2024年高考物理選修二專題練習第1～3節(jié)　認識傳感器、常見傳感器的工作原理及應用、利用傳感器制作簡單的自動控制裝置

《模型畫法·物理課堂》馮考必勝第1～3節(jié)認識傳感器、常見傳感器的工作原理及應用、利用傳感器制作簡單的自動控制裝置【刷基礎】【題型1傳感器的原理】1．[安徽合肥市六校2021高二上期末]醫(yī)生將非接觸式測溫儀靠近但不接觸病人身體，即可測得病人體溫，這類測溫儀利用的傳感器是()A．聲音傳感器B．紅外線傳感器C．氣體傳感器D．壓力傳感器答案：B解析：非接觸式測溫儀能將物體發(fā)出的紅外線信號轉化為電信號，所以測溫儀利用的是紅外線傳感器，B正確．2．[河北石家莊二中2021高二下月考]目前，傳感器已經廣泛應用于生產、生活、科學研究等各個領域，關于傳感器的應用，下列說法中正確的是()A．自動洗衣機中的壓力傳感器、數字體重計所用的測力裝置都應用了力傳感器B．走廊照明燈的聲控開關、紅外報警裝置都應用了聲音傳感器C．發(fā)光二極管是一種常用的光傳感器，其作用是將光信號轉換為電信號D．霍爾元件能把磁感應強度這個磁學量轉換成電阻這個電學量答案：A解析：自動洗衣機中的壓力傳感器、數字體重計所用的測力裝置都應用了力傳感器，A正確；天黑樓道里出現聲音時，樓道里的燈才亮，說明它的控制電路中既有聲音傳感器，又有光傳感器，但紅外報警裝置是應用了紅外線傳感器，B錯誤；發(fā)光二極管是將電信號轉化為光信號，不是光傳感器，C錯誤；霍爾元件能把磁感應強度這個磁學量轉換成電壓這個電學量，D錯誤．【題型2含光敏電阻、熱敏電阻的電路分析】3．(多選)如圖甲所示的電路中，理想變壓器原、副線圈匝數比為10∶1，圖中電表均為理想電表，R、L和D分別是光敏電阻(其阻值隨光強增大而減小)、電感線圈和燈泡．原線圈接入如圖乙所示的正弦交流電壓u，下列說法正確的是()A．電壓u的頻率為50HzB．電壓表的示數為22eq\r(2)VC．有光照射R時，電流表的示數變大D．抽出L中的鐵芯，燈泡D變亮答案：ACD解析：原線圈接入題圖乙所示的電壓，T＝0.02s，所以頻率為f＝eq\f(1,T)＝50Hz，故A正確；原線圈接入電壓的最大值是220eq\r(2)V，所以原線圈接入電壓的有效值是U＝220V，理想變壓器原、副線圈匝數比為10∶1，所以副線圈兩端電壓的有效值是22V，所以電壓表的示數為22V，故B錯誤；有光照射R時，R的阻值減小，副線圈所在電路電流增大，副線圈輸出功率增大，所以原線圈輸入功率增大，原線圈所在電路電流增大，所以電流表的示數變大，故C正確；抽出L中的鐵芯，電感線圈的自感系數減小，電感線圈對電流的阻礙減小，所以燈泡D變亮，故D正確．4．[四川南充川綿外國語學校2021高二上期末]某同學準備用一種熱敏電阻制作一只電阻溫度計．他先通過實驗描繪出一段該熱敏電阻的I－U曲線，如圖甲所示，再將該熱敏電阻Rt，與某一定值電阻串聯接在電路中，用理想電壓表與定值電阻并聯，并在電壓表的表盤上標注溫度值，制成電阻溫度計，如圖乙所示．下列說法中正確的是()A．從圖甲可知，該熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而增大B．圖乙中電壓表的指針偏轉角越大，溫度越高C．溫度越高，整個電路消耗的功率越小D．