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选修3-2物理第5章传感器及其应用章末检测题(鲁科版含答案和解析)
资料简介
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(时间：90分钟，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，只有一个选项正确)
1．下列说法正确的是( )
A．金属导体的电阻率随温度升高而减小
B．半导体的电阻率随温度升高而增大
C．用半导体制成的光敏电阻，可以作为测温元件
D．用半导体制成的光敏电阻，可以起到开关的作用
解析：选D．金属导体的电阻率随温度的升高而增大，A项错误；负温度系数热敏电阻半导体的电阻率随温度的升高而减小，B项错误；因半导体制成的光敏电阻随光的强度变化而变化，故不可作为测温元件，C项错误；用半导体制成的光敏电阻，随光强的改变，其阻值可以大幅度改变，可用于光控开关进行自动控制，D项正确．
2．下列应用了温度传感器的是( )
A．商场里的自动玻璃门
B．夜间自动打开的路灯
C．自动恒温冰箱
D．楼梯口的夜间有声音时就亮的灯
解析：选C.商场里的自动玻璃门是红外线传感器．夜间自动打开的路灯的自控电路中是光敏电阻，即光电传感器．自动恒温冰箱内是靠热敏电阻的变化控制电路通断的．楼梯口的夜间有声音时就亮的灯是由声电传感器和光电传感器双重控制的，故选C.
3.如图所示是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极，在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在的电路中的其他量发生变化，使声音信号被话筒转化为电信号，其中导致电容变化的原因可能是电容器两极间的( )
A．距离变化 B．正对面积变化
C．介质变化 D．电压变化
解析：选A.电容式话筒中振动膜上的金属层和这个金属板构成的电容器相当于一个平行板电容器．当人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使两极板间的距离发生变化，从而导致电容器的电容发生变化，故A选项正确．
4.如图所示是霍尔元件的工作原理示意图，如果用d表示薄片的厚度，k为霍尔系数，对于一个霍尔元件d、k为定值，如果保持电流I恒定，则可以验证UH随B的变化情况．以下说法中不正确的是( )
A．将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面时，UH将变大
B．在测定地球两极的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
C．在测定地球赤道上的磁场强弱时，霍尔元件的工作面应保持水平
D．改变磁感线与霍尔元件工作面的夹角，UH将发生变化
解析：选C.由UH＝kIB/d知电压与磁感应强度成正比，垂直工作面的磁感应强度B越大，电压越大；将永磁体的一个磁极逐渐靠近霍尔元件的工作面，磁感应强度B变大，UH将变大，A正确．霍尔元件的工作面应与B垂直，在测定地球两极的磁场强弱时应保持水平，在测定地球赤道上的磁场强弱时应保持竖直，故B正确C错误．垂直工作面的磁感应强度B越大，电压越大，所以当磁感线与霍尔元件工作面的夹角变化时，UH将发生变化，D正确．
5.惯性制导系统已广泛应用于弹道式导弹工程中，这个系统的重要元件之一是加速度计．加速度计构造原理的示意图如图所示，沿导弹长度方向安装的固定光滑杆上套一质量为m的滑块，
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滑块两侧分别与劲度系数均为k的弹簧相连；两弹簧的另一端与固定壁相连．滑块原来静止，弹簧处于自然长度，滑块上有指针可通过标尺测出滑块的位移，然后通过控制系统进行制导．设某段时间内导弹沿水平方向运动，指针向左偏离O点的距离为s，则这段时间内导弹的加速度( )
A．方向向左，大小为 B．方向向右，大小为
C．方向向左，大小为 D．方向向右，大小为
解析：选D．当指针向左偏离O点距离为s时，左边弹簧被压缩s，右边弹簧被拉伸s，选滑块为研究对象，根据牛顿第二定律有：a＝＝，方向向右，所以D正确．
6．铁路上使用一种电磁装置向控制中心传输信号以确定火车的位置．能产生匀强磁场的磁铁，被安装在火车首节车厢下面，如图甲所示(俯视图)．当它经过安放在两铁轨间的线圈时，便会产生电信号，被控制中心接收．当火车通过线圈时，若控制中心接收到的线圈两端的电压信号如图乙所示，则说明火车在做( )
A．匀速直线运动
B．匀加速直线运动
C．匀减速直线运动
D．加速度逐渐增大的变加速直线运动
解析：选B．由图线可以看出，接收到的电压信号越来越大，且均匀增大，根据公式E＝Blv可知火车速度正均匀增加，即火车做匀加速直线运动，所以B正确．
7．如图甲所示的电路中，光敏电阻R2加上图乙所示的光照时，R2两端的电压变化规律是( )
解析：选B．光敏电阻随光照的增强电阻减小，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．
二、多项选择题(本题共5小题，每小题6分，共30分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题意)
8．2007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，正确的是( )
A．电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用
B．热敏电阻可应用于温度测控装置中
C．光敏电阻是一种光电传感器
D．电阻丝可应用于电热设备中
解析：选BCD．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B、C、D均正确．
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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A错误．
9．当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品之中，下述关于常用的几种家用电子器件所采用的传感器的说法中正确的是( )
A．电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了光电传感器
B．电子体温计主要是采用了温度传感器
C．电脑所用的光电鼠标主要是采用声波传感器
