高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第五章 传感器综合与测试图片ppt课件

第五章　学业质量标准检测

本卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分。满分100分，时间90分钟。

第Ⅰ卷(选择题　共40分)

一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，第1～6小题只有一个选项符合题目要求，第7～10小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)

1．(2020·海南省三亚市华侨中学高二上学期期末)传感器的输出量通常为(　B　)

A．非电学量信号　　　　　 B．电学量信号

C．位移信号 D．光信号

解析：传感器是将非电学量转换为电学量的元件，则传感器的输出量通常为电量信号。故选B。

2．(2020·吉林省吉化一中高二下学期期中)用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。下列所述与其工作原理相同的是(　B　)

A．走廊照明灯的声控开关

B．宾馆天花板上安装的火灾报警器

C．自动洗衣机中的压力传感装置

D．电饭煲中控制加热和保温的温控器

解析：用遥控器调换电视机的频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。走廊照明灯的声控开关，实际是将声波转化成电信号的过程，故 A错误；当火灾报警器有烟雾时，经过漫反射，将光信号转换成电信号，从而发出警报。所以该传感器是用光传感器实现报警的，故B正确；自动洗衣机中的压力传感装置，是将压力转化成电信号的过程，故错误；电饭煲中控制加热和保温的温控器，是将温度转化成电信号的过程，故D错误。

3．如图所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、开关S与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B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＋q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。重力加速度为g，则线圈中磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是(　 A　)

A．正在增强，＝ B．正在增强，＝

C．正在减弱，＝ D．正在减弱，＝

解析：S闭合时传感器上恰好无示数，说明小球受竖直向上的电场力，且电场力大小等于重力大小，因小球带正电，所以上极板带负电，下极板带正电，由楞次定律和安培定则可知感应电流的磁场向下，故磁场B正在增强，根据法拉第电磁感应定律E＝n＝U，又q·＝mg得＝，故 A正确。

4．(2020·山东师范大学附中高二上学期期末)如图所示，甲图是录音机的录音电路原理图，乙图是研究自感现象的实验电路图，丙图是光电传感的火灾报警器的部分电路图，丁图是电容式话筒的电路原理图，下列说法错误的是(　B　)

A．甲图中录音机录音时，由于话筒的声电转换，线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场

B．乙图电路中，开关断开瞬间，灯泡会突然闪亮一下，并在开关处产生电火花

C．丙图电路中，当有烟雾进入罩内时，光电三极管上就会因烟雾的散射而有光的照射，表现出电阻的变化

D．丁图电路中，当声波使膜片振动时，电容发生变化，会在电路中产生变化的电流

解析：磁带录音机的录音原理是：录音时，将电信号转换为磁信号，故 A正确；乙图电路中，开关断开瞬间，灯泡立即熄灭，故B错误；光电三极管也是一种晶体管，它有三个电极，当光照强弱变化时，电极之间的电阻会随之变化。当有烟雾进入罩内时，光电三极管上就会因烟雾的散射而有光的照射，表现出电阻的变化，故C正确；电容话筒利用振膜接受空气振动信号，振膜与固定的平面电极之间形成一个电容，两者之间的距离变化会导致其电容容量的变化，在电容两端施加固定频率及大小的电压，通过电容的电流就会变化，故D正确。本题选错误的，故选B。

5．如图所示为一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是(　D　)

A．温度升高至74 ℃时，L1亮灯报警

B．温度升高至74 ℃时，L2亮灯报警

C．温度升高至78 ℃时，L1亮灯报警

D．温度升高至78 ℃时，L2亮灯报警

解析：当温度低于78°时，线圈中没有电流，此时灯L1亮，但不报警，当温度升高到78°时，线圈中有电流，磁铁吸引衔铁，灯L2被接通，所以灯L2亮且报警，温度升高至74 ℃时，线圈中没有电流，只是灯L1亮，不会报警。

6．电熨斗能自动控制温度，在熨烫不同的织物时，设定的温度可以不同，如图所示为电熨斗的结构图，电熨斗内部装有双金属片，双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属，若把熨烫的棉麻衣物换成丝绸衣物，则如何调节调温旋钮(　B　)

