高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第五章 传感器综合与测试单元测试课后复习题

第五章 传感器 单元测试卷

学校：___________姓名：___________班级：___________考号：___________

一、单选题(共32分)

1、(4分)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化成非电信息 D.当醉酒人员对传感器呼气时，电压表示数变大

2、(4分)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，话筒的振动膜表面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，金属板和振动膜上的金属层构成电容器的两极，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，导致话筒所在电路中的其他量发生变化，声音信号被话筒转化为电信号。导致电容变化的原因可能是电容器(   )
 

A.两板间的距离变化  B.两板的正对面积变化

C.两板间的介质变化  D.两板间的电压变化

3、(4分)如图所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、开关S将其与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化的磁场中。两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电荷量为的小球。S断开时传感器上有示数，S闭合时传感器上恰好无示数。线圈中的磁感应强度B的变化情况和磁通量变化率应分别是(   )
 

A.B正在增强， B.B正在减弱，

C.B正在减弱， D.B正在增强，

4、(4分)如图所示为一种常见的电子台秤，质量为的秤盘置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比，当秤盘没有放入物体时，传感器输出电压为U。将某物体放置于秤盘上，传感器输出电压为，则该物体的质量为(   )
 

A. B. C. D.

5、(4分)如图所示是观察电阻阻值随温度变化情况的示意图。现把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况，下列说法正确的是（设水对电阻阻值的影响不计）(   )
 

A.如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显

B.如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显

C.如果R为热敏电阻（用半导体材料制成），读数变化非常明显

D.如果R为热敏电阻（用半导体材料制成），读数变化不明显

6、(4分)有一种叫作“压电陶瓷”的电子元件，当对它挤压或拉伸时，它的两端就会形成一定的电压，这种现象称为压电效应。一种燃气打火机，就是应用了该元件的压电效应制成的。只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生10 kV~20 kV的高压，形成火花放电，从而点燃可燃气体。在上述过程中，压电陶瓷片完成的能量转化是(   )

A.化学能转化为电能 B.内能转化为电能 C.光能转化为内能 D.机械能转化为电能

7、(4分)药物生产车间需要严格控制室内温度范围，尽量保证较小的温度波动。如图是某监控温度波动的报警原理图，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，当报警器两端的电压变化量超出设定值时，报警器就会自动报警。下列说法正确的是(   )
 

A.温度升高，报警器两端电压减小 B.温度降低，热敏电阻的热功率一定增大

C.滑动变阻器取值大，报警器容易报警 D.滑动变阻器取值与报警器是否容易报警无关

8、(4分)如图所示是某居民小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，为光敏电阻（光照增强电阻变小），为滑动变阻器，接监控装置。则(   )
 

①当有人通过而遮蔽光线时，之间电压升高
②当有人通过而遮蔽光线时，之间电压降低
③当仅增大的阻值时，可增大之间的电压
④当仅减小的阻值时，可增大之间的电压

A.①③ B.①④ C.②③ D.②④

二、多选题(共16分)

9、(4分)霍尔式位移传感器的测量原理如图所示,有一个沿z轴方向均匀变化的匀强磁场,磁感应强度(均为常数)。将霍尔元件固定在物体上,保持通过霍尔元件的电流I不变(方向如图所示),当物体沿z轴正方向平移时,由于位置不同,霍尔元件在y轴方向的上、下表面的电势差U也不同。则(   )

A.磁感应强度B越大,上、下表面的电势差U越大

B.k越大,传感器灵敏度越高

C.若图中霍尔元件是电子导电,则下表面电势高

D.电流越大,上、下表面的电势差U越小

10、(4分)为锻炼身体，小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计，如图所示是原理图。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与间的摩擦不计），弹簧劲度系数为100 N/cm。定值电阻，是一根长为5 cm的均匀电阻丝，阻值，电源输出电压恒为，内阻不计，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

11、(4分)智能手机触摸屏多数是电容式触摸屏，当手指接触屏幕上某个部位时，就会与ITO材料构成耦合电容，从而改变触点处的电容大小，如图简化的电路，当改变可动膜片与固定电极的距离d，使电容C改变；当d变小时，下列说法正确的是(   )

A.电容C变大  B.电容C变小

C.流过R的电流从a到b D.流过R的电流从b到a

12、(4分)据世界卫生组织事故调查显示，大约50%-60%的交通事故与酒后驾驶有关，酒后驾驶已经被列为车祸致死的主要原因，如图是酒精测试仪的电路，当开关闭合时是定值电阻。已知酒精气体的浓度越大，酒精气体传感器的电阻越小，则对酗酒者进行测试时(   )
 

A.通过酒精气体传感器的电流变小 B.电压表示数变大

C.定值电阻的功率变大 D.电压表示数变小

三、填空题(共16分)

13、(4分)如图是某研究学习小组通过模拟街道路灯自动控制电路图，光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻的阻值随着光照强度增强而减小，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为电灯供电。为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，电灯应接在________（选填“”或“”）之间，请用笔画线代替导线，正确连接部分电路元件。
 

