【优化方案】高中物理 第五章 传感器及其应用章末综合检测 鲁科版选修3-2

(时间：90分钟，满分：100分)
一、单项选择题(本题共10小题，每小题4分，共40分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项正确)
1．下列说法正确的是()
A．凡将非电学量转化为电学量的传感器都是物理传感器
B．湿敏传感器只能是物理传感器
C．物理传感器只能将采集到的信息转化为电压输出
D．物理传感器利用的是物质的物理性质和物理效应
解析：选D.各种传感器虽然工作原理不同，但基本功能相似，多数是将非电学量转化为电学量，故A错；湿敏传感器为化学传感器，故B错；传感器既可将信息转化为电压输出，也可转化为电流、电阻等输出，故C错；由物理传感器定义知D正确．2．(2011年龙岩高二检测)下列有关传感器的说法中错误的是()
A．汶川大地震时用的生命探测仪利用了生物传感器
B．“嫦娥二号”卫星星载的立体相机获取月球数据利用了光传感器
C．电子秤称量物体质量是利用了力传感器
D．火灾报警器能够在发生火灾时报警是利用了温度传感器
解析：选D.生命探测仪是利用生物传感器，立体相机是利用光学传感器，电子秤是利用压力传感器，火灾报警是在烟雾浓度达到一定程度时能够输出电信号，使警铃发声或使红灯闪烁，自动报警，利用了烟雾传感器而不是利用了温度传感器，A、B、C对，D错．3．在街旁的路灯，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，实行了自动控制，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
解析：选B.由“夜晚亮、白天熄”的特性可知，此半导体材料为光敏性的．
4．人类发射的绕地球运转的所有航天器，在轨道上工作时都需要电能，所需要的电能都是由太阳能电池把太阳能转化为电能得到的，要求太阳能电池板总是对准太阳，为达到这一要求应利用下列哪种传感器来感知太阳方位()
A．力传感器B．光传感器
C．温度传感器D．生物传感器
解析：选B.太阳帆的有效采光面积不同，所产生的电流不同，当电流最大时正对太阳，所以应用的是光传感器，B对．A、C、D错．
5．2007年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科学家，以表彰他们发现“巨磁电阻效应”，基于巨磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的技术，被认为是纳米技术的第一次真正应用．在下列有关其他电阻应用的说法中，错误的是()
A．热敏电阻可应用于温度测控装置中
B．光敏电阻是一种光电传感器
C．电阻丝可应用于电热设备中
D．电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用
解析：选D.热敏电阻对温度很敏感，光敏电阻对光照很敏感，电阻丝可用于电加热，这很常见，所以A、B、C均正确．交流电、直流电均可通过电阻，电阻对它们均可产生阻碍作用，所以D错误．
6. (2010年高考重庆卷)某电容式话筒的原理示意图如图5－5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()
图5－5 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：选D.当P、Q间距增大时，据平行板电容器公式C＝εS
4πkd
知d增大则C减小，选项A错．稳定后电容器两极板间的电压不变，则据Q＝CU知C减小U不变，则Q减小，选项B错．电容器两极板的电荷量减少，产生放电电流，方向从M→N，因此M点的电势比N点的电势高，选项C错、选项D正确．
7．如图5－6所示是某居住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()
图5－6
①当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压升高
②当有人通过而遮蔽光线时，A、B之间电压降低
③当仅增大R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
④当仅减小R2的阻值时，可增大A、B之间的电压
A．①③B．①④
C．②③D．②④
解析：选C.R1是光敏电阻，有光照射时，电阻变小，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①项错误，②项正确；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③项正确；当减小R2的阻值时，电路中的电流增大，A、B间的电压U 减小，故④项错误，故应选C.
