高中物理人教版2第六章傳感器3實驗傳感器的應(yīng)用

第6章傳感器本卷分第Ⅰ卷(選擇題)和第Ⅱ卷(非選擇題)兩部分。滿分100分，時間90分鐘第Ⅰ卷(選擇題共40分)一、選擇題(共10小題，每小題4分，共40分，在每小題給出的四個選項中，第1～6小題只有一個選項符合題目要求，第7～10小題有多個選項符合題目要求，全部選對的得4分，選不全的得2分，有選錯或不答的得0分)1．下列說法錯誤的是()A．傳感器擔負著信息采集的任務(wù)B．話筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將電信號轉(zhuǎn)換為聲信號C．自動洗衣機中水位的控制利用了壓力傳感裝置D．霍爾元件能把磁感應(yīng)強度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量答案：B解析：A.傳感器是通過非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量來傳遞信號的，傳感器擔負著信息采集的任務(wù)，故A正確；B.動圈式話筒是一種常用的聲傳感器，其作用是將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號，故B錯誤；C.自動洗衣機中水位的控制利用了壓力傳感裝置，故C正確；D.霍爾元件能把磁感應(yīng)強度這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)換為電壓這個電學(xué)量，故D正確。2．關(guān)于傳感器工作的一般流程，下列說法中正確的是()A．非電學(xué)量→敏感元件→處理電路→電學(xué)量B．非電學(xué)量→處理電路→敏感元件→電學(xué)量C．電學(xué)量→敏感元件→處理電路→非電學(xué)量D．電學(xué)量→處理電路→敏感元件→非電學(xué)量答案：A解析：傳感器工作的一般流程為：非電學(xué)量被敏感元件感知，然后通過轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號，再通過轉(zhuǎn)換電路將此信號轉(zhuǎn)換成易于傳輸或測量的電學(xué)量。因此B、C、D錯，選項A正確。3．機器人裝有作為眼睛的“傳感器”，猶如大腦的“控制器”，以及可以行走的“執(zhí)行器”，在它碰到障礙物前會自動避讓并及時轉(zhuǎn)彎。下列有關(guān)該機器人“眼睛”的說法中正確的是()A．力傳感器B．光傳感器C．溫度傳感器D．聲音傳感器答案：B解析：遇到障礙物會繞開，說明它是光傳感器，故選項B正確，選項A、C、D錯誤。4.某學(xué)習小組的同學(xué)在用多用電表研究熱敏特性實驗中，安裝好如圖所示的裝置。向杯內(nèi)加入冷水，溫度計的示數(shù)為20℃，多用電表選擇適當?shù)谋堵剩x出熱敏電阻的阻值R1。然后向杯內(nèi)加入熱水，溫度計的示數(shù)為60℃，發(fā)現(xiàn)多用電表的指針偏轉(zhuǎn)角度較大，則下列說法正確的是()A．多用電表應(yīng)選用電流擋，溫度升高換用大量程測量B．多用電表應(yīng)選用電流擋，溫度升高換用小量程測量C．多用電表應(yīng)選用歐姆擋，溫度升高時換用倍率大的檔D．多用電表應(yīng)選用歐姆擋，溫度升高時換用倍率小的檔答案：D解析：測電阻應(yīng)選用歐姆擋。當溫度升高時，熱敏電阻受溫度變化的影響，偏轉(zhuǎn)角度增大，說明電阻阻值變小，所以應(yīng)換用倍率小的擋。5．如圖所示，用光敏電阻LDR和燈泡制成的一種簡易水污染指示器，下列說法中正確的是()A．嚴重污染時，LDR是高電阻B．輕度污染時，LDR是高電阻C．無論污染程度如何，LDR的電阻不變，阻值大小由材料本身因素決定D．該儀器的使用不會因為白天和晚上受到影響答案：A解析：嚴重污染時，透過污水照到LDR上的光線較少，LDR電阻較大，A對、B錯；LDR由半導(dǎo)體材料制成，受光照影響電阻會發(fā)生變化，C錯；白天和晚上自然光強弱不同，或多或少會影響LDR的電阻，D錯。6．如圖所示，兩塊水平放置的金屬板距離為d，用導(dǎo)線、開關(guān)S與一個n匝的線圈連接，線圈置于方向豎直向上的變化磁場B中。