高中人教版 (2019)第五章 传感器综合与测试练习题

本章达标检测

(满分:100分;时间:75分钟)

一、选择题(本题共10小题,每小题5分,共50分。在每小题给出的四个选项中,第1~6小题只有一项符合题目要求,第7~10小题有多项符合题目要求。全部选对的得5分,选不全的得2分,选错或不答的得0分)

1.(2021安徽合肥高二期末)医生将非接触式测温仪靠近但不接触病人额头,即可测得病人体温,这类测温仪利用的传感器是              (　　)

A.声音传感器　　　B.红外线传感器

C.气体传感器　　　D.压力传感器

2.(2021江苏苏州高二开学考试)在一些星级宾馆的洗手间经常装有自动干手机,洗手后将湿手靠近,机内的传感器就开通电热器加热,有热空气从机内喷出,将湿手烘干。手靠近干手机能使传感器工作,是因为              (　　)

A.改变了湿度　　　B.改变了温度

C.改变了磁场　　　D.改变了电容

3.(2021河北石家庄二中高二月考)目前,传感器已经广泛应用于生产、生活、科学研究等各个领域,关于传感器的应用,下列说法中正确的是              (　　)

A.自动洗衣机中的压力传感器、数字体重计所用的测力装置都应用了力传感器

B.走廊照明灯的声控开关、红外报警装置都是应用了声传感器

C.发光二极管是一种常用的光传感器,其作用是将光信号转换为电信号

D.霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电阻这个电学量

4.(2021辽宁辽西育明高级中学高二月考)如图所示为一种呼气酒精测试仪的原理图,其中酒精气体传感器的电阻值r'的倒数与接触到酒精气体的浓度c成正比。则下列说法正确的是              (　　)

A.电压表的示数无法表示浓度c的变化

B.电压表的示数越大,表示浓度c越小

C.酒精气体传感器把电信息转换成非电信息

D.当醉酒人员对传感器呼气时,电压表示数变大

5.(2020河北衡水中学检测)如图所示的电路中,电源两端的电压恒定,L为小灯泡,R为光敏电阻,R和L之间用挡板(未画出)隔开,LED为发光二极管(电流越大,发出的光越强),且R与LED间距不变,下列说法中正确的是              (　　)

A.当滑动触头P向左移动时,L消耗的功率增大

B.当滑动触头P向左移动时,L消耗的功率减小

C.当滑动触头P向右移动时,L消耗的功率可能不变

D.无论怎样移动滑动触头P,L消耗的功率都不变

6.(2020湖南衡阳八中检测)如图所示是温度自动报警器的工作原理图,图中1是电磁铁、2是衔铁、3是触点、4是水银温度计(水银导电)。则下列说法正确的是              (　　)

A.温度高于警戒温度时,电铃不报警、指示灯亮

B.温度低于警戒温度时,电铃报警、指示灯熄灭

C.温度高于警戒温度时,电铃报警、指示灯亮

D.温度低于警戒温度时,电铃不报警、指示灯亮

7.(2021重庆西南大学附中高二期末)图甲表示某电阻R随摄氏温度t变化的图像。把这个电阻接入如图乙中电路,用这个电阻做测温探头,把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度,就得到一个简单的电阻温度计,则              (　　)

A.t1应标在电流较大的刻度上

B.t1应标在电流较小的刻度上

C.通过电流表的电流与温度呈线性关系

D.通过电流表的电流与温度呈非线性关系

8.(2021广东高三一模)图甲虚线框内所示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。则              (　　)

A.电子秤最大称量值为1 500 N

B.压力传感器的电阻最小为0

C.空载时,电流表的读数为20 mA

D.称重为900 N时,电阻R为120 Ω

9.(2020陕西西安长安一中高二上期末)如图所示,导电物质为电子的霍尔元件位于两串联线圈之间,线圈中电流为I,线圈间产生匀强磁场,磁感应强度大小B与I成正比,方向垂直于霍尔元件的两侧面,此时通过霍尔元件的电流为IH,与其前后表面相连的电压表测出的霍尔电压UH满足UH=k,式中k为霍尔系数,d为霍尔元件两侧面间的距离,电阻R远大于RL,霍尔元件的电阻可以忽略,则下列说法错误的是              (　　)