14、(4分)有一种加速度传感器通过测量作用在质量块上的力,根据质量块的质量求得加速度,其依据的物理定律是____________。这类加速度传感器_____(选填“能”或“不能”)用于研究加速度与力、加速度与质量的关系的实验。

15、(4分)如图所示是小明设计的一种自动测定水箱内水位的装置，R是一种滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端，从水量表指针所指的刻度就可知道水箱内水位的高低，从图中可知：水量表是由_______改装而成。当水面上升时，滑片_______（选填“向上移动”或“向下移动”），滑动变阻器连入电路的电阻_______，电流_______，水量表示数_______。
 

16、(4分)一般的电熨斗用合金丝作为发热元件，合金丝电阻随温度t变化的关系如图实线①所示。由于环境温度以及熨斗的散热功率不同，因而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”的特殊材料作为发热元件的电熨斗，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实线②所示。根据图线分析：通电一段时间后电熨斗温度t自动地稳定在________<t<________范围之内。
 

四、计算题(共24分)

17、(12分)如图所示，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。为了测定水流对小铅球作用力的大小，在水平方向固定一根电阻丝，它与金属丝接触良好，不计摩擦（C端在O点正下方处）。图中还有电动势为E的电源（内阻不计）和一只电压表。
 

（1）请你连接电路，使得当水的流速增大时，电压表示数增大。

（2）如果间距离为h，水流对小铅球作用力的大小为的长度为L，小铅球质量为m（不计水对小铅球的浮力），当小铅球平衡时，电压表示数为U。请写出F与的关系式。

18、(12分)温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的．如图甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势，内电阻不计；G为灵敏电流表，其电阻保持不变，R为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示．闭合开关S，当R的温度等于20 ℃时，电流表示数；当电流表的示数时，热敏电阻的温度是多少？

五、实验题(共12分)

19、(12分)摄影中常用测光表来测定光的强度以便确定合适的曝光时间。光的强弱可以用照度来计量，光越强照度越大，照度单位为lx。光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件，如图甲所示为某光敏电阻在不同照度下的阻值变化情况。
某同学按照图乙所示的电路图连成电路，测出在不同照度值下对应的电流值，将照度值标在电流表对应的刻线上，就将电流表改装成一个简易的测光表。现有的器材及规格如下：
光敏电阻;
电流表μA（量程为0～500 μA，内阻等于）；
两节干电池E（每节的电动势1.5 V，内阻约）；
定值电阻（阻值等于）；
定值电阻（阻值等于）;
开关K。
 

（1）根据图甲所给的数据可知光敏电阻的阻值随光的照度增大而________（填“增大”或“减小”）。
（2）此简易测光表上较小的照度值应该对应_________（填“较大”或“较小”）的电流值。
（3）若此简易测光表测量的最大照度值为1200 lx，电路中串联的保护电阻R应该选择___________（填“”或“”）。
（4）随着干电池使用时间变长，干电池的内阻会变很大。若不及时更换干电池，会导致测得的光的照度值比真实值_________（填“大”或“小”）。

参考答案

1、答案：D

解析：ABD项，酒精气体传感器和定值电阻串联在电路中，电压表测两端的电压，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的倒数越大，所以传感器的电阻越小，根据欧姆定律可知电路中电流越大，两端的电压越大，所以U越大，表示c越大，故D项正确，AB项错误。
C项，酒精气体传感器把非电信息（酒精气体浓度）转化成电信息（电压），故C项错误。
综上所述，本题正确答案为D。

2、答案：A

解析：人对着话筒讲话时，振动膜前后振动，介质、正对面积没有变化，电容器两板间的距离发生变化，引起电容变化，使声音信号被话筒转化为电信号，故A正确。

3、答案：D

解析：当开关S闭合时，传感器上恰好无示数，说明小球受到竖直向上的静电力，且静电力大小等于重力，由楞次定律可判断，磁感应强度B正在增强，根据法拉第电磁感应定律得，又，故，故D正确。

4、答案：D

解析：由输出电压与作用在其上的压力成正比知：
又
由以上两式可得：，故D正确。

5、答案：C

解析：金属热电阻的阻值随温度的升高而增大，但灵敏度较差。而热敏电阻（用半导体材料制成）灵敏度高。

6、答案：D

解析：转化前要消耗机械能，转化后得到了电能，所以是机械能转化为电能。

7、答案：A

解析：温度升高，热敏电阻的阻值减小，由闭合电路欧姆定律知报警器两端电压减小，故A正确；温度降低，热敏电阻的阻值增大，报警器两端电压增大，那么通过热敏电阻的电流减小，根据热功率表达式，热敏电阻的热功率不一定增大，故B错误；若滑动变阻器取值大，当热敏电阻的阻值变化时，报警器两端的电压变化量不大，报警器不容易报警，因此滑动变阻器取值与报警器是否容易报警有关，故C、D错误。