兩板間放一臺小壓力傳感器，壓力傳感器上表面靜止放置一個質(zhì)量為m，電荷量為＋q的小球。S斷開時傳感器上有示數(shù)，S閉合時傳感器上恰好無示數(shù)。重力加速度為g，則線圈中磁場B的變化情況和磁通量變化率分別是()A．正在增強，eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(mgd,nq) B．正在增強，eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(mgd,2nq)C．正在減弱，eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(mgd,nq) D．正在減弱，eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(mgd,2nq)答案：A解析：S閉合時傳感器上恰好無示數(shù)，說明小球受豎直向上的電場力，且電場力大小等于重力大小，因小球帶正電，所以上極板帶負電，下極板帶正電，由楞次定律和安培定則可知感應(yīng)電流的磁場向下，故磁場B正在增強，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E＝neq\f(ΔΦ,Δt)＝U，又q·eq\f(U,d)＝mg得eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(mgd,nq)，故A正確。7．(黑龍江哈六中2023～2023學(xué)年高二下學(xué)期期中)如圖所示為電熨斗的結(jié)構(gòu)圖，下列說法正確的是()A．雙金屬片上層金屬的膨脹系數(shù)小于下層金屬B．常溫下，上、下觸點接觸。溫度過高時，雙金屬片發(fā)生彎曲使上、下觸點分離C．需要較高溫度熨燙時，要調(diào)節(jié)調(diào)溫旋鈕，使升降螺絲下移并推動彈性銅片下移D．雙金屬片溫度傳感器的作用是控制電路的通斷答案：BCD解析：常溫下，上下觸點接觸在一起，電熱絲通電加熱，雙金屬片溫度升高，雙金屬片膨脹系數(shù)上層大下層小，溫度升到一定高度時雙金屬片向下彎曲使觸點斷開，故A錯，B、D正確；需要較高溫度熨燙時，要調(diào)節(jié)調(diào)溫按鈕，使升降螺絲下移，故C正確。8．如圖所示，RT為熱敏電阻(溫度升高，電阻減小)，R1為光敏電阻，R2和R3均為定值電阻，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，V為理想電壓表，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)電壓表示數(shù)增大，可能的原因是()A．熱敏電阻溫度升高了B．熱敏電阻溫度降低了C．光照強度減弱了D．光照強度增強了答案：AC解析：熱敏電阻溫度升高，其阻值減小，外電路的總電阻減小，總電流增大，光敏電阻的路端電壓減小，通過光敏電阻的電流減小，則通過R3的電流增大，電壓表的示數(shù)增大，A正確；同理分析可知B錯誤；光照強度減弱，光敏電阻的阻值增大，外電路總電阻增大，路端電壓增大，則電壓表的示數(shù)增大，C正確；同理分析可知D錯誤。9．如圖所示，電容式觸摸屏的構(gòu)造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜導(dǎo)體層，再在導(dǎo)體層外加上一塊保護玻璃，電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長的電極，在導(dǎo)體層內(nèi)形成一個低電壓交流電場。在觸摸屏幕時，由于人體是導(dǎo)體，手指與內(nèi)部導(dǎo)體層間會形成一個特殊電容(耦合電容)，四邊電極發(fā)出的電流會流向觸點，而電流強弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏后的控制器便會計算電流的比例及強弱，準確算出觸摸點的位置。由以上信息可知()A．電容式觸摸屏的兩極板分別是導(dǎo)體層和手指B．當用手觸摸屏幕時，手指與屏的接觸面積越大，電容越大C．當用手觸摸屏幕時，手指與屏的接觸面積越大，電容越小D．