8．如图5－7所示，R T为负温度系数的半导体热敏电阻，其他电阻都是普通的电阻，当灯泡L的亮度变暗时，说明()
图5－7
A．环境温度变高B．环境温度变低
C．环境温度不变D．都有可能
解析：选B.当灯泡L变暗时，通过L的电流变小，R T的阻值变大，根据热敏电阻的特点知环境温度变低了．
9．(2011年广东高二检测)压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图5－8甲所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球．小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图乙所示，下列判断正确的是()
图5－8
A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动
B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动
C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动
D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动
解析：选D.在0～t1内，I恒定，压敏电阻阻值不变，由小球的受力不变可知，小车可能做匀速或匀加速直线运动，在t1～t2内，I变大，阻值变小，压力变大，小车做变加速运动，A、B均错．在t2～t3内，I不变，压力恒定，小车做匀加速直线运动，C错，D对．
10. 如图5－9所示R T为正温度系数热敏电阻，R1为光敏电阻，R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，V为理想电压表，现发现电压表示数增大，可能的原因是()
图5－9
①热敏电阻温度升高，其他条件不变
②热敏电阻温度降低，其他条件不变
③光照增强，其他条件不变
④光照减弱，其他条件不变
A．①③B．①④
C．②③D．②④
解析：选D.电压表示数变大，而R3为定值电阻，说明流经R3的电流增大，由电路结构可知，这可能是由于R T减小或R1增大，由热敏电阻和光敏电阻特性知，可能是由于温度降低或光照减弱，故②、④正确，①、③错误．
二、填空题(本题共2小题，每小题6分，共12分．按题目要求作答)
11．(2010年高考上海卷)电动机的自动控制电路如图5－10所示，其中R H为热敏电阻，R L为光敏电阻．当温度升高时，R H的阻值远小于R1；当光照射R L时，其阻值远小于R2，为使电动机在温度升高或受到光照时能自动启动，电路中虚线框内应选________门逻辑电路；若要提高光照时电动机启动的灵敏度，可以________R2的阻值(填“增大”或“减小”).
图5－10
解析：电路中的逻辑关系是“或”逻辑关系，故虚线框内应选或门电路．若要提高光照
时电动机启动的灵敏度，需要在光照较小即光敏电阻较大时启动，故要增大R 2.
答案：或 增大
12．一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度t 变化的关系如图5－11实线①所示，由于环境温度以及熨烫的衣物厚度、干湿等情况不同，熨斗的散热功率不同，因而电熨斗的温度可能会在较大范围内波动，易损坏衣物．
有一种用主要成分为被称为“PTC”的特殊材料BaTiO 3作发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点，PTC 材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示，根据图线分析：
图5－11
(1)为什么原处于冷态的PTC 熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快？________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(2)通电一段时间后电熨斗温度t 自动地稳定在________范围之内．
解析：从图象发现当温度比较低时，PTC 熨斗的电阻较小，在电压恒定时，电热功率比较大，发热大于散热，升温较快；当温度较高时电阻迅速增大，发热功率减小，当发热功率和散热功率相等时，保持恒定温度不变．
(1)由于冷态时PTC 材料电阻较小，故由P ＝U 2R
知，其发热功率较大，所以升温快． (2)从图上可以看出，温度较低时，电阻较小，热功率较大，所以发热快于散热，温度升高，电阻值迅速增大，相应发热功率减小，当发热功率小于散热功率时，电阻温度降低，电阻值减小，发热功率会相应增大，故当发热功率等于散热功率时，温度会稳定在图中T 6～T 7之间．
答案：(1)由于冷态时PTC 材料电阻较小，故由P ＝U 2R
知，其发热功率较大，所以升温快．
(2)T 6～T 7
三、计算题(本题共4小题，共48分．解答时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)
13．(10分)全自动洗衣机中，排水电磁阀是由程序控制器控制其动作的．当洗衣机进行排水和脱水程序时，电磁铁的线圈通电，使电磁铁的铁芯2动作，牵引排水阀的活塞打开，排出污染．牵引电磁铁的结构如图5－12所示．
图5－12