A.霍尔元件前表面的电势低于后表面的电势

B.若电源的正负极对调,电压表指针将反偏

C.IH与I成正比

D.电压表的示数与RL消耗的电功率成正比

10.(2021山东济南高三检测)如图是电饭锅的结构图,如果感温磁体的“居里温度”为103 ℃时,下列说法中正确的是              (　　)

A.常温下感温磁体具有较强的磁性,能自动吸起永磁体,通电加热

B.当温度超过103 ℃时,感温磁体的磁性消失,弹簧推动杠杆断开触点

C.饭熟后,水分被大米吸收,锅底的温度会超过103 ℃,这时开关按钮不会跳起

D.常压下只要锅内有水,锅内的温度不可能达到103 ℃,开关按钮就不会自动跳起

二、非选择题(本题共4小题,共50分)

11.(2021陕西西安四校高三联考)(8分)利用负温度系数热敏电阻制作的热传感器,一般体积很小,可以用来测量很小区域内温度的变化,测温反应快,而且精确度高。

(1)如果将负温度系数热敏电阻与电源、电流表和其他元件串联成一个电路,其他因素不变,只要热敏电阻所处区域的温度降低,电路中电流将变　　　　(选填“大”或“小”)。 

(2)上述电路中,我们将电流表中的电流刻度换成相应的温度刻度,就能直接显示出热敏电阻附近的温度。如果刻度盘正中的温度为20 ℃(如图甲所示),则25 ℃的刻度应在20 ℃的刻度的　　　　(选填“左”或“右”)侧。 

(3)为了将热敏电阻放置在某蔬菜大棚内监测大棚内温度的变化,请用图乙中的器材(可增加元器件)设计一个电路。

12.(2021山东泰安宁阳一中高二月考)(12分)某同学利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”,如图甲所示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方,当环境温度正常时,继电器的上触点接触,下触点分离,指示灯亮;当环境温度超过某一值时,继电器的下触点接触,上触点分离,警铃响。图甲中继电器的供电电压U1=3 V,继电器线圈用漆包线绕成,其电阻R0为30 Ω。当线圈中的电流大于等于50 mA时,继电器的衔铁将被吸合,警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像。

甲

乙

(1)图甲中警铃的接线柱C应与接线柱　　　　相连,指示灯的接线柱D应与接线柱　　　　相连(均选填“A”或“B”); 

(2)当环境温度升高时,热敏电阻阻值将　　　　,继电器的磁性将　　　　(均选填“增大”“减小”或“不变”),当环境温度达到　　　　℃时,警铃报警; 

(3)要使报警电路在更高的温度报警,下列方案可行的是　　　　。 

A.适当减小U1　　　B.适当增大U1

C.适当减小U2　　　D.适当增大U2

13.(2021陕西咸阳高三二模)(14分)家用电热水壶上端有一双金属片,当热水壶内的水沸腾时,产生的蒸汽进入蒸汽开关。蒸汽开关中的双金属片受到蒸汽作用时温度会发生变化,进而变形,自动切断电源,停止加热。某课外实验小组欲利用如图甲所示的实验电路图,制作一可显示温度的控温器。提供的实验器材有:灵敏电流表(量程为0~3.0 mA,内阻为300 Ω),学生电源(输出电压为U=6.0 V,内阻不计),滑动变阻器R1(最大阻值为3 000 Ω),滑动变阻器R2(最大阻值为1 000 Ω),单刀双掷开关,热敏电阻RT,双金属片(温度为90 ℃时会使电路断开,复位温度未知),导线若干。热敏电阻的阻值与摄氏温度t(℃)的关系为RT=(5t+50) Ω。

(1)实验步骤如下,请补充完整。

a.按照图甲电路连接好实验器材;

b.为了不烧坏灵敏电流表,将滑动变阻器的滑片P调整到a端;然后将单刀双掷开关掷于c,调节滑动变阻器,使灵敏电流表指针指在　　　　(选填“中央刻线”或“满刻线”)位置,并在以后的操作中使滑片P　　　　　(选填“位置不变”“置于a端”或“置于b端”); 

c.把热敏电阻RT和双金属片置于可变的温度环境中,将单刀双掷开关掷于d,随着环境温度的升高,记录若干组灵敏电流表的示数,达到最高温度时,电路断开,断开后,随着环境温度的降低,刚好到达某个温度时,电路闭合,此时灵敏电流表的示数如图乙所示。

d.根据热敏电阻随温度变化的特性,计算出各个电流对应的温度,重新绘制灵敏电流表的刻度盘。

(2)根据实验过程,电路中的滑动变阻器应选　　　(选填“R1”或“R2”)。 

(3)灵敏电流表的电流I与热敏电阻和双金属片所处环境温度t之间的函数关系式为I=　　　　A,温度最高时该灵敏电流表的示数为　　　　A,双金属片的复位温度为　　　　℃。 

