B正确;线圈是敏感元件,软铁芯是转换元件,C正确;这种传感器输入的物理量是位移,输出的物理量是电学量,输出的是电阻两端的电压,D正确。

(2)为使传感器正常工作,电路中的电源应使用交流电源。

软铁芯移动能改变线圈的自感系数,改变线圈的感抗,改变回路的电流,改变电阻两端的电压,改变电压表的示数。

(3)台秤上砝码的质量越大,软铁芯插入越深,自感系数越大,感抗越大,电流越小,电压表的示数越小,所以称量质量的零刻度对应电压表示数的最大值。

12.答案(1)6.0(2)1.502.503.75(3)偏小
解析(1)将电流表的最大测量值扩大为50 mA,由欧姆定律可得R1=I g R g
I-I g =5.0×54×10-3
(50-5.0)×10-3
Ω=6.0 Ω,
则应将电阻箱R1的阻值调为6.0 Ω,可得扩大量程后的电流表的内阻为R g'=R g·R1
R g+R1=54×6.0
54+6.0
Ω=5.4 Ω。

(2)闭合开关S1、S2,调节滑动变阻器使电流表G满偏,设电源的内阻为r,由闭合电路欧姆定律可
得R2+r=E-I g R g
I =1.5-5.0×54×10-3
50×10-3
Ω=24.6 Ω,检测仪所测液体的酒精浓度是零时,由图甲可知R x=70
Ω,则电路中的电流为I1=E
R2+r+R x+R g'=1.5
24.6+70+5.4
A=0.015 A=15.0 mA,电流表的最大测量值扩
大了10倍,因此电流表G的示数应为1.50 mA。

检测仪所测液体的酒精浓度恰为0.2 mg·mL-1,
由图甲可知R x=30 Ω,则此时电路中的电流为I2=E
R2+r+R x+R g'=1.5
24.6+30+5.4
A=0.025 A=25.0 mA,
电流表的最大测量值扩大了10倍,因此电流表G的示数应为2.50 mA。

检测仪所测液体的酒精
浓度恰为0.8 mg·mL-1,由图甲可知R x=10 Ω,则此时电路中的电流为I3=E
R2+r+R x+R g'=1.5
24.6+10+5.4
A=0.037 5 A=37.5 mA,电流表的最大测量值扩大了10倍,因此电流表G的示数应为3.75 mA。

(3)由以上解析可得电路中的电流为I=E
R2+r+R x+R g'
,当电源的电动势较1.5 V要偏小时,在同一酒精浓度下,电路中的总电流将偏小,则流经电流表G的电流将偏小,则对应的R x值偏大,则酒精浓度的测量值较实际值偏小。

13.答案U=mω2l0E
kl-mω2l (ω≤√kl
m(l0+l)
)
解析当系统以角速度ω转动时,对元件A,弹簧弹力提供做圆周运动的向心力为kx=mω2(l0+x) 电压表的读数U=E x
l
解得U与ω的函数关系为U=mω2l0E
kl-mω2l 当x=l时U=E
ω=√kl
m(l0+l)
上式成立的条件是ω≤√kl
m(l0+l)。

14.答案(1)0.02 A(2)1 450 N(3)I=6
300-0.2F
(0≤F≤1 450 N) 解析(1)该电子秤空载时F=0
根据图像可知此时电阻为R=300 Ω
可得电流表的读数为I=U
R =6.0
300
A=0.02 A。

(2)当电流表读数最大时,压力传感器的阻值最小,根据欧姆定律可得R min=U
I max =6.0
0.6
Ω=10 Ω
由R-F图像可得R=300-0.2F
联立可得F max=1 450 N。

(3)根据R-F图像可得R=300-0.2F
根据欧姆定律可得R=U
I =6.0
I
联立可得电流表示数I与压力F的关系式为I=6
300-0.2F
(0≤F≤1 450 N)。

15.答案(1)mga(2)见解析图(3)U表=mgaUR
L(R+R0)
解析(1)物体所受的重力为G=mg
由作用力和反作用力的关系可知,物体对托盘的压力F=G=mg
由题意对托盘每施加1 N的压力,弹簧的长度就会缩短a,可知弹簧的弹力与伸长量成正比。

所以滑片向下移动的距离ΔL=mga。

(2)电压表在使用时必须并联到被测物体上,且滑片指在最上端时,电压表的示数为零;所以符合要求的电压表位置如图所示。

(3)被测物体质量为m时,滑动变阻器滑片上方电阻丝的电阻值为R'=ΔL
L R=mga
L
R
由图可知电阻R0和滑动变阻器串联,由欧姆定律得电路中的电流I=U
R
总=U
R+R0
滑片上方电阻丝两端的电压为U表=IR'=U
R+R0×mga
L
R=mgaUR
L(R+R0)。