如果用帶了手套的手觸摸屏幕，照樣能引起觸摸屏動作答案：AB解析：電容觸摸屏在原理上把人體當做一個電容器元件的一個極板，把導(dǎo)體層當做另一個極板，故A正確；手指與屏的接觸面積越大，即兩個極板的正對面積越大，故電容越大，B正確，C錯誤；如果帶了手套或手持不導(dǎo)電的物體觸摸時沒有反應(yīng)，這是因為手與導(dǎo)體層距離較大，不能引起導(dǎo)體層電場的變化，D錯誤。10．如圖所示的光控電路用發(fā)光二極管LED模擬路燈，RG為光敏電阻。A為斯密特觸發(fā)器輸入端，在天黑時路燈(發(fā)光二極管)會點亮。下列說法正確的是()A．天黑時，Y處于高電平B．天黑時，Y處于低電平C．當R1調(diào)大時，天更暗時，燈(發(fā)光二極管)點亮D．當R1調(diào)大時，天較亮時，燈(發(fā)光二極管)就能點亮答案：BC解析：天黑時，RG阻值增大到一定值，斯密特觸發(fā)器輸入端A的電壓上升到某個值，輸出端Y突然由高電平跳到低電平；R1調(diào)大時，A端電壓降低，只有天更暗時，RG電阻值更大時，路燈才點亮，故B、C正確。第Ⅱ卷(非選擇題共60分)二、填空題(共3小題，每小題6分，共18分。把答案直接填在橫線上)11．電飯煲的工作原理如下圖所示，可分為兩部分，即控制部分，由S2、R1和黃燈組成；工作(加熱)部分，由發(fā)熱電阻R3、R2和紅燈組成，S1是一個磁鋼限溫開關(guān)，手動閉合，當此開關(guān)的溫度達到居里點(103℃)時，自動斷開，且不能自動復(fù)位(閉合)，S2是一個雙金屬片自動開關(guān)，當溫度達到70℃～80℃時，自動斷開，低于70℃時，自動閉合，紅燈、黃燈是指示燈，通過其電流必須較小，所以R1、R2起________作用，R3是發(fā)熱電阻，由于煮飯前溫度低于70℃，所以S2是______(填“斷開的”或“閉合的”)。接通電源并按下S1后，黃燈熄而紅燈亮，R3發(fā)熱，當溫度達到70℃～80℃時，S2斷開，當溫度達到103℃時飯熟，S1斷開，當溫度降到70℃以下時，S2閉合，電飯煲處于保溫狀態(tài)，由以上描述可知R2________R3(填“＜”、“＝”、“＞”)，若用電飯煲燒水時，直到水被燒干S1才會斷開，試解釋此現(xiàn)象。答案：限流；閉合的；>；由于開關(guān)S1必須當溫度達到103℃時才自動斷開，而水的沸點只有100℃，因此用電飯煲燒水時，直到水被燒干后S1才會斷開。解析：R1、R2起的作用是限流，防止指示燈(氖泡)因電流過大而燒毀，S2是自動控制溫度開關(guān)，當溫度低于70℃時自動閉合，當溫度高于70℃～80℃時又自動斷開，使電飯煲處于保溫狀態(tài)，由于R3的功率較大，因此R2＞R3。由于開關(guān)S1必須當溫度達到103℃時才自動斷開，而水的沸點只有100℃，因此用電飯煲燒水時，直到水被燒干后S1才會斷開。12．如圖(a)是汽車過橋時對不同類型橋面壓力變化的實驗。采用DIS方法對模型進行測量，其結(jié)果如圖(b)中電腦屏幕所示。(1)圖(a)中的傳感器為________傳感器；(2)圖(a)中甲、乙、丙分別為三種不同類型的橋面。對于凸形橋甲，其相對應(yīng)的壓力圖線應(yīng)是圖(b)電腦屏幕上的________(填a、b或c)；(3)如增大小球在斜槽上的高度，則在圖(b)中大致畫出小球通過凸形橋甲時的壓力圖線。答案：(1)力電(2)c(3)圖線與c相比較，最低點更低一點(圖略)解析：該傳感器把力信號轉(zhuǎn)化為電信號，屬于力電傳感器；小球經(jīng)過凸形橋甲的最高點時，壓力小于重量，其相對應(yīng)的壓力圖線應(yīng)是電腦屏幕上的c；增大小球在斜槽上的高度，小球經(jīng)凸形橋甲的最高點時壓力更小，其圖線與c相比較，最低點更低一點。本題的要求不高，但具有時代氣息，物理的學(xué)習也必須跟上時代的要求，這既是新課標的要求，也是物理學(xué)自身發(fā)展的需要，在平時的學(xué)習中，要注意對新情景問題的研究，提高分析處理實際問題的能力。13．傳感器擔負著信息的采集任務(wù)，在自動控制中發(fā)揮著重要作用，傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?