2018年高考考点完全题物理考点通关练：考点40 传感器的简单使用

这是一份2018年高考考点完全题物理考点通关练：考点40 传感器的简单使用，共20页。试卷主要包含了2013年江苏高考第4题等内容，欢迎下载使用。

考点40　传感器的简单使用
考点名片
考点细研究：(1)传感器的概念；(2)几种常见的传感器；(3)传感器的应用等。其中考查到的如：2016年全国卷Ⅰ第23题、2016年浙江高考第17题、2016年北京高考第21题(1)、2013年江苏高考第4题、2012年江苏高考第7题等。
备考正能量：本考点知识常以题中的关键信息出现在题目中，在实验题中出现几率较大，复习时应引起足够重视。预计今后高考考查的特点不会有很大变化。

一、基础与经典
1．如图所示的电路中，电源内阻不可忽略，R为半导体热敏电阻，其阻值随温度的升高而减小。当R所在位置温度升高时(　　)

A．灯泡L1变亮 B．灯泡L2变亮
C．电压表读数增大 D．电源内阻消耗功率减小
答案　A
解析　温度升高时，R的阻值减小，总电阻减小，总电流增大，灯L1变亮，A正确；电源内阻消耗的功率增大，D错误；内电压增大，外电压减小，电压表的示数减小，C错误；L2上的电压减小，L2变暗，B错误。
2．科学家费尔和格林贝尔由于发现“巨磁电阻”效应荣获2007年诺贝尔物理学奖。研究发现磁敏电阻(GMR)的阻值随所处空间磁场的增强而增大，在图示电路中，GMR为一个磁敏电阻，闭合开关S1和S2，在滑片P向右滑动时(　　)

A．L1、L2都变暗 B．L1、L2都变亮
C．L1变暗，L2变亮 D．L1变亮，L2变暗
答案　D
解析　当滑片P向右滑动时，电磁铁中的电流减小，磁性减弱，所以磁敏电阻的阻值减小，闭合电路的外电路电阻变小，因此外电压变小，L2的电流变小，因此灯L2变暗，总电流变大，因此L1的电流变大，L1变亮，D项正确。
3．(多选)如图所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时(　　)

A．电压表的示数增大
B．R2中电流减小
C．小灯泡的功率增大
D．电路的路端电压增大
答案　ABC
解析　当照射光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，电压表的示数增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，A项正确，D项错误；由路端电压减小，R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确；结合干路电流增大可知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，故C项正确。
4.某电容式话筒的原理示意图如图所示，E为电源，R为电阻，薄片P和Q为两金属极板，对着话筒说话时，P振动而Q可视为不动，在P、Q间距离增大过程中(　　)

A．P、Q构成的电容器的电容增大
B．P上电荷量保持不变
C．M点的电势比N点的低
D．M点的电势比N点的高
答案　D
解析　电容式话筒与电源串联，电压保持不变，在P、Q间距增大过程中，根据电容决定式C＝得电容减小，又根据电容定义式C＝得电容器所带电荷量减小，电容器的放电电流通过R的方向由M到N，所以M点的电势比N点的高，故D正确。
5．某实验小组利用DIS系统在电梯内研究超重和失重现象。他们在电梯地板上放置一个压力传感器，在传感器上放一个质量为2 kg的布娃娃，如图甲所示。实验中计算机显示出传感器所受压力大小随时间变化的关系如图乙所示，则(　　)

A．从t1到t2，布娃娃处于失重状态
B．从t3到t4，布娃娃处于超重状态
C．电梯可能先停在低楼层，经加速向上、匀速向上、减速向上过程，最后停在高楼层
D．电梯可能先停在高楼层，经加速向下、匀速向下、减速向下过程，最后停在低楼层
答案　C
解析　从时刻t1到t2，物体受到的压力大于重力时，物体处于超重状态，加速度向上，故A错误；从时刻t3到t4，物体受到的压力小于重力，物块处于失重状态，加速度向下，故B错误；如果电梯开始停在低楼层，先加速向上，接着匀速向上，再减速向上，最后停在高楼层，那么应该从图象可以得到，压力先等于重力、再大于重力、然后等于重力、接着小于重力、最后等于重力，故C正确；如果电梯开始停在高楼层，先加速向下，接着匀速向下，再减速向下，最后停在低楼层，那么应该是压力先等于重力、再小于重力、然后等于重力、接着大于重力、最后等于重力，故D错误。
6．(多选)如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感记录器，光敏电阻R1能接收到发光元件A发出的光，每当工件挡住A发出的光，光传感器B就输出一个电信号，并经信号处理器处理后在屏幕显示出电信号与时间的关系，如图乙所示。若传送带保持匀加速运动，每个工件均相对传送带静止，且相邻工件间距依次为5、10、15、20、…(单位：cm)。则以下说法正确的是(不计工件挡住光的时间)(　　)