14.(2020北京牛栏山一中高二月考)(16分)可以用电学方法来测水流的速度。如图所示,将小铅球P系在细金属丝下,悬挂在O点,开始时小铅球P沿竖直方向处于静止状态,当将小铅球P放入水平流动的水中时,球向左摆起一定的角度θ(水流速度越大,θ越大)。为了测定水流的速度v,在水平方向固定一根电阻丝BC,使C端位于O点的正下方,它与金属丝接触良好,不计摩擦,还有一个电动势为E的电源(内阻不计)和一只电压表。

(1)请你设计一个电路,使水流速度增大时,电压表的示数也增大,在题图上画出原理图。

(2)已知水流对小球的作用力F与水流速度v的关系为F=kDv(k为比例系数,D为小铅球的直径),OC=h,BC长为L,小铅球质量为m,重力加速度为g,当小铅球平衡时电压表示数为U,请推导出v与U的关系式。(水对小铅球的浮力忽略不计)

答案全解全析

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1.B　非接触式测温仪能将物体发出的红外线信号转换为电信号,所以测温仪利用的传感器是红外线传感器,故B正确,A、C、D错误。

2.D　根据自动干手机工作的特征,手靠近,电热器开始工作,手撤离,电热器停止工作,由于人体是导体,可以与其他导体构成电容器,干手机内设有电容式传感器,由于手的靠近改变了电容的大小,故D正确。用湿度和温度来驱动电热器工作,理论上可行,但是假如干手机是由于湿度、温度的变化而工作就成了室内烘干机,不一定是人手靠近造成的。

3.A　自动洗衣机中的压力传感器、数字体重计所用的测力装置都应用了力传感器,故A正确。在天黑楼道里出现声音时,楼道里的灯才亮,说明它的控制电路中既有声音传感器,又有光传感器;但红外报警装置是应用了红外线传感器,故B错误。发光二极管不是光传感器,故C错误。霍尔元件能把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量,故D错误。

4.D　酒精气体传感器和定值电阻串联在电路中,电压表测R0两端的电压,酒精气体传感器的电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比,测试到的酒精气体浓度越大,则传感器的电阻越小,根据欧姆定律可知电路中电流越大,R0两端的电压越大,所以U越大表示c越大,A、B错误,D正确;酒精气体传感器把非电信息(酒精气体浓度)转换成电信息(电阻),C错误。

5.A　滑动触头P左移,滑动变阻器接入电路的电阻减小,流过发光二极管的电流增大,从而发光增强,使光敏电阻阻值减小,流过灯泡的电流增加,L消耗的功率增大,故A正确。

6.D　温度高于警戒温度时,控制电路的电磁铁中有电流通过,电磁铁有磁性,此时电铃通过常闭触点与工作电路接通,电铃报警,此时指示灯所在的电路中没有电流,灯不亮,故A、C错误;温度低于警戒温度时,控制电路处于开路状态,电磁铁没有电流通过,电磁铁没有磁性,此时指示灯与工作电路接通,指示灯亮,电铃所在电路中没有电流,电铃不报警。故B错误,D正确。

7.AD　由图甲可知,随着温度的升高,电阻R的阻值增大,电路中的电流减小;反之,温度降低,阻值减小,电流增大。当温度为t1时,整个电路的电阻最小,电流最大,故t1应标在电流较大的刻度上,A正确,B错误;从图甲中可知,电阻阻值可表示为R=R0+kt,根据欧姆定律I==,因此通过电流表的电流与温度呈非线性关系,C错误,D正确。

8.CD　由图像可得到R=300-0.2F(Ω),当电阻R=0时,压力Fmax=1 500 N,但压力传感器的电阻为零时,电源短路,则压力传感器的电阻最小值不能为零,则压力最大值不能为1 500 N,故A、B错误;空载时,F=0,根据图像知此时R=300 Ω,I===20 mA,故C正确;当F=900 N,由R=300-0.2F(Ω),可得R=120 Ω,故D正确。