A．向下 B．向上

C．保持原状 D．不能确定

解析：由题意知，电熨斗由熨烫的棉麻衣物换成丝绸衣物，就是要求电熨斗在低温易断开，因双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属，使双金属片向下弯曲，上下触点脱离，电路断开，因此，应向上调节调温旋钮，双金属片受热时，易使触点分离。所以选B。

7．利用传感器和计算机可以研究快速变化力的大小，实验时，把图甲中的小球举高到绳子的悬点O处，然后让小球自由下落。用这种方法获得的弹性绳的拉力随时间变化图线如图乙所示。根据图线所提供的信息，以下判断正确的是(　BC　)

A．t1时刻小球速度最大

B．t2、t5时刻小球的动能最小

C．t3、t4时刻小球的速度不同

D．小球在运动过程中机械能守恒

解析：当球的速度、动能最大时球的加速度、合力为零，在t1时绳刚伸直，弹力为零，球的速度还要增大， A错误；t2、t5时刻绳上弹力最大，绳的伸长量应达到最大，此时球的速度就为零，动能最小，B正确；从拉力幅度逐渐减小可知球运动中有空气阻力存在，机械能不守恒，t3、t4时刻球的速度大小必不相等，且方向相反，C正确、D错误。

8．有定值电阻、热敏电阻、光敏电阻三只元件，将这三只元件分别接入如图所示的电路中的A、B两点后，用黑纸包住元件或者把元件置入热水中，观察欧姆表的示数，下列说法中正确的是(　AC　)

A．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是热敏电阻

B．置入热水中与不置入热水中相比，欧姆表示数不变化，这只元件一定是定值电阻

C．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数变化较大，这只元件一定是光敏电阻

D．用黑纸包住元件与不用黑纸包住元件相比，欧姆表示数相同，这只元件一定是定值电阻

解析：热敏电阻的阻值随温度变化而变化，定值电阻和光敏电阻不随温度变化；光敏电阻的阻值随光照变化而变化，定值电阻和热敏电阻不随之变化。

9．(2021·黑龙江大庆实验中学高二下学期月考)下列关于传感器的说法中正确的是(　AB　)

A．电子秤应用的是力传感器

B．电饭锅通过温度传感器实现温度的自动控制

C．干簧管是一种能够感知电场的传感器

D．霍尔元件能够把电学量转换为磁学量

解析：电子秤应用的是压力传感器，选项 A正确；电饭锅通过温度传感器实现温度的自动控制，选项B正确；干簧管是一种能够感知磁场的传感器，选项C错误；霍尔元件能够把磁学量转换为电学量，故D错误。

10．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R1间的摩擦不计)，弹簧劲度系数为100 N/cm。定值电阻R0＝5 Ω，ab是一根长为5 cm的均匀电阻丝，阻值R1＝25 Ω，电源输出电压恒为U＝3 V，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(不计电源内阻)(　ABC　)

A．小明在电路中连入R0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

解析：若电路无电阻R0，且金属滑片P在b端时，回路短路损坏电源，R0的存在使电路不出现短路，因此 A正确；当拉环不受力时，滑片P在a端，由欧姆定律得，I＝＝0.1 A，故B正确；拉力为400 N时，由F＝kΔx，则Δx＝4 cm，对应的电阻为RaP＝20 Ω，R1接入电路的电阻RPb＝5 Ω，由闭合电路欧姆定律得，I＝＝0.3 A，故D错，C正确。

第Ⅱ卷(非选择题　共60分)

二、填空题(共2小题，共14分。把答案直接填在横线上)

11．(6分)如图甲是汽车过桥时对不同类型桥面压力变化的实验。采用DIS方法对模型进行测量，其结果如图乙中电脑屏幕所示。

(1)图甲中的传感器为力电传感器；

(2)图甲中甲、乙、丙分别为三种不同类型的桥面。对于凸形桥甲，其相对应的压力图线应是图乙电脑屏幕上的__c__(填a、b或c)；

(3)如增大小球在斜槽上的高度，则在图乙中大致画出小球通过凸形桥甲时的压力图线。

答案：(3)图线与c相比较，最低点更低一点(图略)