A．工件加速度为0.1 m/s2
B．工件加速度为0.2 m/s2
C．当无光照射R1时，光传感器就输出一次高电压
D．当无光照射R1时，光传感器就输出一次低电压
答案　BD
解析　a＝＝ m/s2＝0.2 m/s2，A错误，B正确。有光照射R1时，R1的阻值变小，R2两端电压变大，光传感器就输出一次高电压。无光照射R1时，R1的阻值变大，R2两端电压变小，光传感器就输出一次低电压，C错误，D正确。
7．(多选)电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装置，由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间的距离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能引起上述某个因素的变化，从而又可推出另一个物理量的值。如图所示是四种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．丁图的传感器可以用来测量速度
答案　ABC
解析　甲、乙、丙中的容器的电容分别与θ、h、F有关，均能测量对应的物理量，而丁中的电容与x有关，丁只能测量位移x，故正确答案为A、B、C。
8．(多选)如图甲所示，打开电流和电压传感器，将磁铁置于螺线管正上方距海绵垫高为h处静止释放，磁铁穿过螺线管后掉落到海绵垫上并静止。若磁铁下落过程中受到的磁阻力远小于磁铁重力，且不发生转动，不计线圈电阻。图乙是计算机显示屏上显示的UI­t曲线，其中的两个峰值是磁铁刚进入螺线管内部和刚从内部出来时产生的。下列说法正确的是(　　)

A．若仅增大h，两个峰值间的时间间隔会增大
B．若仅减小h，两个峰值都会减小
C．若仅减小h，两个峰值可能会相等
D．若仅减小滑动变阻器的阻值，两个峰值都会增大
答案　BD
解析　若仅增大h，磁铁经过螺线管的时间减小，两个峰值间时间间隔会减小，故A错误；当h减小时，磁铁进入螺线管的速度减小，导致螺线管中磁通量的变化率减小，产生的感应电动势和感应电流都会减小，因此两个峰值都会减小，但两个峰值不可能相等，故B正确，C错误；根据闭合电路欧姆定律可知，不计螺线管电阻，减小滑动变阻器阻值，则感应回路中的感应电流增大，螺线管对磁铁的阻碍作用增大，磁铁的机械能转化为动能的比例增大，即感应回路中的电功率P＝UI增大，两个峰值都会增大，故D正确。
9．(多选)如图甲为远距离输电示意图，变压器均为理想变压器，升压变压器原、副线圈匝数比为1∶100，其输入电压如图乙所示，远距离输电线的总电阻为100 Ω。降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R1为一定值电阻，R2为用半导体热敏材料制成的传感器，当温度升高时其阻值变小。电压表V显示加在报警器上的电压(报警器未画出)。未出现火警时，升压变压器的输入功率为750 kW，则下列说法中正确的有(　　)

A．降压变压器副线圈输出的交变电流频率为50 Hz
B．远距离输电线路损耗功率为180 kW
C．当出现火警时，电压表V的示数变小
D．当出现火警时，输电线上的电流变小
答案　AC
解析　由题图乙知交变电流的周期为0.02 s，所以频率为50 Hz，A正确；由题图乙知升压变压器输入电压有效值为250 V，根据变压比公式知升压变压器副线圈两端电压为25000 V，所以输电线中的电流为30 A，输电线损失的电压为ΔU＝IR＝30×100 V＝3000 V，输电线路损耗功率为ΔP＝ΔU·I＝90 kW，B错误；当出现火警时传感器R2阻值减小，降压变压器副线圈中电流增大，输电线上电流变大，损失的电压变大，降压变压器输入、输出电压都变小，定值电阻的分压增大，电压表V的示数变小，C正确，D错误。
二、真题与模拟
10. 2016·浙江高考]如图所示为一种常见的身高体重测量仪。测量仪顶部向下发射波速为v的超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发射和接收的时间间隔。质量为M0的测重台置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比。当测重台没有站人时，测量仪记录的时间间隔为t0，输出电压为U0，某同学站上测重台，测量仪记录的时间间隔为t，输出电压为U，则该同学身高和质量分别为(　　)

