2022-2022学年高中物理阶段测试4传感器含解析新人教版选修3-2.doc

阶段测试(四)　传感器
一、选择题(此题共8小题，每题6分，共48分．在每题给出的四个选项中，第1～4题只有一项符合题目要求，第5～8题有多项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得零分．)
一、选择题(此题共8小题，每题6分，共48分．在每题给出的四个选项中，第1～4题只有一项符合题目要求，第5～8题有多项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得零分．)
1．(2022·张掖校级月考)以下关于传感器的说法中不正确的选项是(　　)
A．传感器能将感受到的外部信息按照一定的规律转换为电信号
B．传感器在日常生活中并不常见
C．光敏电阻是一种利用光敏元件将光信号转化为电信号的传感器
D．热敏电阻是将温度的变化转化为电信号的传感器
【答案】B
【解析】传感器能将被测信号量的微小变化转换成电信号，担负着信息采集的任务，故A正确；传感器在生活中有着广泛的应用，故B不正确；光敏电阻是一种利用光敏元件将光信号转化为电信号的传感器，故C正确；热敏电阻是将温度的变化转化为电信号的传感器，故D正确．此题选不正确的，应选B.
2．许多楼道照明灯具有这样的功能：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响，它的控制电路中可能接入的传感器是(　　)
①温度传感器　②光传感器　③声音传感器　④热传感器
A．①② B．②③
C．③④ D．②④
【答案】B
【解析】楼道灯控制电路中安装有光声控延时开关，它装有光敏感元件，用于感知外界光线的强弱，还安装有声敏感元件用于感知外界声响．当白天外界光线较强时，光声控延时开关总处于断开状态，灯不亮；当夜晚光线较弱且有声响时光声控延时开关处于导通状态，灯亮，延时一段时间后，开关断开，灯熄灭．
3．计算机键盘是由两片金属切片组成的小电容器，该电容器的电容可用公式C＝计算，式中εr＝9×10－12 F/m，S为金属片的正对面积，d表示两金属片的间距．当键被按下时，此电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能检测出是哪个键被按下了，从而给出相应的信号．设每个金属片的正对面积为50 mm2，键未按下时两金属片的距离为0.6 mm.如果电容变化0.25 pF，电子线路恰能检测出必要的信号，那么键至少需要被按下(　　)
A．0.15 mm B．0.25 mm
C．0.35 mm D．0.45 mm
【答案】A
【解析】由题给公式可知，键未按下时电容
C0＝＝ F＝0.75×10－12 F
恰能检测出信号时的电容
C′＝C0＋ΔC＝(0.75＋0.25) pF＝
故d′＝，Δd＝＝0.15 mm.所以A正确．
4．(2022·青浦一模)酒精测试仪用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车及其他严禁酒后作业人员的现场检测，它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器．酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化，在如下图的电路中，不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系．如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r′的倒数与酒精气体的浓度c成正比，那么，电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的选项是(　　)
A．U越大，表示c越小，c与U成反比
B．U越大，表示c越小，但c与U不成反比
C．U越大，表示c越大，c与U成正比
D．U越大，表示c越大，但c与U不成正比
【答案】D
【解析】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：＝kc(k是比例系数) ①.
根据欧姆定律得：＝＝ ②
由①②整理得：U＝
由数学知识知，U越大，c越大，但两者不成正比．故D正确．
5．以下关于光传感火灾报警器的说法正确的选项是(　　)
A．发光二极管、光电三极管都是由半导体材料制成的
B．光电三极管与光敏电阻一样都是光敏感元件，都是将光信号转换为电信号
C．发光二极管发出的是脉冲微光
D．如果把挡板撤去，火灾报警器照样工作
【答案】AB
【解析】发光二极管、光电三极管都是由半导体材料制成的，A正确；光电三极管是将光信号转换为电信号的元件，B正确；发光二极管工作时是持续发光的，如果把挡板撤去，光始终照到光电三极管上，始终发出警报，和有无火灾无关，C、D错误．
6．北半球海洋某处，地磁场水平分量B1＝0.8×10－4 T，竖直分量B2＝0.5×10－4 T，海水向北流动．海洋工作者测量海水的流速时，将两极板竖直插入此处海水中，保持两极板正对且垂线沿东西方向，两极板相距L＝20 m，如下图．与两极板相连的电压表(可看作理想电压表)示数为U＝0.2 mV，那么以下说法错误的选项是(　　)
A．西侧极板电势高，东侧极板电势低，且海水的流速大小为0.125 m/s
B．西侧极板电势高，东侧极板电势低，且海水的流速大小为0.2 m/s
C．西侧极板电势低，东侧极板电势高，且海水的流速大小为0.125 m/s
D．西侧极板电势低，东侧极板电势高，且海水的流速大小为0.2 m/s
【答案】ACD
【解析】正负离子向北流动，受到洛伦兹力，正离子向西侧极板偏转，负离子向东侧极板偏转，两极板间形成电场，最终正负离子受电场力和洛伦兹力处于平衡，有qvB＝q，所以v＝＝ m/s＝0.2 m/s.