若熱敏電阻的阻值隨溫度均勻變化，則表盤上標注溫度刻度也一定是均勻的答案：B解析：I－U圖像上的點與原點連線的斜率的倒數表示電阻，由題圖甲可知，I越大，電阻越小，而溫度越高，則熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，選項A錯誤；溫度越高，Rt阻值越小，熱敏電阻Rt與定值電阻R串聯接在電路中，電路中電流越大，R的電壓越大，電壓表的指針偏轉角越大，因此電壓表的指針偏轉角越大，表示溫度越高，選項B正確；溫度越高，電路中電流越大，由P＝IE可知，整個電路消耗的功率越大，選項C錯誤；若熱敏電阻的阻值隨溫度線性變化，由閉合電路歐姆定律得，U＝eq\f(RE,R＋Rt＋r)，可知電壓表示數不是均勻變化的，選項D錯誤．【題型3力傳感器的實際應用】5．[河北保定曲陽一中2020高二上月考](多選)有一種測量人體重的電子秤，其原理如圖中虛線框內所示，它主要由三部分構成：踏板、壓力傳感器R(阻值可隨壓力變化而變化的電阻)、顯示體重的儀表A(實質是理想電流表)．設踏板的質量可忽略不計，已知理想電流表的量程為0～3A，電源電動勢為12V，內阻為2Ω，壓力傳感器的電阻R隨壓力變化的函數關系為R＝30－0.02F(Ω)．下列說法正確的是()A．該秤能測量的最大體重是1400NB．該秤能測量的最大體重是1300NC．該秤零刻度線(即踏板空載時的刻度線)應標在電流表A刻度盤0.375A處D．該秤零刻度線(即踏板空載時的刻度線)應標在電流表A刻度盤0.400A處答案：AC解析：當電路中電流I＝3A時，電子秤測量的體重最大．由歐姆定律I＝eq\f(E,R＋r)得R＝eq\f(E,I)－r＝2Ω，代入R＝30－0.02F(Ω)得F＝1400N，故A正確，B錯誤；踏板空載時F＝0，代入R＝30－0.02F(Ω)得電阻R＝30Ω，由歐姆定律得I＝eq\f(E,R＋r)＝0.375A，所以該秤零刻度線(即踏板空載時的刻度線)應標在電流表A刻度盤0.375A處，故C正確，D錯誤．【題型4溫度傳感器的實際應用】6.如圖所示是溫度自動報警器的工作原理圖，圖中1是電磁鐵、2是銜鐵、3是觸點、4是水銀溫度計(水銀導電)．則下列說法正確的是()A．溫度高于警戒溫度時，電鈴不報警、指示燈亮B．溫度低于警戒溫度時，電鈴報警、指示燈熄滅C．溫度高于警戒溫度時，指示燈亮、電鈴報警D．溫度低于警戒溫度時，指示燈亮、電鈴不報警答案：D解析：溫度低于警戒溫度時，水銀柱下降，控制電路處于開路狀態(tài)，電磁鐵線圈中沒有電流通過，電磁鐵沒有磁性，此時指示燈通過常閉觸點與工作電路接通，指示燈亮，電鈴不報警，故B錯誤，D正確；溫度高于警戒溫度時，水銀柱上升，控制電路處于接通狀態(tài)，電磁鐵線圈中有電流通過，電磁鐵有磁性，此時電鈴通過觸點3與工作電路接通，電鈴報警，此時指示燈所在的電路中沒有電流，指示燈不亮，故A、C錯誤．7．溫度傳感器廣泛應用于家用電器中，它是利用熱敏電阻的阻值隨溫度變化的特性來工作的．圖甲所示為某裝置中的傳感器工作原理圖，已知電源的電動勢E＝9.0V，內阻不計，G為靈敏電流表，其內阻Rg保持不變；R為熱敏電阻，其阻值隨溫度的變化關系如圖乙所示．閉合開關S，當R的溫度等于20℃時，電流表示數I1＝2mA；當電流表的示數I2＝3.6mA時，熱敏電阻的溫度是()A．