A．v(t0－t)，U
B.v(t0－t)，U
C．v(t0－t)，(U－U0)
D.v(t0－t)，(U－U0)
答案　D
解析　设测量仪高度和人的身高分别为H和h，根据题意，没有站人时有H＝v，站人时有H－h＝v，得h＝v；又由传感器输出的电压与作用在其上的压力成正比，则没有站人时U0＝kM0g，站人时U＝k(M0＋m)g，得m＝(U－U0)，故D项正确。
11. 2017·山西太原月考]在输液时，药液有时会从针口流出体外，为了及时发现，设计了一种报警装置，电路如图所示。M是贴在针口处的传感器，接触到药液时其电阻RM发生变化，导致S两端电压U增大，装置发出警报，此时(　　)

A．RM变大，且R越大，U增大越明显
B．RM变大，且R越小，U增大越明显
C．RM变小，且R越大，U增大越明显
D．RM变小，且R越小，U增大越明显
答案　C
解析　电阻RM变化时S两端电压U增大，说明其电阻RM变小。同时，传感器M对全电路的控制是通过电阻RM的变化来实现的。运用极值法：若R趋近于无限大，电阻RM与R的并联电阻的变化就等于RM的变化；若R为有限值，则RM与R的并联电阻的变化就会小一些。所以R越大，电阻RM阻值减小同样的数值时，U增大的数值越大，即越明显，C正确。
12．2017·江苏模拟](多选)某同学设计的家庭电路保护装置如图所示。铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成。当右侧线圈L2中产生电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路。仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有(　　)

A．家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零
B．家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁通量不变
C．家庭电路发生短路时，开关K将被电磁铁吸起
D．地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起
答案　ABD
解析　当电路正常工作时，电流经火线流入用电器，再经零线流回。由于火线和零线并行绕在铁芯左侧，火线和零线中的电流反向，合磁通量为零，故A、B正确。用电器短路后，火线和零线中电流仍然等大、反向，铁芯中无磁通量，开关不会被电磁铁吸起，C错误。当地面上的人触电时，火线中的电流经人体流入大地，绕在铁芯左侧的零线中电流小于和它并行的火线中的电流，铁芯中磁通量发生变化，L2产生感应电流，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K，从而切断家庭电路，D正确。
13．2016·顺德期末]有一个热敏电阻的电阻值随温度变化的R－t图象如图所示，现将该热敏电阻接在欧姆表的两支表笔上，做成一个电子温度计，为了便于读数，再把欧姆表上的电阻值转换成温度值。现想使该温度计对温度的变化反应更灵敏些，那么该温度计测量温度较为适宜的范围为(设在温度范围内，欧姆表的倍率不变)(　　)

A．t1～t2段 B．t2～t3段
C．t3～t4段 D．t1～t4段
答案　B
解析　由热敏电阻的电阻值随温度变化的图象可知，随温度的升高，电阻值增大。但由于各温度段的电阻随温度变化显著程度不同，在t2～t3段，电阻值随温度的变化比较明显，故在t2～t3段时，该温度计对温度的测量比较灵敏，故B项正确。
14．2016·长春模拟]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E＝9.0 V，内阻不计；G为灵敏电流表，其内阻Rg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I1＝2 mA；当电流表的示数I2＝3.6 mA时，热敏电阻的温度是(　　)

A．60 ℃ B．80 ℃
C．100 ℃ D．120 ℃
答案　D
解析　由题中图乙知，温度为20 ℃时，R的阻值R1＝4 kΩ。由欧姆定律知E＝I1(R1＋Rg)，E＝I2(R2＋Rg)，两式联立，解得R2＝2 kΩ，由图乙中查得此时温度为120 ℃，D正确。
15. 2017·上海八校联考]压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小。一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图甲所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m，当升降机静止时电流表示数为I0。某过程中电流表的示数为2I0，如图乙所示，则在此过程中(　　)