西侧极板带正电，东侧极板带负电，所以西侧极板电势高，东侧极板电势低，故B正确，A、C、D错误．
7．计算机光驱的主要局部是激光头，它可以发射脉冲激光信号，激光扫描光盘信息时，激光头利用光敏电阻自动计数器将反射回来的脉冲信号传输给信号处理系统，再通过计算机显示出相应信息．光敏电阻自动计数器的示意图如右以下图所示，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻，此光电计数器的根本工作原理是(　　)
A．当有光照射R1时，处理系统获得高电压
B．当有光照射R1时，处理系统获得低电压
C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D．信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
【答案】AD
【解析】当有光照射R1时，光敏电阻变小，回路电流变大，R2两端的电压升高；处理系统获得高电压，系统获得信息那么计数一次．
8．(2022·衡水校级月考)压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断升降机运动状态的装置，其工作原理如图(a)所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动过程的0到t1时间内，升降机静止，电流表示数I0，如图(b)．那么(　　)
A．t1到t2时间内升降机匀速上升 B．t1到t2时间内升降机加速上升
C．t2到t3时间内升降机匀速上升 D．t2到t3时间内升降机匀加速上升
【答案】BD
【解析】t1到t2时间内，电流增大，电阻减小，因为压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，所以压力增大，静止时FN＝mg，t1到t2时间内根据牛顿第二定律FN－mg＝ma，合力向上，加速度向上，向上做加速度增大的加速运动，故A错误、B正确；t2到t3时间内电流不变，电阻不变，压力不变，电流大于静止时的电流，压力大于静止时的压力，对物块受力分析，受到重力和支持力，根据牛顿第二定律FN－mg＝ma，合力向上，加速度向上，加速度不变，所以t2到t3时间内升降机匀加速上升，故C错误、D正确．
二、非选择题(本大题4小题，共52分．按题目要求作答，解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位)
9．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________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________(填a、b或c)；
(3)如增大小球在斜槽上的高度，那么在图乙中大致画出小球通过凸形桥甲时的压力图线．
【答案】(1)力电　(2)c
(3)图线与c相比拟，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，压力小于重量，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相比拟，最低点更低一点．此题的要求不高，但具有时代气息，物理的学习也必须跟上时代的要求，这既是新课标的要求，也是物理学自身开展的需要，在平时的学习中，要注意对新情景问题的研究，提高分析处理实际问题的能力．
10．传感器担负着信息的采集任务，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)，例如热敏传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻．热敏电阻阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是由热敏电阻RT作为传感器制作的简单自动报警器的线路图．问：
(1)为了使温度过高时报警铃响，c应接在________(填“a〞或“b〞)；
(2)假设使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片P向________移动(填“左〞或“右〞)；
(3)如果在调试报警器达最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，那么造成工作电路实际不能工作的原因可能是___________________________________________________．
【答案】(1)a　(2)左
(3)可能是乙图中的电源电压太低或继电器线圈太少或弹簧劲度系数太大
【解析】(1)由图甲可知当温度升高时RT的阻值减小，通过线圈的电流变大，线圈的磁通量变大，对衔铁的引力变大，可与a点接触，欲使报警器报警，c应接在a点．
(2)假设使启动报警的温度提高些，可使电路的相对电流减小一些，以使得热敏电阻RT的阻值减小的更大一些，所以将滑动变阻器滑片P向左移动，增大滑动变阻器接入电路的阻值．
(3)在调试报警器达最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，可能是通过线圈的电流太小，线圈的磁通量小，对衔铁的引力较小，也可能是弹簧的弹力较大，线圈的磁力不能将衔铁吸引到和a接触的状态．所以可能是乙图电源电压太低或继电器线圈匝数太少或弹簧劲度系数太大．
11．图甲为某同学研究自感现象的实验电路图，用电流传感器显示各时刻通过线圈L的电流．电路中电灯的电阻R1＝6.0 Ω，定值电阻R＝2.0 Ω，AB间电压U＝6.0 V．开关S原来闭合，电路处于稳定状态，在t1＝1.0×10－3 s时刻断开开关S，此时刻前后电流传感器显示的电流随时间变化的图线如图乙所示．
(1)求出线圈L的直流电阻RL；
(2)指出图甲中断开开关后通过电灯的电流方向；
(3)在t2＝1.6×10－3 s时刻线圈L中的感应电动势的大小是多少？
【答案】(1)2 Ω　(2)电流方向向左　(3)3.0 V
【解析】(1)由图读出，开始时流过电感线圈L的电流I0＝1.5 A
由欧姆定律I0＝，解得RL＝－R＝2 Ω.
(2)电流方向向左．
(3)由图读出，t2＝1.6×10－3 s时刻线圈L的电流I＝0.30 A
线圈L此时是一个电源
由全电路欧姆定律E＝I(RL＋R＋R1)，得E＝3.0 V.
12．用如下图的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度，该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组合成的压力传感器，用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0 kg的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出．现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后．汽车静止时，传感器a、b的示数均为10 N．(g取10 m/s2)
(1)假设传感器a的示数为14 N，b的示数为6.0 N，求此时汽车的加速度大小和方向；
(2)当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零？
【答案】(1)4 m/s2　向右　(2)10 m/s2　向左
【解析】传感器上所显示出力的大小，即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知，此即为弹簧上的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小．
(1)如下图．依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力F1＝14 N，右侧弹簧对滑块向左的推力F2＝6.0 N
滑块所受合力产生加速度a1，根据牛顿第二定律有F1－F2＝ma1
得a1＝＝ m/s2＝4 m/s2，a1与F1同方向，即向前(向右)．
(2)a传感器的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F1′＝0，因两弹簧相同，左弹簧伸长多少，右弹簧就缩短多少，所以右弹簧的弹力变为F2′＝20 N，方向向左．
滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得F合＝F2′＝ma2，
得a2＝＝10 m/s2.
a2与F2′同方向，即向后(向左)．