2024-2025版高中物理第六章傳感器單元評價含解析新人教版選修3-2

PAGE14-單元素養(yǎng)評價(三)(第六章)(90分鐘100分)一、選擇題(本題共12小題,每小題4分,共48分。其中1～10題為單選,11、12題為多選)1.關(guān)于光敏電阻和熱敏電阻,下列說法中正確的是 ()A.光敏電阻是用半導(dǎo)體材料制成的,其阻值隨光照增加而減小,隨光照的減弱而增大B.光敏電阻是能把光照強(qiáng)度這個光學(xué)量轉(zhuǎn)換為電流這個電學(xué)量的傳感器C.熱敏電阻是用金屬鉑制成的,它對溫度感知很靈敏D.熱敏電阻是把熱量這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量的傳感器【解析】選A。光敏電阻是把光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電阻的元件,熱敏電阻是把溫度轉(zhuǎn)換為電阻的元件,故B、D錯誤;熱敏電阻與金屬熱電阻是兩個不同的概念,熱敏電阻和光敏電阻都是用半導(dǎo)體材料制成的,某些半導(dǎo)體具有光敏性和熱敏性,金屬熱電阻隨溫度上升電阻增大,但靈敏度不高,故C錯誤。2.如圖所示是一種水位自動報警器的原理示意圖,當(dāng)杯中水的水位到達(dá)金屬塊B時,出現(xiàn)的狀況是 ()A.L1燈亮B.L2燈亮C.L1、L2兩燈同時亮 D.L1、L2兩燈都不亮【解析】選B。由電路結(jié)構(gòu)可以看出,當(dāng)杯中的水位到達(dá)B時,左端電路被接通,這樣螺線管就產(chǎn)生磁場,相當(dāng)于一個磁鐵,對與彈簧相連的金屬片產(chǎn)生吸引作用,使之向下移動,這樣L2電路被接通。【加固訓(xùn)練】壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小,有位同學(xué)設(shè)計了利用壓敏電阻推斷升降機(jī)運(yùn)動狀態(tài)的裝置,如圖所示,將壓敏電阻固定在升降機(jī)底板上并接入電路,其上放置物塊;合上電鍵后,在升降機(jī)運(yùn)動過程的某一段時間內(nèi),發(fā)覺電流表的示數(shù)I不變,且I大于升降機(jī)靜止時電流表的示數(shù)I0,在這段時間內(nèi) ()A.升降機(jī)可能勻速上升B.升降機(jī)肯定在勻減速上升C.升降機(jī)肯定處于失重狀態(tài)D.升降機(jī)肯定在勻加速上升【解析】選C。在升降機(jī)運(yùn)動過程中發(fā)覺I大于升降機(jī)靜止時電流表的示數(shù)I0,則說明不行能勻速運(yùn)動,故A錯誤;在升降機(jī)運(yùn)動過程中發(fā)覺電流表示數(shù)不變,則說明是勻變速運(yùn)動,且I大于升降機(jī)靜止時電流表的示數(shù)I0,則可知外電壓變大,內(nèi)電壓變小,說明電流變小,所以是電阻變大,由壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減小,則壓力變小,因此加速度方向向下,可能向下勻加速,也可能向上勻減速,故B、D錯誤,C正確。3.如圖所示為某電容傳聲器結(jié)構(gòu)示意圖,膜片和極板組成一個電容器,當(dāng)人對著傳聲器講話時,膜片會振動。若某次膜片振動時,膜片與極板間的距離減小,則在此過程中 ()A.膜片與極板所組成的電容器的電容變小B.極板的帶電荷量增大C.膜片與極板間的電場強(qiáng)度變小D.電阻R中無電流通過【解析】選B。某次膜片振動時,膜片與極板間的距離減小,由C=,它們組成的電容器的電容增大,選項(xiàng)A錯誤;由C=知,U不變的狀況下,電容增大,則電容器極板所帶電荷量Q增大,選項(xiàng)B正確;由E=知,U不變,d減小,則場強(qiáng)E增大,選項(xiàng)C錯誤;極板的帶電荷量增大,電容器充電,電阻R中有電流通過,選項(xiàng)D錯誤。4.如圖所示,將一光敏電阻接入多用電表兩表筆上,將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋,用光照耀光敏電阻時,表針的偏角為θ;現(xiàn)用手掌攔住部分光線,表針的偏角為θ′,則可推斷 ()A.θ′=θB.θ′<θC.