A．物体处于失重状态
B．物体可能处于匀速运动状态
C．升降机一定向上做匀加速运动
D．升降机可能向下做匀减速运动
答案　D
解析　升降机静止时电流表示数为I0，而某过程中电流表示数为2I0，说明该过程中物体对压敏电阻的压力大于G，根据牛顿第三定律，物体受向上的力也大于G，故物体存在向上的加速度，处于超重状态，但不能判定物体是做向上的匀加速运动还是做向下的匀减速运动，D正确。
16．2016·河北衡水中学月考](多选)传感器是一种采集信息的重要器件，如图所示传感器是由电容器作为传感器来测定压力变化的电路，当待测压力F作用于可动膜片电极上时，以下说法正确的是(　　)

A．若F向上压膜片电极，电路中有从a到b的电流
B．若F向上压膜片电极，电路中有从b到a的电流
C．若F向上压膜片电极，电路中不会出现电流
D．若电流表有示数，则说明压力F发生了变化
答案　BD
解析　若F向上压膜片电极，两板间距离d减小，由C＝，电容增大，而电容器的电压U不变，等于电源的电动势，由Q＝CU得电荷量增大，电容器充电，电流从b到a，A、C错误，B正确；若电流表有示数，说明Q在变化，则C在变化，两板间的距离d在变化，说明F在变化，D正确。
17．2016·浙江金华期末](多选)如图所示是某同学站在力传感器上，做下蹲与起立动作时记录的力随时间变化的图线，纵坐标为力(单位为牛顿)，横坐标为时间(单位为秒)。由图线可知，该同学的体重约为650 N，除此以外，还可以得到以下信息(　　)

A．该同学做了两次下蹲与起立的动作
B．该同学做了四次下蹲与起立的动作
C．下蹲过程中人一直处于失重状态
D．下蹲和起立过程中，人都有一段时间处于超重状态
答案　AD
解析　下蹲过程中，加速度先向下后向上，先失重后超重，压力先小于重力后大于重力；起立的过程，加速度先向上后向下，先超重后失重，压力先大于重力后小于重力。所以图中做了两次下蹲与起立的动作，选项A、D正确，B、C错误。
18．2016·北京海淀模拟]某种角速度计，其结构如图所示。当整个装置绕轴OO′转动时，元件A相对于转轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压，电压传感器(传感器内阻无限大)接收相应的电压信号。已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k、自然长度为l，电源的电动势为E、内阻不计。滑动变阻器总长也为l，电阻分布均匀，装置静止时滑片P在变阻器的最左端B端，当系统以角速度ω转动时，则(　　)

A．电路中电流随角速度的增大而增大
B．电路中电流随角速度的增大而减小
C．弹簧的伸长量为x＝
D．输出电压U与ω的函数式为U＝
答案　D
解析　系统在水平面内以角速度ω转动时，无论角速度增大还是减小，BC的总电阻不变，根据闭合电路欧姆定律得知，电路中电流保持不变，故A、B错误；设系统在水平面内以角速度ω转动时，弹簧伸长的长度为x，则对元件A，根据牛顿第二定律得kx＝mω2(l＋x)。
又输出电压U＝E＝E联立两式得x＝，U＝，故C错误，D正确。故本题应选D。
19．2016·衡水模拟]图甲是某同学设计的电容式速度传感器原理图，其中上板为固定极板，下板为待测物体，在两极板间电压恒定的条件下，极板上所带电荷量Q将随待测物体的上下运动而变化，若Q随时间t的变化关系为Q＝(a、b为大于零的常数)，其图象如图乙所示，那么图丙、丁中分别反映极板间场强大小E和物体速率v随t变化的图线可能是(　　)

A．①和③ B．①和④
C．②和③ D．②和④
答案　C
解析　电容式速度传感器原理图中，上板为固定极板，下板为待测物体，由Q＝CU、C＝与E＝得，E＝，所以E与Q成正比。则由Q与t关系可得，E与t的关系选②；Q随时间t的变化关系为Q＝，由于Q＝CU＝，所以Q与d成反比，所以d与t成线性关系，物体速率v不变，故选③，选C。