60℃B．80℃C．100℃D．120℃答案：D解析：由題圖乙可知，當R的溫度等于20℃時，熱敏電阻的阻值R1＝4kΩ，由I1＝eq\f(E,R1＋Rg)可得Rg＝0.5kΩ，當電流I2＝3.6mA時，由I2＝eq\f(E,R2＋Rg)可得R2＝2kΩ，結合題圖乙知此時熱敏電阻的溫度為120℃，故選D.【題型5光傳感器的實際應用】8．如圖所示是某居民小區(qū)門口利用光敏電阻設計的行人監(jiān)控裝置，R1為光敏電阻(光照增強電阻變小)，R2為定值電阻，A、B接監(jiān)控裝置．則下列說法正確的是()①當有人通過通道而遮蔽光線時，A、B之間電壓升高②當有人通過通道而遮蔽光線時，A、B之間電壓降低③當僅增大R2的阻值時，可增大A、B之間的電壓④當僅減小R2的阻值時，可增大A、B之間的電壓A．①③B．①④C．②③D．②④答案：C解析：由電路圖可知，兩電阻串聯，監(jiān)控裝置與R2并聯．當有人通過通道而遮蔽光線時，R1阻值變大，電路中的總電阻變大；根據閉合電路歐姆定律可知，電路中的電流變小，根據U＝IR可知，R2阻值不變時，其兩端的電壓變小，即A、B之間電壓降低，故②正確，①錯誤；當僅增大R2的阻值時，根據串聯分壓規(guī)律可知，R2兩端的電壓變大，即A、B之間電壓升高，故③正確，④錯誤．故C正確．【題型6霍爾元件的工作原理】9．(多選)霍爾式位移傳感器的測量原理如圖所示，有一個沿z軸方向均勻變化的勻強磁場，磁感應強度B＝B0＋kz(B0、k均為常數)．將霍爾元件固定在物體上，保持通過霍爾元件的電流I不變(方向如圖所示)，當物體沿z軸正方向平移時，由于位置不同，霍爾元件在y軸方向的上、下表面的電勢差U也不同．則()A．磁感應強度B越大，上、下表面的電勢差U越大B．k越大，傳感器靈敏度eq\f(ΔU,Δz)越高C．若圖中霍爾元件是電子導電，則下表面電勢高D．電流越大，上、下表面的電勢差U越小答案：AB解析：若霍爾元件中移動的是自由電子，自由電子受到洛倫茲力發(fā)生偏轉，根據左手定則可判斷上、下兩表面分別帶上正、負電荷，從而形成電勢差，最終電子在電場力和洛倫茲力的作用下處于平衡狀態(tài)，故下表面電勢低，故C錯誤；最終電子在電場力和洛倫茲力的作用下處于平衡狀態(tài)，設霍爾元件的長、寬、高分別為a、b、c，有qeq\f(U,c)＝qvB，電流的微觀表達式為I＝nvSq＝nvbcq，代入得U＝eq\f(BI,nqb)，所以B越大，上、下表面的電勢差U越大；電流越大，上、下表面的電勢差U越大，故A正確，D錯誤；根據B＝B0＋kz知，k越大，B隨z的變化越快，根據U＝eq\f(BI,nqb)知，U隨z的變化越快，傳感器靈敏度eq\f(ΔU,Δz)越高，故B正確．10．電動自行車是一種應用廣泛的交通工具，其速度控制是通過轉動右把手實現的，這種轉動把手稱為“霍爾轉把”，屬于傳感器非接觸控制．轉把內部有永久磁鐵和霍爾器件等，截面如圖甲．開啟電源時，在霍爾器件的上、下面之間加一定的電壓，形成電流，如圖乙．隨著轉把的轉動，其內部的永久磁鐵也跟著轉動，霍爾器件能輸出控制車速的電壓，已知電壓與車速關系如圖丙．以下關于“霍爾轉把”敘述正確的是()A．為提高控制的靈敏度，永久磁鐵的上、下端分別為N、S極B．