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2019年高中物理 第五章 傳感器及其應(yīng)用綜合檢測(cè) 魯科版選修3-2 一、選擇題(本題共7小題，每小題6分，共42分．每小題至少有一個(gè)選項(xiàng)是正確的．) 1．類人型機(jī)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(huì)自動(dòng)避讓并及時(shí)轉(zhuǎn)彎．下列有關(guān)該機(jī)器人“眼睛”的說(shuō)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 【解析】　遇到障礙物會(huì)繞開，說(shuō)明它是光傳感器，選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤． 【答案】　B 2．用遙控器調(diào)換電視頻道的過(guò)程，實(shí)際上就是傳感器把光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的過(guò)程，下列屬于這類傳感器的是(　　) A．紅外報(bào)警裝置 B．走廊照明燈的聲控裝置 C．自動(dòng)洗衣機(jī)中的壓力傳感裝置 D．電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器 【解析】　紅外報(bào)警裝置是傳感器把光信號(hào)(紅外線)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)；走廊照明燈的聲控裝置是傳感器把聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)；自動(dòng)洗衣機(jī)中的壓力傳感裝置是把位移信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)；電飯煲中控制加熱和保溫的溫控器把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)． 【答案】　A 3．有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三個(gè)元件，將這三個(gè)元件分別接入如圖1所示電路中的A、B兩點(diǎn)后．用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖1 A．置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這個(gè)元件一定是熱敏電阻 B．置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變化，這個(gè)元件一定是定值電阻 C．用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這個(gè)元件一定是光敏電阻 D．用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)不變化，這個(gè)元件一定是定值電阻 【解析】　熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化，定值電阻和光敏電阻不隨溫度變化而變化；光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度變化而變化，定值電阻和熱敏電阻不隨光照強(qiáng)度變化而變化．故A、C正確． 【答案】　AC 4．如圖2所示是會(huì)議室和賓館房間的天花板上裝有的火災(zāi)報(bào)警器的結(jié)構(gòu)原理圖：罩內(nèi)裝有發(fā)光二極管LED、光電三極管和不透明的擋板．平時(shí)光電三極管接收不到LED發(fā)出的光，呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是 (　　) 圖2 A．進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧遮擋了光線，使光電三極管電阻更大，檢測(cè)電路檢測(cè)出變化發(fā)出警報(bào) B．發(fā)生火災(zāi)時(shí)，光電三極管溫度升高，電阻變小，檢測(cè)電路檢測(cè)出變化發(fā)出警報(bào) C．發(fā)生火災(zāi)時(shí)，進(jìn)入罩內(nèi)的煙霧對(duì)光有散射作用，部分光線照到光電三極管上，電阻變小，發(fā)出警報(bào) D．