第五章 传感器 章末检测题-2023-2024学年高二物理同步导与练（人教2019选择性必修第二册 ）

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第五章 传感器 章末检测题一、单选题1．关于传感器的作用，下列说法正确的是（　　）A．通常的传感器可以直接用来进行自动控制B．传感器可以将感受到的一些信息转换为电学量C．传感器可以将所有感受到的信息都转换为电学量D．以上说法均不正确【答案】B【解析】传感器不能直接用来进行自动控制。传感器主要是用来接收信息，并将接收到的信息转换成便于测量的电学量或转换为电路的通断，但并不是将其感受到的所有信息都转换为电学量。故选B。2．下列关于物理传感器，化学传感器和生物传感器的说法，正确的是（　　）A．物理传感器利用材料的某种物理性质工作，因而只能用于机械加工行业而不能用于化工领域B．化学传感器是利用某种化学反应来工作的，因而只能输出某种化学物质而不能输出电学量C．生物传感器的适用范围广，可在任意温度下工作D．生物传感器由于含有生命物质，因而对使用传感器的环境有一定要求【答案】D【解析】B．化学传感器一般也是输出电学量，如离子传感器等，故B错误；A．物理传感器在化工领域也可以使用，如温度传感器等，故A错误；CD．生物传感器能够使用的前提是传感器中的生命物质保持生物活性，故C错误，D正确。故选D。3．有的楼道照明灯具有这样的功能：天黑到一定程度时，出现声音它就开启，而在白天，即使有声音它也没有反应。在这种楼道照明灯的控制电路中，可能接入的传感器是（　　）A．温度传感器和光传感器B．光传感器和声音传感器C．声音传感器和热传感器D．热传感器和力传感器【答案】B【解析】楼道照明灯工作原理：天黑时，出现声音它就开启；而在白天，即使有声音它也没有反应。则可知，应接入光传感器和声音传感器。故B正确，ACD错误。故选B。4．传感器的种类多种多样，其性能也各不相同，空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内使用的传感器是(　　  )A．生物传感器 B．红外传感器 C．温度传感器 D．压力传感器【答案】C【解析】空调机根据温度调节工作状态，所以内部使用了温度传感器，故C正确，ABD错误。故选C。5．电动自行车是一种应用广泛的交通工具，其速度控制是通过转动右把手实现的，这种转动把手称为“霍尔转把”，属于传感器非接触控制.转把内部有永久磁铁和霍尔器件等，截面如图甲开启电源时，在霍尔器件的上、下面之间加一定的电压，形成电流，如图乙.随着转把的转动，其内部的永久磁铁也跟着转动，霍尔器件能输出控制车速的电压，已知电压与车速关系如图丙.以下关于“霍尔转把”叙述正确的是（　　）A．为提高控制的灵敏度，永久磁铁的上、下端分别为N、S极B．按图甲顺时针转动电动车的右把手，车速将变快C．图乙中从霍尔器件的左、右侧面输出控制车速的霍尔电压D．若霍尔器件的上、下面之间所加电压正负极性对调，将影响车速控制【答案】B【解析】A．由于在霍尔器件的上、下面之间加一定的电压，形成电流，当永久磁铁的上、下端分别为N、S极时，磁场方向与电子的移动方向平行，则电子不受洛伦兹力作用，霍尔器件不能输出控制车速的霍尔电压，故A错误；B．当按图甲顺时针转动电动车的右把手，霍尔器件周围的磁场增强，则霍尔器件输出控制车速的霍尔电压增大，因此车速将变快，故B正确；C．根据题意，结合图乙的示意图，永久磁铁的N、S极可能在左、右侧面或在前、后表面，因此从霍尔器件输出控制车速的霍尔电压不一定在霍尔器件的左、右侧面，也可能在前、后面，故C错误；D．当霍尔器件的上、下面之间所加电压正负极性对调，从霍尔器件输出控制车速的霍尔电压正负号相反，由图丙可知，不会影响车速控制，故D错误。故选B。6．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.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，其内阻保持不变；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的温度等于时，电流表示数；当电流表的示数时，热敏电阻的温度是（　　）A． B． C． D．【答案】D【解析】由题图乙可知，当R的温度等于时，热敏电阻的阻值，由可得当电流时，由可得结合题图乙知此时热敏电阻的温度为，故D正确，ABC错误。故选D。7．酒精测试仪利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器，其电阻r的倒数与酒精气体的浓度C成正比。如图所示的电路接在恒压电源上，R和R0为定值电阻，则电压表的示数U与酒精气体浓度C的对应关系为（　　）A．U越大，表示C越大，但是C与U不成正比B．U越大，表示C越大，而且C与U成正比C．U越大，表示C越小，但是C与U不成反比D．U越大，表示C越小，而且C与U成反比【答案】A【解析】设酒精气体传感器电阻为r．由图知，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。根据酒精气体传感器的电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，得 （k是比例系数）…①根据欧姆定律得 …②由①②整理得由数学知识知，U越大，C越大，但C与U不成正比。故选A。8．