如溫度、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測量的量(通常是電學(xué)量)，例如熱敏傳感器，主要是應(yīng)用了半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻。熱敏電阻阻值隨溫度變化的圖線如圖甲所示，圖乙是由熱敏電阻Rt作為傳感器制作的簡單自動報警器的線路圖。問：(1)為了使溫度過高時報警鈴響，c應(yīng)接在________(填“a”或“b”)；(2)若使啟動報警的溫度提高些，應(yīng)將滑動變阻器滑片P向________移動(填“左”或“右”)；(3)如果在調(diào)試報警器達最低報警溫度時，無論如何調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片P都不能使報警器工作，且電路連接完好，各電路元件都能處于工作狀態(tài)，則造成工作電路實際不能工作的原因可能是________。答案：(1)a(2)左(3)可能是乙圖中的電源電壓太低或繼電器線圈太少或彈簧勁度系數(shù)太大解析：(1)由圖甲可知當溫度升高時Rt的阻值減小，通過線圈的電流變大，線圈的磁感應(yīng)強度變大，對銜鐵的引力變大，可與a點接觸，欲使報警器報警，c應(yīng)接在a點。(2)若使啟動報警的溫度提高些，可使電路的相對電流減小一些，以使得熱敏電阻Rt的阻值減小的更大一些，所以將滑動變阻器滑片P向左移動，增大滑動變阻器接入電路的阻值。(3)在調(diào)試報警器達最低報警溫度時，無論如何調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片P都不能使報警器工作，可能是通過線圈的電流太小，線圈的磁感應(yīng)強度弱，對銜鐵的引力較小，也可能是彈簧的彈力較大，線圈的磁力不能將銜鐵吸引到和a接觸的狀態(tài)。所以可能是乙圖電源電壓太低或繼電器線圈匝數(shù)太少或彈簧勁度系數(shù)太大。三、論述·計算題(共4小題，42分。解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案不能得分，有數(shù)值計算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位)14．(10分)氣體傳感器利用物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)將某種氣體的濃度轉(zhuǎn)換成電信號輸出，如圖所示，B為將可燃氣體或有毒氣體濃度(CO，CH4瓦斯煤氣)轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，簡稱電子鼻，根據(jù)如下材料，U＝220V電源、M排風扇，G斷電器、A控制電源、S控制開關(guān)。請設(shè)計一個家用自動排煙電路，并在圖中完成連線圖。答案：如下圖所示。解析：電磁繼電器起開關(guān)作用，所以電池組、開關(guān)和電磁繼電器應(yīng)組成一個電路，另一個是由排風扇和高壓電源組成的電路。15．(10分)如圖所示為普通電冰箱內(nèi)溫度控制器的結(jié)構(gòu)。銅制的測溫泡1、細管2和彈性金屬膜盒3連通成密封的系統(tǒng)。里面充有氟甲烷和它的蒸氣，構(gòu)成了一個溫度傳感器。膜盒3為扁圓形(圖中顯示它的切面)，右表面固定，左表面通過小柱體與彈簧片4連接。盒中氣體的壓強增大時，盒體就會膨脹。測溫泡1安裝在電冰箱的冷藏室中。5、6分別是電路的動觸點和靜觸點，控制制冷壓縮機的工作。彈簧7的兩端分別連接到彈簧片4和連桿9上。連桿9的下端是裝在機箱上的軸。凸輪8是由設(shè)定溫度旋鈕(圖中未畫出)控制的，逆時針旋轉(zhuǎn)時凸輪連桿端右移，從而加大對彈簧7的拉力。(1)為什么當電冰箱內(nèi)溫度較高時壓縮機能夠自動開始工作，而在達到設(shè)定的低溫后又自動停止工作？(2)為什么凸輪可以改變設(shè)定的溫度？答案：見解析解析：(1)電冰箱內(nèi)溫度較高時，密封系統(tǒng)中的壓強增大，盒體膨脹，膜盒3通過小柱體帶動彈簧片4使動觸點5與靜觸點6接觸，控制壓縮機自動開始工作，而在達到設(shè)定的低溫時彈簧7帶動彈簧片4，使接觸點5、6斷開，壓縮機停止工作。(2)凸輪逆時針旋轉(zhuǎn)會加大連桿9對彈簧7的拉力，該拉力與膜盒3共同控制彈簧片4的運動，故彈簧7上彈力的