9.AB　由左手定则可判断霍尔元件中电子受的洛伦兹力方向向里,电子向元件的后表面聚集,故霍尔元件前表面的电势高于后表面的电势,选项A说法错误;电源的正、负极对调时,线圈中及霍尔元件中电流方向均反向,电子的受力方向不变,仍是前表面电势高于后表面的电势,故电压表指针不会反偏,选项B说法错误;由并联电路的电流分配特点可知IH=I,IL=I,有IH∝I,IL∝I,选项C说法正确;因B∝I,IH∝I,所以UH∝I2,又RL消耗的电功率P=RL,故P∝∝I2,所以UH∝P,选项D说法正确。

10.BD　开始煮饭时,用手压下开关按钮,永磁体与感温磁体相吸,手松开后,按钮不再恢复到图示状态,电路接通,电饭锅加热,因此感温磁体不会自动吸起永磁体,故A错误;如果在1标准大气压下用电饭锅烧水,水沸腾后温度为100 ℃,不会自动断电,当水烧干后,温度升高达到103 ℃时,感温磁体便失去了磁性,会自动断电,故B正确;饭熟后,水分被大米吸收,锅底温度升高,当温度升至103 ℃时,感温磁体失去磁性,在弹簧作用下,切断电源,故C错误;如果在1标准大气压下用电饭锅烧水,水在沸腾后温度为100 ℃,不会自动断电,故D正确。

11.答案　(1)小(2分)　

(2)右(2分)　

(3)图见解析(4分)

解析　(1)因为负温度系数热敏电阻附近温度降低时,电阻增大,故电路中电流会减小。

(2)由(1)的分析知,温度越高,电阻越小,电流越大,25 ℃的刻度应对应较大电流,故在20 ℃的刻度的右侧。

(3)如图所示

12.答案　(1)B(2分)　A(2分)　

(2)减小(2分)　增大(2分)　80(2分)　

(3)A(2分)

解析　(1)根据“当环境温度正常时,继电器的上触点接触,下触点分离,指示灯亮;当环境温度超过某一值时,继电器的下触点接触,上触点分离,警铃响”,知警铃的接线柱C应与接线柱B相连,指示灯的接线柱D应与接线柱A相连;

(2)由图乙知当环境温度升高时,热敏电阻阻值减小,由欧姆定律知电路中电流增大,则继电器的磁性将增大。当线圈中的电流等于50 mA时,继电器的衔铁刚好被吸合,此时控制电路中总电阻为R总== Ω=60 Ω,此时热敏电阻阻值为R=R总-R0=(60-30) Ω=30 Ω,由图乙知,此时环境温度为80 ℃,所以环境温度在大于等于80 ℃时,警铃报警;

(3)要使报警电路在更高的温度报警,则线圈中的电流等于50 mA时,热敏电阻R变小,由(2)知,热敏电阻R=-R0,则可通过适当减小U1达到这个目的。

13.答案　(1)满刻线(2分)　位置不变(2分)　

(2)R1(3分)

(3)(3分)　2.4×10-3(2分)　70(2分)

解析　(1)为了不烧坏灵敏电流表,回路总电阻应始终满足不小于,因热敏电阻阻值是可以变化的,为了保证回路总电阻始终满足不小于,必须在不接入热敏电阻的情况下让滑动变阻器调至满足总电阻为并保持不变,则应将滑动变阻器的滑片P调整到a端后将单刀双掷开关掷于c,调节滑动变阻器使灵敏电流表指针指在满刻度位置,并在以后的操作中保持滑片位置不变。

(2)因为需要滑动变阻器接入电路的阻值为

R滑=-RA=1 700 Ω

故应选择滑动变阻器R1。

(3)根据欧姆定律可知I== A

当温度最高时,即t=90 ℃时,可得此时电流表示数为2.4×10-3 A;

由图乙可知复位时电流表示数为2.50×10-3 A,代入电流表示数表达式可得复位时温度为70 ℃。

14.答案　(1)见解析图　(2)v=U

解析　(1)原理图如图所示。 (6分)

(2)设CA=x,小铅球P平衡时,由平衡条件可得

tan θ== (2分)

根据部分电路欧姆定律可得

I== (2分)

根据电阻定律可得

RL=ρ (2分)

Rx=ρ (2分)

又F=kDv

联立解得v=U (2分)