D．电子秤中主要是采用了压力传感器
解析：选BD．电视机对无线遥控信号的接收采用了红外线传感器，电脑所用的光电鼠标采用了光传感器，故A、C选项错误，电子体温计采用温度传感器，电子秤采用压力传感器，B、D选项正确．
10．为了测量储罐中不导电液体的高度，将与储罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容器C置于储罐中，电容器可通过开关S与线圈L或电源相连，如图所示．当开关从a拨到b时，由L与C构成的回路中产生周期T＝2π 的振荡电流．当罐中的液面上升时( )
A．电容器的电容减小
B．电容器的电容增大
C．LC回路的振荡频率减小
D．LC回路的振荡频率增大
解析：选BC.液面上升时，两板间的电介质变多，根据电容的决定式C＝知，电容器的电容C增大，选项B正确、A错误；根据振荡电流的周期T＝2π可知，周期变大，由f＝可知，频率变小，选项C正确、D错误．
11．全自动洗衣机中，排水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工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，排出污水，牵引电磁铁的结构如图所示．以下说法正确的是( )
A．若某时刻输入控制电流时，a为正，b为负，则铁芯2中A端为N极，B端为S极
B．若某时刻输入控制电流时，a为正，b为负，则铁芯2中A端为S极，B端为N极
C．若a、b处输入交变电流，铁芯2不能吸入线圈中
D．若a、b处输入交变电流，铁芯2能吸入线圈中
解析：选BD．若输入控制电流由a流入，b流出，则铁芯1左端为N极，右端为S极，它将使铁芯2被磁化，A端为S极，B端为N极，并吸入线圈中．若a、b处输入交变电流，铁芯2仍能被吸入线圈中，故选B、 D．
12.在温控电路中，通过热敏电阻阻值随温度的变化可实现对电路相关物理量的控制．如图所示电路，R1为定值电阻，R2为半导体热敏电阻(温度越高电阻越小)，C为电容器．当环境温度降低时( )
A．电容器C的带电荷量增大
B．电压表的读数减小
C．电容器C两板间的电场强度减小
D．R1消耗的功率减小
解析：选AD．温度降低时，R2电阻增大，由I＝知，I减小，内电压与R1两端电压减小，R2两端电压增大，所以电容器带电荷量增大，电容器两极板间电场强度增大，A正确，C错误．由于内电压减小，所以路端电压增大，B错误．由于电流减小，所以R1消耗的功率减小，D正确．
三、填空题(本题共1小题，共10分．按题目要求作答)
13．某实验小组探究一种热敏电阻的温度特性．现有器材：恒流电源(
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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，请你在实物图上连线．
(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流值；
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R－t关系图线如图所示，请根据图线写出该热敏电阻的R－t关系式：R＝____＋____t(Ω)(保留3位有效数字)．
解析：改变温度后，热敏电阻阻值改变，电压表示数改变，从图线知R与t成线性关系，且纵轴上截距(当t＝0 ℃时)R＝100 Ω.斜率为ΔR/Δt＝0.400，所以R＝100＋0.400t(Ω)．
答案：(1)如图所示
(2)②记录温度计示数 记录电压表示数
(3)100 0.400
四、计算题(本题共3小题，共32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)
14．(8分)某兴趣小组为了研制一台“电子秤”，找到一个力电转换传感器，该传感器的输出电压正比于受压面的正压力，实验操作时，先调节传感器输入端的电压(要求从零开始调节)，使力电转换传感器在空载时的输出电压为零；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压．
(1)如图所示：E为直流电源；S为开关；R为滑动变阻器；V为电压表，在图中用笔划线代替导线连接成实验电路图．
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(2)若将质量为m0的砝码放在力电转换传感器的受压面上，电压表的示数为U0；然后取下砝码，再将待测质量为m的物体放在力电转换传感器的受压面上，电压表的示数为U，则待测物体的质量m＝________.
解析：(1)要求传感器输入端的电压从零开始调节，故滑动变阻器采用分压式接法(见答案图)．(5分)
(2)因为测得的输出电压和所放物体的质量成正比，故＝，则待测物体的质量m＝m0.(3分)
答案：(1)如图所示
(2)m0
15．(10分)如图甲所示为半导体材料做成的热敏电阻的阻值随温度变化的曲线，图乙为用此热敏电阻RT和继电器设计的温控电路，设继电器的线圈电阻为Rx＝50 Ω，当继电器线圈中的电流IC大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合．左侧电源电动势为6 V，内阻可不计，温度满足什么条件时，电路右侧的小灯泡会发光？
解析：热敏电阻与继电器串联，若使电流不小于IC＝20 mA，则总电阻不大于R总＝＝300 Ω(4分)
由于R总＝RT＋Rx，则RT不大于250 Ω(4分)
由甲图可看出，当RT＝250 Ω时，温度t＝50 ℃，即温度不小于50 ℃(2分)
答案：温度不小于50 ℃时，电路右侧的小灯泡会发光
16.
(14分)在航天事业中要用角速度计测得航天器的自转角速度ω，结构如图所示，当系统绕轴OO′转动时元件A在光滑杆上发生滑动，并输出电信号，成为航天器的制导信号源，已知A质量为m，弹簧的劲度系数为k，原长为l0，电源电动势为E，内阻不计，
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滑动变阻器总长为l，电阻分布均匀，系统静止时滑动变阻器触头P在中点，与固定接头Q正对，当系统以角速度ω转动时，求：
(1)弹簧形变量x与ω的关系式．
(2)电压表示数U与角速度ω的关系式．
解析：(1)由圆周运动规律知
kx＝mω2R＝mω2(l0＋x)(5分)
即kx－mω2x＝mω2l0
所以x＝.(5分)
(2)由串联电路的规律知
U＝E＝.(4分)
答案：(1)x＝ (2)U＝
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