高中物理第5章 传感器及其应用第3节 大显身手的传感器练习题

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课时素养评价

十四　大显身手的传感器

　　　　　　　 (15分钟·30分)

一、选择题(本题共3小题，每题6分，共18分)

1.高考考场、机场、车站等地点都装有安检门，安检门是一个用于安全检查的“门”，“门框”内有线圈，线圈里通有交变电流，交变电流在“门”内产生交变磁场，金属物品通过“门”时能产生涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警，所以安检门也叫金属探测门，以下关于这个安检门的说法正确的是              (　　)

A.这个安检门也能检查出毒品携带者

B.这个安检门只能检查出金属物品携带者

C.如果这个“门框”的线圈中通上恒定电流，也能检查出金属物品携带者

D.这个安检门工作时，只利用了电磁感应现象

【解析】选B。这个安检“门”是利用涡流工作的，因而只能检查金属物品携带者，A错，B对。若“门框”的线圈中通上恒定电流，只能产生恒定磁场，它不能使金属物品产生涡流，因而不能检查出金属物品携带者，C错。安检“门”工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应，D错。

2.如图是酒精测试仪的原理图，R0为定值电阻。已知酒精气体传感器的电阻与酒精气体的浓度成反比，如果测试到的酒精气体浓度越大，那么              (　　)

A.传感器的电阻越大

B.电压表的示数越大

C.通过传感器的电流越小

D.电路消耗总功率越小

【解析】选B。由题意可知，酒精气体传感器的电阻与酒精气体的浓度成反比，酒精气体浓度越大，则酒精气体传感器电阻越小，故A错误；酒精气体浓度越大，传感器电阻越小，传感器分压越小，定值电阻分压越大，电压表示数越大，故B正确；酒精气体浓度越大，传感器电阻越小，电路电流越大，通过传感器的电流越大，电源电动势不变，由P=EI可知，电路消耗的总功率越大，故C、D错误。

3.电子眼系统通过路面下埋设的感应线来感知汽车的压力。感应线是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，压力越大电压越大，压电薄膜与电容器C和电阻R组成图甲所示的回路，红灯亮时，如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中产生两脉冲电流，如图乙所示，即为“闯红灯”，电子眼拍照，则红灯亮时              (　　)

A.车轮停在感应线上时，电阻R上有恒定电流

B.车轮经过感应线的过程中，电容器先充电后放电

C.车轮经过感应线的过程中，电阻R上的电流先增加后减小

D.汽车前轮刚越过感应线，又倒回到线内，不会被电子眼拍照

【解析】选B。车轮停在感应线上时，压力不变，则电压不变，电容器不充电，也不放电，电阻R上没有电流，故A错误；由乙图可知，当车轮经过感应线时电流先增大后减小，然后再反向增大减小；因电压是在受压时产生的；故说明电容器先充电后放电；故B正确，C错误；若汽车前轮越过感应线，又倒回线内，则前轮两次压线，仍形成两个脉冲电流，符合拍照条件，电子眼仍会拍照，故D错误。

【补偿训练】

如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻为r。不称重物时，滑片P在A端；称重物时，在压力作用下使滑片P下滑，滑动变阻器接入电路的阻值发生变化，通过电流表的示数即可显示被称物体的重量值。在P滑动过程中，弹簧始终未超出弹性限度。则闭合开关S后，下列说法不正确的是

 (　　)

A.不称重物时电路中有电流

B.所称物体越重，电源两端电压越高

C.所称物体越重，滑动变阻器R两端电压越低

D.所称物体越重，电源的总功率越大

【解析】选B。不称重时，P在A端，接入电路的电阻最大，电流最小，但不为零，故A正确； 所称物体越重，P越向下，接入的电阻越小，电流越大，根据U=E-Ir知路端电压越小，R0的电压U0=IR0越大，所以滑动变阻器分压越小； 总功率P总=EI，E不变，I增大，总功率增大，故B错误，C、D正确。

二、计算题(12分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要标明单位)

4.温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的，如图甲所示，电源的电动势E=9 V，内阻不计，G为灵敏电流表，内阻Rg保持不变；R为热敏电阻，其电阻阻值与温度的关系如图乙所示。闭合S，当R的温度等于20 ℃时，电流表示数I1=2 mA；当电流表的示数I2=3.6 mA时，热敏电阻的温度是多少？

【解析】由乙图知，t=20 ℃时，R=4 kΩ

根据闭合电路欧姆定律有I=

解得Rg=500 Ω

又因I2=　即3.6×10-3 A=

故R′=2 kΩ。由乙图知t′=120 ℃

答案：120 ℃

　　　　　　　 (10分钟·20分)

5.(20分)如图所示为一种加速度仪的示意图。质量为m的振子两端连有劲度系数均为k的轻弹簧，电源的电动势为E，不计内阻，滑动变阻器的总阻值为R，有效长度为L，系统静止时滑动触头位于滑动变阻器正中，这时电压表指针恰好在刻度盘正中。求：

(1)系统的加速度a(以向右为正)和电压表读数U的函数关系式。

(2)将电压表刻度改为加速度刻度后，其刻度是均匀的还是不均匀的？为什么？

(3)若电压表指针指在满刻度的位置，此时系统的加速度大小和方向如何？

【解析】(1)当振子向左偏离中间位置x距离时，由牛顿第二定律得：

2kx=ma ①

 电压表的示数为

U=E ②

由以上两式解得

a=(E-2U) ③

(2)均匀。因为加速度a与电压表示数U是一次函数(线性)关系。

(3)当滑动触头滑到最右端时，电压表最大示数Um=E，电压表指针指在满刻度的位置时，U=E

代入③式解得a=-

即加速度大小为，方向向左

答案：(1)a=(E-2U)

(2)见解析　(3)　方向向左

【补偿训练】

(多选)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。当膜片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

【解析】选A、C。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。