θ′>θ D.不能確定【解析】選B。光敏電阻的阻值隨光照強(qiáng)度的增加而減小,用手掌攔住部分光線,阻值變大,指針自左向右偏轉(zhuǎn)角度變小。5.如圖所示是利用電容器測量角度的傳感器示意圖。當(dāng)動片和定片之間的角度θ發(fā)生變更時,電容C便發(fā)生變更,測出C的變更狀況,就可知道θ的變更狀況。選項(xiàng)圖的四個圖象中,能正確反映C和θ間函數(shù)關(guān)系的是 ()【解析】選A。因?yàn)殡娙莺蛢蓧K極板之間正對面積的大小是成正比的。而θ的增大使得動片和定片的正對面積減小,所以使得C減小,又因?yàn)棣仍龃髮?dǎo)致正對面積減小是依據(jù)線性規(guī)律變更的,所以A正確。6.如圖所示是某種汽車上的一種自動測定油箱內(nèi)油面高度的裝置。R是滑動變阻器,它的金屬滑片是杠桿的一端,從油量表(由電流表改裝而成)指針?biāo)傅目潭?就可以知道油箱內(nèi)油面的高度。當(dāng)滑動變阻器的金屬滑片向下移動時,則 ()A.電路中的電流減小,油箱油面降低B.電路中的電流減小,油箱油面上升C.電路中的電流增大,油箱油面降低D.電路中的電流增大,油箱油面上升【解析】選D。當(dāng)油箱油面上升時,由于浮力作用使金屬滑片向下移動,回路電阻減小,電流增大,故選項(xiàng)D正確。7.如圖所示是一個路燈自動限制門電路。天黑了,路燈自動接通,天亮了,路燈自動熄滅。RG是光敏電阻(有光照耀時,阻值會顯著減小),R是分壓電阻,J是路燈總開關(guān)限制繼電器(路燈電路未畫),虛線框內(nèi)應(yīng)安裝的門電路是 ()A.“與”門電路 B.“非”門電路C.“或”門電路 D.前面三種電路都可以【解析】選B。有光照時,RG變小,R兩端電壓增大,即輸入的為高電勢,而J上電壓必需足夠小繼電器才不工作,路燈是不亮的,所以應(yīng)為“非”門電路。8.2007年諾貝爾物理學(xué)獎授予了兩位發(fā)覺“巨磁電阻”效應(yīng)的物理學(xué)家。某探究小組查到某磁敏電阻在室溫下的電阻隨磁感應(yīng)強(qiáng)度變更的曲線如圖甲所示,其中R、R0分別表示有、無磁場時磁敏電阻的阻值。為檢驗(yàn)其磁敏特性設(shè)計了圖乙所示電路。關(guān)于這個試驗(yàn),下列說法中正確的是 ()A.閉合開關(guān)S,圖乙中只增加磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小時,伏特表的示數(shù)增大B.閉合開關(guān)S,圖乙中只增加磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小時,安培表的示數(shù)增大C.閉合開關(guān)S,圖乙中只將磁場方向改為與原來方向相反時,伏特表的示數(shù)減小D.閉合開關(guān)S,圖乙中只將磁場方向改為與原來方向相反時,安培表的示數(shù)減小【解析】選A。由圖甲可以看出,磁敏電阻的阻值與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向無關(guān),只與磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小有關(guān),隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度變大,電阻變大;閉合開關(guān)S,圖乙中只增加磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小時,磁敏電阻的阻值變大,則干路總電流減小即安培表示數(shù)減小,由內(nèi)電壓和滑動變阻器RP電壓減小,依據(jù)閉合電路歐姆定律可知伏特表的示數(shù)增大,故A正確,B錯誤;磁敏電阻的阻值與磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向無關(guān),所以閉合開關(guān)S,圖乙中只變更磁場方向與原來方向相反時,伏特表和安培表的示數(shù)不變,故C、D錯誤。9.如圖所示是一種加速度計的設(shè)計圖。較重的滑塊2可以在光滑的框架1中平移,滑塊兩側(cè)用兩根相同的彈簧3拉著;R為滑動變阻器,4是滑動片,它與變阻器任一端間的電阻值都與它到這端的距離成正比。