解析：该传感器把力信号转化为电信号，属于力电传感器；小球经过凸形桥甲的最高点时，压力小于重力，其相对应的压力图线应是电脑屏幕上的c；增大小球在斜槽上的高度，小球经凸形桥甲的最高点时压力更小，其图线与c相比较，最低点更低一点。

12．(8分)霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器，用它可以检测磁场及其变化，图甲为使用霍尔元件测量通电直导线产生磁场的装置示意图，由于磁芯的作用，霍尔元件所处区域磁场可看作匀强磁场，测量原理如乙图所示，直导线通有垂直纸面向里的电流，霍尔元件前、后、左、右表面有四个接线柱，通过四个接线柱可以把霍尔元件接入电路，所用器材已在图中给出，部分电路已经连接好，为测量霍尔元件所处区域的磁感应强度B：

(1)制造霍尔元件的半导体参与导电的自由电荷带负电，电流从乙图中霍尔元件左侧流入，右侧流出，霍尔元件前表面(填“前表面”或“后表面”)电势高；

(2)在图中画线连接成实验电路图；

(3)已知霍尔元件单位体积内自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为e，霍尔元件的厚度为h，还必须测量的物理量有电压表示数U,_电流表示数I(写出具体的物理量名称及其符号)，计算式B＝。

答案：(2)如图所示

解析：(1)根据左手定则可判定，负电荷向后表面聚集，故前表面电势高。

(2)连线图见答案。

(3)根据电场力与洛仑兹力平衡有：

Eq＝qvB  ①

又E＝  ②

I＝neSv  ③

S＝hd  ④

由以上各式得B＝。

故还必须测量的物理量有：电压U，电流强度I。

三、论述、计算题(本题共4小题，共46分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)

13．(10分)(2020·安徽省潜山第二中学高二下学期开学测试)如图所示，图甲为热敏电阻的R－t图像，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器线圈的电阻为150 Ω。当线圈中的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势E＝6 V，内阻可以不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。

(1)应该把恒温箱内的加热器接在A、B端还是C、D端？

(2)如果要使恒温箱内的温度保持100 ℃，可变电阻R′的值应调节为多少？

答案：(1)A、B端　(2)100 Ω

解析：(1)根据题意分析可知，应将加热器接在A、B端。

(2)由图甲查出热敏电阻在100 ℃时，电阻值为50 Ω。根据闭合电路欧姆定律可得E＝IR继＋IR＋IR′，其中E＝6 V，I＝20 mA＝2×10－2 A，R＝50 Ω，R继＝150 Ω，代入数据解之得R′＝100 Ω。

14．(11分)如图所示为普通电冰箱内温度控制器的结构。铜制的测温泡1、细管2和弹性金属膜盒3连通成密封的系统。里面充有氟甲烷和它的蒸气，构成了一个温度传感器。膜盒3为扁圆形(图中显示它的切面)，右表面固定，左表面通过小柱体与弹簧片4连接。盒中气体的压强增大时，盒体就会膨胀。测温泡1安装在电冰箱的冷藏室中。5、6分别是电路的动触点和静触点，控制制冷压缩机的工作。弹簧7的两端分别连接到弹簧片4和连杆9上。连杆9的下端是装在机箱上的轴。凸轮8是由设定温度旋钮(图中未画出)控制的，逆时针旋转时凸轮连杆端右移，从而加大对弹簧7的拉力。

(1)为什么当电冰箱内温度较高时压缩机能够自动开始工作，而在达到设定的低温后又自动停止工作？

(2)为什么凸轮可以改变设定的温度？

答案：见解析

解析：(1)电冰箱内温度较高时，密封系统中的压强增大，盒体膨胀，膜盒3通过小柱体带动弹簧片4使动触点5与静触点6接触，控制压缩机自动开始工作，而在达到设定的低温时弹簧7带动弹簧片4，使接触点5、6断开，压缩机停止工作。