8、答案：C

解析：由题图可知，两电阻串联，监控装置与并联。当有人通过通道而遮蔽光线时，阻值变大，电路中的总电阻变大；根据可知，电路中的电流变小，根据可知，阻值不变时，其两端的电压变小，即间电压降低，故②正确，①错误。当仅增大连入电路中的阻值时，电路中的总电阻变大；根据可知，电路中的电流变小，根据可知，阻值不变时，其两端的电压变小；根据串联电路的总电压等于各分电压之和可知，两端的电压变大，即间电压增大，故③正确，④错误。故C正确。

9、答案：AB

解析：霍尔元件中移动的是自由电子，自由电子受到洛伦兹力发生偏转，根据左手定侧可判断上、下两表面分别带上正、负电荷，从而形成电势差，最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡状态，故下表面电势低，故C错误；最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡状态，设霍尔元件的长、宽、高分别为，有，电流的微观表达式为，代入得，所以B越大，上、下表面的电势差U越大；电流越大，上、下表面的电势差U越大，故A正确，D错误；根据越大，B随z的变化越大，根据知，U随z的变化越大，即传感器灵敏度越高，故B正确。

10、答案：ABC

解析：若电路中无电阻，且金属滑片P在b端时，电源短路，损坏电源，的存在使电路不出现短路，起到保护电路的作用，故A正确；当拉环不受力时，滑片P在a端，由欧姆定律得，，故B正确；拉力为400 N时，由，则，对应的电阻为接入电路的电阻，由闭合电路欧姆定律得，，故D错误，C正确。

11、答案：AC

解析：AB、当电容器板间距离d减小时，根据电容的决定式得知，电容C增大，故A正确，B错误；

CD、电容器板间电压U不变，电容器所带电量为，因C增大，则Q增大，电容器处于充电状态，而下极板带正电，则电路中形成顺时针方向的充电电流，因此流过R的电流是从a到b，故C正确，D错误。

故选：AC。

12、答案：BC

解析：ABD、当酒精气体的浓度变大时，酒精气体传感器的电阻变小，总电阻变小，根据闭合电路欧姆定律可知，电流变大，即通过酒精气体传感器的电流变大，两端电压变大，故电压表示数变大，故AD错误，B正确；

C、定值电阻两端的电压变大，根据功率公式可知，消耗的功率变大，故C正确。

故选：BC。

13、答案：；如图所示
 

解析：该模拟电路原理是：由光敏电阻感知光照强度变化，调节电磁铁中电流的大小，即可调节电磁铁的磁性强弱，吸引或者释放衔铁，从而接通或断开路灯电路，达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果。因为天亮时光照强度大，光敏电阻阻值较小，从而电路的电流较大，电磁铁的磁性强，可将衔铁吸下，接通断开；又因为天亮需要电灯灭，所以电灯应接在之间。控制电路中直接将两端口与光敏电阻、滑动变阻器、开关以及电源串联即可。电路如图所示。

14、答案：牛顿第二定律;不能

解析：根据牛顿第二定律可知，这种加速度传感器的理论依据为牛顿第二定律；因为本传感器就是根据牛顿第二定律制造出来的，不能用结果去验证原因，所以该加速度传感器不能用于研究加速度与力、加速度与质量的关系的实验。故答案为：牛顿第二定律；不能。

15、答案：电流表；向下移动；变小；变大；变大

解析：从题图中可知，水量表是由电流表改装而成。当水面上升时，滑片向下移动，滑动变阻器连入电路的电阻变小，电流变大，水量表示数变大。

16、答案：

解析：PTC熨斗在温度以下时，电阻较小，发热功率较大，由于温度较低，与环境温差小，故升温快；在温度以上时，电阻较大，发热功率较小，由于温度较高，与环境温差大，故降温快；故通电一段时间后电熨斗温度t自动地稳定在范围之内。

17、答案：（1）见解析

（2）

解析：解：（1）电路中与串联，水流作用力增大时，θ增大，间的电压减小，间的电压增大，要使电压表示数增大，电压表必须测量部分的电压，电路图如图所示。

（2）设，小铅球平衡时，由平衡条件可得：①
根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律可得：②
根据电阻定律可得：③
④
由①②③④式可得。

18、答案：120 ℃

解析：由题图乙可知，当R的温度等于20 ℃时，热敏电阻的阻值，则由可得，当电流时，由可得，由题图乙可知，此时热敏电阻的温度为120 ℃.

19、答案：（1）减小

（2）较小

（3）

（4）小

解析：本题通过光敏电阻的阻值随光的照度变化的图像和闭合电路欧姆定律考查简易测光表的原理及图像分析。
（1）根据题图甲中的数据可知，光敏电阻的阻值随光的照度增大而减小。
（2）照度越小，则光敏电阻的阻值越大，电路的电流越小，可知此简易测光表上较小的照度值应该对应较小的电流值。
（3）照度是1200 lx时，由题图甲可得对应的电阻约为，则根据可得R约为，可知电路中串联的保护电阻R应该选择。
（4）若电池的内阻变大，则会导致相同照度下电流偏小，则照度的测量值比真实值偏小。