兩個電池E的電壓相同。按圖連接電路后,調(diào)電壓表指針恰好在中心的零點(diǎn)。已知當(dāng)P端的電勢高于Q端時,指針向零點(diǎn)右側(cè)偏轉(zhuǎn)。將框架固定在運(yùn)動的物體上,則下列說法正確的是 ()A.當(dāng)框架和物體一起向右勻速運(yùn)動時,電壓表的指針將向右偏轉(zhuǎn)B.當(dāng)框架和物體一起向左勻速運(yùn)動時,電壓表的指針將向右偏轉(zhuǎn)C.當(dāng)框架和物體一起向右加速運(yùn)動時,電壓表的指針將向右偏轉(zhuǎn)D.當(dāng)框架和物體一起向左加速運(yùn)動時,電壓表的指針將向右偏轉(zhuǎn)【解析】選D。當(dāng)框架和物體一起向右或向左勻速運(yùn)動時,物塊處于正中心平衡,電壓表兩端點(diǎn)P與Q間的電勢相等,則電壓表示數(shù)為零,則A、B均錯誤。當(dāng)物體具有向右的加速度時,滑塊所受的彈簧的拉力的合力向右,滑塊向左移動,依據(jù)順著電流方向電勢降低,可知P端的電勢低于Q端的電勢,則電壓表的指針將向零點(diǎn)左側(cè)偏轉(zhuǎn),故C錯誤。當(dāng)物體有向左的加速度時,滑塊所受的彈簧的合力向左,滑塊向右移動,依據(jù)順著電流方向電勢降低,可知P端的電勢高于Q端的電勢,則電壓表的指針將向零點(diǎn)右側(cè)偏轉(zhuǎn),故D正確。10.如圖所示為一種常見的身高體重測量儀。測量儀頂部向下放射波速為v的超聲波,超聲波經(jīng)反射后返回,被測量儀接收,測量儀記錄放射和接收的時間間隔。質(zhì)量為M0的測重臺置于壓力傳感器上,傳感器輸出電壓與作用在其上的壓力成正比。當(dāng)測重臺沒有站人時,測量儀記錄的時間間隔為t0,輸出電壓為U0,某同學(xué)站上測重臺,測量儀記錄的時間間隔為t,輸出電壓為U,則該同學(xué)身高和質(zhì)量分別為 ()A.v(t0-t),U B.v(t0-t),UC.v(t0-t),(U-U0) D.v(t0-t),(U-U0)【解析】選D。設(shè)人的身高為x,質(zhì)量為m,當(dāng)測重臺沒有站人時:=,當(dāng)人站在測重臺上時:=,解得人的身高x=v(t0-t),當(dāng)測重臺上沒站人時:M0g=kU0,當(dāng)人站在測重臺上時:(M0+m)g=kU,解得人的質(zhì)量m=(U-U0),可知選項(xiàng)D正確。11.電吉他中電拾音器的基本結(jié)構(gòu)如圖所示,磁體旁邊的金屬弦被磁化,因此弦振動時,在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流,電流經(jīng)電路放大后傳送到音箱發(fā)出聲音。下列說法正確的有 ()A.選用銅質(zhì)弦,電吉他仍能正常工作B.取走磁體,電吉他將不能正常工作C.增加線圈匝數(shù)可以增大線圈中的感應(yīng)電動勢D.弦振動過程中,線圈中的電流方向不斷變更【解析】選B、C、D。銅質(zhì)弦無法被磁化,不能產(chǎn)生磁場引起線圈中磁通量的變更,從而產(chǎn)生感應(yīng)電流,所以銅質(zhì)弦不能使電吉他正常工作,選項(xiàng)A錯誤;取走磁體,金屬弦無法被磁化,線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流,選項(xiàng)B正確;由E=n知,選項(xiàng)C正確;金屬弦來回振動,線圈中磁通量不斷增加或削減,電流方向不斷變更,選項(xiàng)D正確。12.電子眼系統(tǒng)通過路面下埋設(shè)的感應(yīng)線來感知汽車的壓力。感應(yīng)線是一個壓電薄膜傳感器,壓電薄膜在受壓時兩端產(chǎn)生電壓,壓力越大電壓越大。壓電薄膜與電容器C、電阻R組成圖甲所示的回路,紅燈亮?xí)r,假如汽車的前、后輪先后經(jīng)過感應(yīng)線,回路中產(chǎn)生兩個脈沖電流,如圖乙所示,即視為“闖紅燈”,電子眼拍照。則紅燈亮?xí)r ()A.車輪停在感應(yīng)線上時電阻R上有恒定電流B.車輪經(jīng)過感應(yīng)線的過程中,電容器先充電后放電C.車輪經(jīng)過感應(yīng)線的過程中,電阻R上的電流始終增大D.