按圖甲順時針轉動電動車的右把手，車速將變快C．圖乙中從霍爾器件的左、右側面輸出控制車速的霍爾電壓D．若霍爾器件的上、下面之間所加電壓正負極性對調，將影響車速控制答案：B解析：由于在霍爾器件的上、下面之間加一定的電壓，形成電流，當永久磁鐵的上、下端分別為N、S極時，在霍爾器件內磁場方向與電子的移動方向平行，則電子不受洛倫茲力作用，霍爾器件不能輸出控制車速的霍爾電壓，故A錯誤；當按圖甲順時針轉動電動車的右把手，霍爾器件周圍的磁場增強，則霍爾器件輸出控制車速的霍爾電壓增大，因此車速將變快，故B正確；根據題意，結合圖乙的示意圖，永久磁鐵的N、S極可能在左、右側面，或在前、后表面，因此從霍爾器件輸出控制車速的霍爾電壓不一定在霍爾器件的左、右側面，也可能在前、后面，故C錯誤；當霍爾器件的上、下面之間所加電壓正負極性對調，從霍爾器件輸出控制車速的霍爾電壓正負號相反，由圖丙可知不會影響車速控制，故D錯誤．【題型7傳感器實驗電路的設計及應用】11．[廣東深圳實驗學校2021高二下階段考試]某科技小組設計了一種“車輛闖紅燈違規(guī)記錄儀”，在路面停止線前側埋上壓敏電阻，其阻值隨壓力的變化如圖甲所示，和壓敏電阻組合的儀器如圖乙所示，儀器主要由控制電路和工作電路組成，控制電路中的光控開關接收到紅光時會自動閉合，接收到綠光或黃光時會自動斷開；控制電路中電源的電動勢為9V，內阻為2Ω，繼電器線圈電阻為8Ω，滑動變阻器連入電路的電阻為50Ω；當控制電路中的電流大于0.06A時，銜鐵會被吸引，從而啟動工作電路，電控照相機拍照記錄違規(guī)車輛．(1)當紅燈亮時，若車輛越過停止線，電流表A的示數會變________(填“大”或“小”)．(2)質量超過________kg的車輛闖紅燈時才會被拍照記錄(重力加速度為10m/s2)．(3)若要增大“車輛闖紅燈違規(guī)記錄儀”的靈敏度，即違規(guī)車輛的質量比第(2)問結果小，也會被拍照記錄，則滑動變阻器的滑片應向________(填“a”或“b”)端滑動．解析：(1)當紅燈亮時，若車輛越過停止線，壓敏電阻所受壓力增大，阻值減小，控制電路中總電阻減小，電流增大，電流表的示數會變大．(2)設壓敏電阻阻值為R時控制電路中的電流等于0.06A，則eq\f(9,2＋8＋50＋R)A＝0.06A，解得R＝90Ω，由題圖甲可知，此時壓敏電阻受到的壓力為5×103N，則汽車的質量為500kg，所以質量超過500kg的車輛闖紅燈時才會被拍照記錄．(3)若要增大“車輛闖紅燈違規(guī)記錄儀”的靈敏度，即車輛質量小于500kg也要拍照，當車輛質量小于500kg，壓敏電阻阻值大于90Ω，此時若要拍照，電路中的總電阻不大于150Ω，就要減小接入電路的滑動變阻器的阻值，滑片應該向b端滑動．【刷易錯】【易錯點對傳感器與電路的動態(tài)過程分析不清】12．(多選)陶瓷傳感器可以用于分析氣體中酒精蒸氣的含量，常用于檢查駕駛人員是否飲酒．如果司機飲酒，血液中的酒精成分會擴散到呼出的氣體中，呼出的氣體噴向傳感器，傳感器的電阻將隨酒精蒸氣濃度變化發(fā)生相應的變化，從而可以檢測血液中的酒精含量．某種陶瓷氣敏傳感器的電導(即電阻的倒數)與氣體中酒精蒸氣濃度C的關系如圖甲所示．現用其組成如圖乙所示的檢測電路(電源內阻為r，電流表內阻不計)．對此，以下