一、基础与经典
20．某兴趣小组为了研制一台“电子秤”，找到一个力电转换传感器，该传感器的输出电压正比于受压面的正压力，实验操作时，先调节传感器输入端的电压(要求从零开始调节)，使力电转换传感器在空载时的输出电压为零；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压。
(1)如图所示，E为直流电源；S为开关；R为滑动变阻器；为电压表，在图中用笔画线代替导线连接成实验电路图。

(2)若将质量为m0的砝码放在力电转换传感器的受压面上，电压表的示数为U0；然后取下砝码，再将待测质量为m的物体放在力电转换传感器的受压面上，电压表的示数为U，则待测物体的质量m＝________。
答案　(1)如图所示 (2)m0

解析　(1)要求传感器输入端的电压从零开始调节，故滑动变阻器采用分压式接法。
(2)因为测得的输出电压和所放物体的质量成正比，故＝，则待测物体的质量m＝m0。
21．传感器担负着信息采集的任务，在自动控制中发挥着重要作用，传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量)，例如热传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻，热敏电阻随温度变化的图线如图甲所示，图乙是用热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器原理图。则：

(1)为了使温度过高时报警器铃响，开关应接在________(选填“a”或“b”)。
(2)若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向________(选填“左”或“右”)移动。
答案　(1)a (2)左
解析　(1)温度较高时，热敏电阻阻值减小，图乙中通电螺线管的磁性增强，将与弹簧相连的金属导体向左吸引，要使报警器所在电路接通并报警的话，开关应接a。
(2)要实现温度更高时，即热敏电阻阻值更小时才将报警器电路接通，应该将滑动变阻器连入电路的阻值调大，即P向左移动。
二、真题与模拟
22．2016·北京高考]热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中。图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图。由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力________(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的影响更________(选填“敏感”或“不敏感”)。

答案　增强　敏感
解析　由题图可得出热敏电阻的阻值随温度升高而减小，随着阻值减小导电能力增强。在变化相同的温度时，热敏电阻阻值变化量要大于金属热电阻，故热敏电阻对温度变化反应更敏感。
23．2016·全国卷Ⅰ]现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2000 Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干。
在室温下对系统进行调节。已知U约为18 V，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω。
(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。

(2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)。
(3)按照下列步骤调节此报警系统：
①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为________Ω；滑动变阻器的滑片应置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是______________________。
②将开关向________(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至________________。
(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。
答案　(1)连线如图所示

(2)R2　(3)①650.0　b　接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏　②c　报警器开始报警
解析　(1)见答案。
(2)由R＝＝ Ω＝1800 Ω可知，滑动变阻器应选R2。
(3)①电阻箱的电阻值应调为热敏电阻在60 ℃时的阻值，即650.0 Ω。滑动变阻器的滑片应置于b端，使开关接通后回路中电流最小，以保护报警器，即防止因过载而损坏报警器。
②应将开关向c端闭合，然后对系统进行调节。
24．2016·湖北重点高中联考]利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等。图甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U­I关系图线。

(1)实验室提供的器材有：电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A(阻值范围0～10 Ω)、滑动变阻器B(阻值范围0～100 Ω)、电动势为6 V的电源(不计内阻)、小灯泡、开关、导线若干。该同学做实验时，滑动变阻器选用的是________(选填“A”或“B”)；请在图乙的方框中画出该实验的电路图。
(2)如果将该小灯泡接入丙图所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3 A，电源电动势为3 V。则此时小灯泡的电功率为________W，电源的内阻为________Ω。
答案　(1)A　实验电路图如图所示

(2)0.69(0.66～0.72均可)　2.33(2.00～2.67均可)
解析　(1)由小灯泡的U­I关系图线可知小灯泡的阻值最大约为10 Ω，所以滑动变阻器用A；由于小灯泡的U、I都是从零开始变化，所以电路采用分压式接法。
(2)I＝0.3 A时，由U­I图可知U＝2.3 V，所以P＝UI＝0.69 W；电源内阻r＝＝2.33 Ω。