以上說(shuō)法均不正確 【解析】　由報(bào)警器的原理可知，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙霧進(jìn)入罩內(nèi)，使光發(fā)生散射，部分光線照在三極管上，使其電阻變小，與傳感器相連的電路檢測(cè)出這種變化，發(fā)出警報(bào)，C對(duì)． 【答案】　C 5．壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小．某實(shí)驗(yàn)小組在升降機(jī)水平地面上利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷升降機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的裝置．其工作原理圖如圖3甲所示，將壓敏電阻、定值電阻R、電流顯示器、電源E連成電路，在壓敏電阻上放置一個(gè)絕緣重物.0～t1時(shí)間內(nèi)升降機(jī)停在某一樓層處，t1時(shí)刻升降機(jī)開始運(yùn)動(dòng)，從電流顯示器中得到電路中電流i隨時(shí)間t變化的情況如圖乙所示．則下列判斷正確的是(　　) 圖3 A．t1～t2時(shí)間內(nèi)絕緣重物處于超重狀態(tài) B．t3～t4時(shí)間內(nèi)絕緣重物處于失重狀態(tài) C．升降機(jī)開始時(shí)可能停在10樓，從t1時(shí)刻開始，經(jīng)向下加速、勻速、減速，最后停在1樓 D．升降機(jī)開始時(shí)可能停在1樓，從t1時(shí)刻開始，經(jīng)向上加速、勻速、減速，最后停在10樓 【解析】　t1～t2時(shí)間，電路中電流小于0～t1時(shí)間的電流，說(shuō)明壓敏電阻阻值變大，則其所受壓力小于0～t1時(shí)間所受壓力，即t1～t2時(shí)間壓敏電阻所受壓力小于絕緣重物重力，絕緣重物應(yīng)處于失重狀態(tài)，t3～t4時(shí)間絕緣重物處于超重狀態(tài)，所以C正確． 【答案】　C 6．如圖4所示RT為正溫度系數(shù)熱敏電阻，R1為光敏電阻，R2和R3均為定值電阻，電源電動(dòng)勢(shì)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(　　) 圖4 ①熱敏電阻溫度升高，其他條件不變 ②熱敏電阻溫度降低，其他條件不變 ③光照增強(qiáng)，其他條件不變 ④光照減弱，其他條件不變 A．①③　　　　　　　 B．①④ C．②③ D．②④ 【解析】　電壓表示數(shù)變大，而R3為定值電阻，說(shuō)明流經(jīng)R3的電流增大，由電路結(jié)構(gòu)可知，這可能是由于RT減小或R1增大，由熱敏電阻和光敏電阻特性知，可能是由于溫度降低或光照減弱，故②、④正確，①、③錯(cuò)誤． 【答案】　D 7．氧化錫傳感器主要用于汽車尾氣中一氧化碳濃度的檢測(cè)．它的電阻隨一氧化碳濃度的變化而變化，在如圖5甲所示的電路中，不同的一氧化碳濃度對(duì)應(yīng)著傳感器的不同電阻，這樣，顯示儀表的指針就與一氧化碳濃度有了對(duì)應(yīng)關(guān)系，觀察儀表指針就能判斷一氧化碳濃度是否超標(biāo)，有一種氧化錫傳感器，其技術(shù)資料中給出的是電導(dǎo)(即電阻的倒數(shù))—濃度曲線如圖乙，請(qǐng)判斷圖中電壓表示數(shù)U0與一氧化碳濃度c之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系正確的是(　　) 圖5 【解析】　當(dāng)一氧化碳濃度增大時(shí)，傳感器的電導(dǎo)增大，電阻R傳減小，由閉合電路歐姆定律知，電路中的電流I＝E/(R0＋R＋R傳＋r)增大，電壓表的示數(shù)U0＝IR0＝ER0/(R0＋R＋R傳＋r)增大，故C、D錯(cuò)誤，由題圖知，傳感器的電導(dǎo)與濃度成正比，傳感器的電阻R傳與濃度成反比，但電壓表的示數(shù)U0與傳感器的電阻R傳并不成正比關(guān)系，所以，電壓表示數(shù)U0與一氧化碳濃度c之間的關(guān)系圖線并不是直線，A錯(cuò)，答案為B. 【答案】　B 二、非選擇題(本題共4個(gè)小題，共58分．計(jì)算題要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟，有數(shù)值計(jì)算的要注明單位．) 8．(14分)如圖6甲所示是在溫度為10 ℃左右的環(huán)境中工作的某自動(dòng)恒溫箱原理簡(jiǎn)圖，箱內(nèi)的電阻R1＝20 kΩ，R2＝10 kΩ，R3＝40 kΩ，RT為熱敏電阻，它的電阻隨溫度變化的圖線如圖6乙所示．