当程序控制器的控制电流通过线圈时，线圈和铁芯1产生一个强的磁场，使铁芯2磁化，由于磁体相互作用，将铁芯2吸入线圈，此时铁芯2将拉动阀门使阀门打开排水．同样，控制器不输出控制电流时，电磁铁将失去磁性，弹簧(图中未画)将铁芯2拉回原位，从而关闭阀门．想一想：
(1)某时刻输入控制电流时，a 为正，b 为负，则铁芯2中A 端和B 端分别为什么磁级？
(2)a 、b 处输入的是正、负交变电流，铁芯2是否仍然吸入线圈？与恒定电流相比会有什么不同？
解析：(1)利用安培定则判断，A 端为S 极，B 端为N 极．
(2)仍能吸入线圈，因为铁芯仍能被磁化，且磁化后的磁性总是与线圈发生相吸的作用．但与恒定电流产生的磁场相比，交变磁场强弱有变化，当磁性减弱的时刻弹簧会将铁芯2拉离线圈，因而会有振动而产生噪声．
答案：见解析
14. (10分)在科技活动中某同学利用自制的电子秤来称量物体的质量．如图5－13所示，托盘和弹簧的质量均不计，滑动变阻器的滑动端通过一水平绝缘轻杆与弹簧上端相连，当托盘中没有放物体时，电压表示数刚好为零．设滑动变阻器的总电阻为R ，总长度为L ，电源电动势为E ，内阻为r ，限流电阻的阻值为R 0，弹簧的劲度系数为k ，不计一切摩擦和其他阻力，电压表为理想电压表．当托盘上放上某物体时，电压表的示数为U ，求此时所称量物体的质量．
图5－13
解析：设托盘上放上质量为m 的物体时弹簧压缩量为x ，
由平衡条件得mg ＝kx ① 此时滑动变阻器滑片已下滑x ，由分压原理知，电压表上的电压值：
U ＝x L ·R R ＋R 0＋r
·E ② 由①②两式得m ＝kLU (R ＋R 0＋r )RgE
. 答案：kLU (R ＋R 0＋r )RgE
15．(14分)用如图5－14所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度．该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器．用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg 的滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a 、b 上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出．现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b 在前，传感器a 在后．汽车静止时，两弹簧处于压缩状态，传感器a 、b 的示数均为10 N.
图5－14
(1)若传感器a 的示数为14 N 、b 的示数为6.0 N ，求此时汽车的加速度大小和方向．
(2)当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a 的示数为零．
解析：(1)如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力F 1＝
14
N ，右侧弹簧对滑块的向左的推力F 2＝6.0 N.
滑块所受合力产生加速度a 1，根据牛顿第二定律有
F 1－F 2＝ma 1，得a 1＝4 m/s 2
a 1与F 1同方向，即向前(向右)．
(2)a 传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F 1′＝0 N ，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为F 2′＝20 N ．滑块所受合力产生加速度为a 2，由牛顿第二定律得F 2′＝ma 2，
解得：a 2＝10 m/s 2，方向向左．
答案：(1)4 m/s 2 a 1与F 1同方向，即向前(向右)
(2)10 m/s 2，方向向左
16．(14分)如图5－15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(传感器可看作一个纯电阻)，滑动变阻器R 0上标有“10 Ω 1 A ”的字样，电流表的量程为0～0.6 A ，电压表的量程为0～3 V ．求：
图5－15
(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？
(3)如果传感器的电阻变化超过标准值1 Ω，则该传感器就失去作用．实际检测时，将一个恒压电源加在图中a 、b 之间，闭合开关S ，通过调节R 0，来改变电路中的电流和R 0两端
a 、
b 间所加的电压是多少？
解析：(1)R 传＝U 2传/P 传＝320.9
Ω＝10 Ω， I 传＝P 传/U 传＝0.93
A ＝0.3 A. (2)最大电流I ＝I 传＝0.3 A.
电源电压最大值U m ＝U 传＋U 0，
U 传为传感器的额定电压，U 0为R 0＝10 Ω时R 0两端的电压，即U 0＝I 传R 0＝0.3×10 V ＝3 V ，
故U m ＝U 传＋U 0＝3 V ＋3 V ＝6 V .
(3)设实际检测时加在a 、b 间的电压为U ，传感器的实际电阻为R 传′，根据第一次实验记录数据有：U ＝I 1R 传′＋U 1，
根据第二次实验记录数据有：U ＝I 2R 传′＋U 2，
代入数据解得：R 传′＝9.5 Ω，U ＝3 V .
传感器的电阻变化为ΔR ＝R 传－R 传′＝10 Ω－9.5 Ω＝0.5 Ω＜1 Ω，
所以此传感器仍可使用．答案：见解析。