一种新型保险柜安装有声纹锁，只有主人说出事先设定的暗语才能打开，别人即使说出暗语也打不开锁。这种声纹锁辨别主人声音的依据是（　　）A．音调 B．音色 C．响度 D．声速【答案】B【解析】因为每个人的发声音色不同，而声纹锁是依据音色来进行判断的，只能按照设定的音色打开，所以主人说出事先设定的暗语就能打开，故B正确，ACD错误。故选B。二、多选题9．如图所示是自动调温式电熨斗，下列说法调温旋钮绝缘支架正确的是（　　）A．常温时上下触点是断开的B．双金属片温度升高时，上金属片形变较大，双金属片将向下弯曲C．原来温度控制在80℃断开电源，现要求60℃断开电源，应使调温旋钮下移一些D．由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些【答案】BD【解析】A．常温时，通电电热丝能发热，所以上、下触点是接触的，A错误；B．双金属片上下金属片的膨胀系数不同，温度升高时，上层形变大，双金属片向下发生弯曲，使电路断开，B正确；C．原来温度．上升到80℃时断开电源，现在要求60℃时断开电源，弹性铜片与触点接触面积要减小，即使调温旋钮上调一些，C错误；D．由熨烫丝绸衣物状态转化为熨烫棉麻衣物状态，温度要高一点，由C的分析可知，使调温旋钮下移一些，D正确。故选BD。10．某位移传感器的工作原理如图甲所示，物体M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的金属杆P，通过理想电压表显示的数据来反映物体的位移x。设定电源电动势为E，内阻不计，滑动变阻器的长度为L，物体经过O点时P恰好位于滑动变阻器的中点，此时电压表示数显示为0，若电压表的示数UPQ随时间t的变化关系如图乙（余弦图象）所示，则下列说法正确的是（　　）A．在t1时刻M恰好运动到O位置B．物体M以O点为中心做往复运动C．在t1到t2时间段内，M的速度先增大后减小D．在t2时刻物体M在最右端且速度为0【答案】ABD【解析】在t1时刻，电压为0，且正在增加，故物体M在平衡位置，此时速度最大，物体具有正方向的最大速度，此后速度减小；当在t2时刻电压最大时，速度减小为零；此后反向加速，t3时刻又回到平衡位置，如此往复，所以物体M以O点为中心做往复运动。故选ABD。11．如图所示，在电路中接一段钨丝，闭合开关，灯泡正常发光，当用打火机给钨丝加热时灯泡亮度明显变暗，根据钨丝的上述特性，可用钨丝来制作一个温度传感器。下面说法中正确的是 （　　）A．该传感器利用了钨丝的化学性质B．该传感器利用了钨丝电阻随温度变化而变化的特性C．该传感器能够把热学量（温度）转换为电学量（电阻）D．该传感器能够把电学量（电阻）转换为热学量（温度）【答案】BC【解析】由题目中的现象可知钨丝的电阻随温度的升高而增大，随温度的降低而减小，利用该特性可以制成温度传感器，该传感器能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量故选BC。12．电容式传感器是将非电信号转换为电信号的装置，由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而引起电容的变化，如图所示是四个电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，下列说法正确的是（　　）A．甲图的传感器可以用来测量角度B．乙图的传感器可以用来测量液面的高度C．丙图的传感器可以用来测量压力D．丁图的传感器只能用来测量速度【答案】ABC【解析】A．图示电容器为可变电容器，通过转动动片改变正对面积，改变电容，可以用来测量角度，故A正确。B．图示电容器的一个极板时金属芯线，另一个极板是导电液，故是通过改变电容器两极间正对面积而引起电容变化的，可以用来测量液面的高度，故B正确；C．丙图是通过改变极板间的距离，改变电容器的，可以用来测量压力，故C正确；D．可变电容器，通过改变电介质，改变电容，可以用来测量位移，不能测量速度，故D错误；故选ABC。三、实验题13．门窗防盗报警装置（1）实验器材和装置干簧管作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在，继电器（虚线框部分）作为执行装置。发光二极管LED作为电路正常工作提示，R为发光二极管的_________，起保护作用，蜂鸣器H作为_________，电路设计如图。（2）电路工作原理当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两簧片被_________相吸，继电器接通而工作。当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁_________，继电器被断电，动触点c与常闭触点b_________，蜂鸣器H发声报警。（3）实验操作①检查干簧管。用_________直接靠近干簧管，观察干簧管_________能否正常动作。②连接电路。连接电路前，要检查其他元件是否也能正常工作。③接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。【答案】     限流电阻     警报提醒     磁化     断开     接通     磁体     簧片【解析】（1）[1][2]二极管的正向电阻很小，需要限流电阻起保护作用，蜂鸣器可以起到警报提醒作用；（2）[3][4][5]当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两簧片被磁化相吸相吸，继电器接通而工作。