當(dāng)a、b端電壓Uab＜0時(shí)，電壓鑒別器會(huì)令開關(guān)S接通，恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱，使箱內(nèi)溫度升高；當(dāng)Uab＞0時(shí)，電壓鑒別器會(huì)使S斷開．停止加熱，恒溫箱內(nèi)的溫度恒定在________℃. 圖6 【解析】　設(shè)電路的路端電壓為U，當(dāng)Uab＝0時(shí)，有R2＝RT，解得RT＝20 kΩ.由圖乙可知，當(dāng)RT＝20 kΩ時(shí)，t＝35 ℃. 【答案】　35 9．(12分)如圖7甲是街道路燈的自動(dòng)控制開關(guān)模擬電路，日出燈熄，日落燈亮(如圖7乙)，試解釋工作原理． 　甲　　　　　　　　　　　　乙 圖7 【解析】　天亮?xí)r，光敏電阻受光照射阻值變小，電路中電流變大，電磁鐵磁性增強(qiáng)，吸引銜鐵，電路ce處斷開，燈滅；日落后，光敏電阻無(wú)光照射，阻值變大，a、b間電流變小，磁性減弱，ce處閉合，路燈亮． 【答案】　見(jiàn)解析 10．(16分)(xx?？跈z測(cè))全自動(dòng)洗衣機(jī)中，排水電磁閥是由程序控制器控制其動(dòng)作的．當(dāng)洗衣機(jī)進(jìn)行排水和脫水程序時(shí)，電磁鐵的線圈通電，使電磁鐵的鐵芯2運(yùn)動(dòng)，牽引排水閥的活塞打開，排出污水．牽引電磁鐵的結(jié)構(gòu)如圖8所示．當(dāng)程序控制器的控制電流通過(guò)線圈時(shí)，線圈和鐵芯1產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)的磁場(chǎng)，使鐵芯2磁化，由于磁體間相互作用，將鐵芯2吸入線圈，此時(shí)鐵芯2將拉動(dòng)閥門使閥門打開排水．同樣，控制器不輸出控制電流時(shí)，電磁鐵將失去磁性，彈簧(圖中未畫)將鐵芯2拉回原位，從而關(guān)閉閥門．想一想： 圖8 (1)某時(shí)刻輸入控制電流時(shí)，a為正、b為負(fù)，則鐵芯2中A端和B端分別是什么磁極？ (2)a、b處輸入的是正、負(fù)交變電流，鐵芯2是否仍然能吸入線圈？與恒定電流相比會(huì)有什么不同？ 【解析】　(1)利用安培定則判斷，A端為S極，B端為N極． (2)仍能吸入線圈，因?yàn)殍F芯仍能被磁化，且磁化后的磁性總是與線圈發(fā)生相吸的作用，但與恒定電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)相比，交變磁場(chǎng)強(qiáng)弱有變化，當(dāng)磁性減弱的時(shí)刻彈簧會(huì)將鐵芯2拉離線圈，因而會(huì)有振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲． 【答案】　見(jiàn)解析 11．(16分)如圖9所示是一種測(cè)量血壓的壓力傳感器在工作時(shí)的示意圖，薄金屬片P固定有4個(gè)可以形變的電阻R1、R2、R3、R4，如圖乙．圖甲是它的側(cè)面圖，這4個(gè)電阻連成的電路如圖丙所示，試回答下列問(wèn)題： 圖9 (1)開始時(shí)金屬片中央O點(diǎn)未加任何壓力，欲使電壓表無(wú)示數(shù)，則4個(gè)電阻應(yīng)滿足怎樣的關(guān)系？ (2)當(dāng)O點(diǎn)加一個(gè)壓力F后發(fā)生形變，這時(shí)4個(gè)電阻也隨之發(fā)生形變，形變后各電阻阻值大小如何變化？ 【解析】　(1)本題是求電路A、B兩點(diǎn)的電壓與4個(gè)電阻的關(guān)系，由于電壓表的電阻可以看做無(wú)窮大，因此本電路是R1與R2串聯(lián)，R3與R4串聯(lián)，然后它們?cè)俨⒙?lián)．設(shè)上面部分電流為I上，下面部分電流為I下，要使A點(diǎn)電勢(shì)等于B點(diǎn)電勢(shì)，則應(yīng)有電阻R1上的電壓等于R3上的電壓，電阻R2上的電壓等于電阻R4上的電壓，即I上R1＝I下R3①，I上R2＝I下R4②，聯(lián)立①②式得到＝. (2)當(dāng)在O點(diǎn)施加垂直于金屬片的壓力后，金屬片發(fā)生形變，由于電阻是固定在金屬片上的，因此R1、R4被拉長(zhǎng)，R2、R3被拉寬，即R1、R4增大，R2、R3減小，這時(shí)A、B兩點(diǎn)電勢(shì)不再相等． 【答案】　(1)＝ (2)R1 R4增大　R2 R3減小