(2)凸轮逆时针旋转会加大连杆9对弹簧7的拉力，该拉力与膜盒3共同控制弹簧片4的运动，故弹簧7上弹力的变化会改变设定的温度。

15．(12分)某同学设计了一种测定风力的装置，其原理如图所示，迎风板与一轻弹簧的一端N相连，穿在光滑的金属杆上。弹簧是绝缘材料制成的，其劲度系数k＝1 300 N/m，自然长度L0＝0.5 m，均匀金属杆用电阻率较大的合金制成，迎风板面积S＝0.5 m2，工作时总是正对着风吹来的方向。电路中左端导线与金属杆M端相连，右端导线接住N点并可随迎风板在金属杆上滑动，且与金属杆接触良好。限流电阻的阻值R＝1 Ω，电源的电动势E＝12 V，内阻r＝0.5 Ω。合上开关，没有风时，弹簧长度为原长度，电压表的示数U1＝3.0 V；如果某时刻由于风吹使迎风板向左压缩弹簧，电压表示数为U2＝2.0 V，求：

(1)金属杆单位长度的电阻；

(2)此时作用在迎风板上的风力。

答案：(1)1 Ω/m　(2)260 N

解析：设无风时金属杆接入电路的电阻为R1，风吹时接入电路的电阻为R2，由题意得

(1)无风时U1＝R1，

得R1＝＝ Ω＝0.5 Ω，

设金属杆单位长度的电阻为R′，则

R′＝＝ Ω/m＝1 Ω/m；

(2)有风时U2＝R2，

得R2＝＝ Ω＝0.3 Ω，

此时，弹簧长度L＝＝ m＝0.3 m，

压缩量x＝L0－L＝(0.5－0.3)m＝0.2 m，

则此时风力F＝kx＝1 300×0.2 N＝260 N。

16．(13分)某同学设计了一种“自动限重器”，如图甲所示。该装置由控制电路和工作电路组成，其主要元件有电磁继电器、货物装载机(实质是电动机)、压敏电阻R1和滑动变阻器R2等。压敏电阻R1的阻值随压力F变化的关系如图乙所示。当货架承受的压力达到限定值，电磁继电器会自动控制货物装载机停止向货架上摆放物品。已知控制电路的电源电动势E＝6 V，r＝2 Ω，电磁继电器线圈的阻值忽略不计。请你解答下列问题：

(1)用笔画线代替导线将图甲的电路连接完整；

(2)当电磁继电器线圈中的电流大小为15 mA时，衔接被吸下。若货架能承受的最大压力为800 N，则所选滑动变阻器R2的最大阻值至少为多少？

(3)硅光电池是一种可将光能转换为电能的器件，现将控制电路中的电源换成硅光电池，用一定强度的光照射硅光电池，调节滑动变阻器，通过测量得到该电池的U－I曲线(如图丙)。不改变滑片的位置，当货架能承受的压力逐渐增加时，该硅光电池的内阻将增大，内电路上消耗的功率将增大；(以上两空选填“增加”“减小”“先增大后减小”“先减小后增大”或“不变”)

(4)若控制电路中的电源换成硅光电源，不改变滑片的位置，即如(2)中数值，现测得硅光电源两端电压为5.4 V，则货架上承受的压力为多少？

答案：(1)见解析。(2)318 Ω　(4)90 N

解析：(1)将货物装载机和上触点串联组成工作电路，将R1、滑动变阻器R2、电磁铁串联接入控制电路，连接电路如图所示。

(2)R1与R2串联，则I1＝I2＝Imax＝15 mA＝0.015 A，根据闭合电路的欧姆定律R1＋R2＋r＝，由图乙可知，F＝800 N时，R1＝80 Ω，所以R2＝－r－R1＝318 Ω，即滑动变阻器R2的最大阻值至少为318 Ω。

(3)由题图丙可知，随着外电路电阻减小，电路电流增大，硅光电池的U－I图线的斜率绝对值逐渐变大，即硅光电池的内阻随外电路电阻变小而变大。当不改变滑片的位置，货架能承受的压力逐渐增加时，R1的电阻变小，电路中电流增大，所以该硅光电池的内阻将增大。内电阻和电流都增大，由P内＝I2r可知内电路上消耗的功率将增大。

(4)硅光电源两端电压为5.4 V，由题图丙可知此时电流为10 mA，外电路的总电阻R1＋R2＝，所以R1＝－R2＝Ω＝222 Ω，根据题图乙可知，此时对应的压力为90 N。