当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电，动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警；（3）[6][7]用磁铁直接靠近干簧管，观察干簧管簧片能否正常动作。14．如图所示为用DIS 研究通电螺线管的磁感应强度的实验：（1）该实验用的是_________传感器（填传感器名称）；对该传感器调零时，应在螺线管通电_________进行。（选填“前”或“后”）（2）甲同学实验得到的磁感应强度随传感器伸入的距离变化关系如图。图像在第四象限的原因是____________；（3）若将通电螺线管内部的磁场近似看作匀强磁场，磁感应强度为B，已知：螺线管长度L、匝数N、横截面积S、电阻R，则穿过通电螺线管的磁通量为__________。【答案】     磁     前     通过螺旋管的电流方向相反或将探管从螺线管的另一端插入     BS【解析】（1）[1]研究通电螺线管的磁感应强度，用磁传感器。[2]在对螺线管通电前必须对磁传感器进行调零，否则就会有测量误差。（2）[3] 图像在第四象限的原因是通过螺旋管的电流方向相反或将探管从螺线管的另一端插入。（3）[4]穿过通电螺线管的磁通量为四、解答题15．加速度计是测定物体加速度的仪器，现代科技中，它已成为导弹、飞机、潜艇制导系统的信息源，如图所示为应变式加速度计，当系统加速时，加速度计中的敏感元件也处于加速状态，敏感元件由两根相同的弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件下端滑动臂可在滑动变阻器上无摩擦水平滑动，当系统加速时敏感元件发生位移，并转换成电信号输出。已知敏感元件的质量为m，每根弹簧的劲度系数为k，电源的电动势为E且内阻不计，滑动变阻器的总阻值为R，且总电阻有效长度为L。静态时，两弹簧恰好为原长，滑动变阻器的滑动触头位于正中间，并且此时加速度计的输出电压为零。（1）假定待测系统的加速度大小为a，方向向左，求敏感元件发生的位移大小和方向？（2）求用输出信号的电压U来表示待测系统加速度a大小关系的表达式？【答案】（1） ，方向向右；（2） 【解析】（1）由牛顿第二定律可知2kx＝ma 　得方向向右；（2）设加速度为a时，滑动变阻器的滑片距中间的距离为x，则敏感元件的输出电压为再设系统向左加速时滑片右移x，则敏感元件的动力学方程为2kx＝ma 联立可得16．某些非电磁量的测量是可以通过一些相应的装置转化为电磁量来测量的。一平行板电容器的两个极板竖直放置在光滑的水平平台上，极板的面积为S，极板间的距离为d，电容器的电容公式为（E是常数但未知）。极板1固定不动，与周围绝缘，极板2接地，且可在水平平台上滑动，并始终与极板1保持平行。极板2的侧边与劲度系数为k，自然长度为L的两个完全相同的弹簧相连。两弹簧的另一端固定，弹簧L与电容器垂直，如图甲所示。如图乙所示是这一装置的应用示意图，先将电容器充电至电压U后，即与电源断开，再在极板2的右侧的整个表面上施以均匀向左的待测压强p，使两极板之间的距离发生微小的变化。测得此时电容器的电压改变量为ΔU。设作用在电容器极板2上的静电力不致于引起弹簧可测量到的形变，试求待测压强p。【答案】【解析】该题根据平行板电容器在电荷量不变的情况下，其两端电压随板间距离变化而变化，从而把力学量（压强p）转化为电学量（电压）来测量。因为，，，则所以Δd=又F=pS，2kΔd=pS则17．酒后驾车危害极大，为此，新交规实施以来，鹤壁市交通警察重点查处酒后驾车．酒精测试仪是交警用来检测机动车驾驶员是否酒后驾车的仪器，它的原理示意图如图所示．电源电压为6V恒定，当电流表的示数为0.3A时，表明该驾驶员没有酒驾，酒精气体传感器正常工作．R0为定值电阻，阻值为10Ω．请计算：(1)酒精气体传感器正常工作的电阻R1； (2)酒精气体传感器正常工作一天（24h），所消耗的电能．【答案】(1)；(2)W=77760J【解析】解：由电路图可知,定值电阻R0与酒精气体传感器电阻串联，电流表测电路中的电流；(1)由可得，酒精气体传感器正常工作时电路中的总电阻：由于串联电路中总电阻等于各分电阻之和，所以酒精气体传感器正常工作的电阻：(2)酒精气体传感器正常工作一天所消耗的电能：18．如图所示为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的示意图，A为光源，B为光电接收器，A、B均固定在小车上，C为小车的车轮，D为与C同轴相连的齿轮，车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B接收并转换成电信号，由电子电路记录和显示，若实验显示单位时间的脉冲数为n，累积脉冲数为N，试完成下列问题的解答：（1）要测小车的速度和行程还必须测量的物理量或数据是哪些？（2）推导小车速度的表达式；（3）推导小车行程的表达式。【答案】（1）车轮的半径R和齿轮的齿数p；（2）；（3）【解析】（1）小车的速度等于车轮的周长与单位时间内车轮转动圈数的乘积。所以还要测量车轮的半径R和齿轮的齿数p（2）齿轮转一圈电子电路显示的脉冲数即为p。已知单位时间内的脉冲数为n，所以单位时间内齿轮转动圈数为，则有小车速度的表达式（3）小车行程的表达式