汽車前輪剛越過感應(yīng)線,又倒回到線內(nèi),仍會被電子眼拍照【解析】選B、D。車輪停在感應(yīng)線上時,壓力不變,則電壓不變,電容器不充電,也不放電,電阻R上沒有電流,故A錯誤。由乙圖可知,當(dāng)車輪經(jīng)過時電流先增大后減小,然后再反向增大、減小;因電壓是在受壓時產(chǎn)生的,故說明電容器先充電后放電;故B正確,C錯誤。若汽車前輪越過感應(yīng)線,又倒回線內(nèi),則前輪兩次壓線,仍形成兩個脈沖電流,符合拍照條件,電子眼仍可拍照,故D正確。二、試驗(yàn)題(本題共2小題,共12分)13.(6分)在實(shí)際應(yīng)用中有多種自動控溫裝置,以下是其中兩種控溫裝置:(1)圖(a)為某自動恒溫箱原理圖,箱內(nèi)的電阻R1=2kΩ,R2=1.5kΩ,R3=4kΩ,Rt為熱敏電阻,其電阻隨溫度變更的圖象如圖(b)所示。當(dāng)a、b兩點(diǎn)電勢φa<φb時,電壓鑒別器會令開關(guān)S接通,恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱,使箱內(nèi)溫度提高;當(dāng)φa≥φb時,電壓鑒別器會使S斷開,停止加熱,則恒溫箱內(nèi)的穩(wěn)定溫度為____℃,恒溫箱內(nèi)的電熱絲加熱時Rt的取值范圍為____。

(2)有一種由PTC元件做成的加熱器,它產(chǎn)生的焦耳熱功率PR隨溫度t變更的圖象如圖(c)所示。該加熱器向四周散熱的功率為PQ=k(t-t0),其中t為加熱器的溫度,t0為室溫(本題中取20℃),k=0.1W/℃。①當(dāng)PR=PQ時加熱器的溫度即可保持穩(wěn)定,則該加熱器工作的穩(wěn)定溫度為____℃;

②(單選)某次工作中,該加熱器從室溫上升至穩(wěn)定溫度的過程中,下列溫度變更過程用時最短的是____(填選項(xiàng)前的字母序號)

A.20～24℃B.32～36℃C.48～52℃ D.60～64℃【解析】(1)由電路圖可知,當(dāng)滿意=時,即Rt=3kΩ時φa=φb,此時由圖(b)可知溫度為25℃,即恒溫箱內(nèi)的穩(wěn)定溫度為25℃;恒溫箱內(nèi)的電熱絲加熱時Rt的取值范圍為Rt>3kΩ。(2)①PQ=0.1(t-t0),PQ與溫度t之間關(guān)系的圖象如圖由圖可知,當(dāng)溫度為70℃左右時,發(fā)熱功率和散熱功率相等,即此時加熱器的溫度不再變更;②當(dāng)溫度稍高于穩(wěn)定溫度時:加熱器電阻增大,產(chǎn)生的焦耳熱的功率小于散熱的功率,溫度將下降;當(dāng)溫度稍低于穩(wěn)定溫度時:加熱器電阻減小,產(chǎn)生的焦耳熱的功率大于散熱的功率,溫度將上升。當(dāng)溫度為34答案:(1)25Rt>3kΩ(2)①71(70～72均可)②B14.(6分)(2024·全國卷Ⅱ)某小組利用圖(a)所示的電路,探討硅二極管在恒定電流條件下的正向電壓U與溫度t的關(guān)系,圖中V1和V2為志向電壓表;R為滑動變阻器,R0為定值電阻(阻值100Ω);S為開關(guān),E為電源。試驗(yàn)中二極管置于控溫爐內(nèi),控溫爐內(nèi)的溫度t由溫度計(圖中未畫出)測出。圖(b)是該小組在恒定電流為50.0μA時得到的某硅二極管U-t關(guān)系曲線?；卮鹣铝袉栴}:(1)試驗(yàn)中,為保證流過二極管的電流為50.0μA,應(yīng)調(diào)整滑動變阻器R,使電壓表V1的示數(shù)為U1=__mV;依據(jù)圖(b)可知,當(dāng)控溫爐內(nèi)的溫度t上升時,硅二極管正向電阻____(選填“變大”或“變小”),電壓表V1示數(shù)____(選填“增大”或“減小”),此時應(yīng)將R的滑片向____(選填“A”或“B”)端移動,以使V1示數(shù)仍為U1。

(2)由圖(b)可以看出U與t成線性關(guān)系,硅二極管可以作為測溫傳感器,該硅二極管的測溫靈敏度為||=____×10-3V/℃。(保留2位有效數(shù)字)

【解析】(1)U1=IR0=50×10-6×100V=5.00×10-3V=5.00mV;由于R=,I不變,據(jù)圖(b)可知,當(dāng)t上升時,正向電壓U減小,故二極管電阻變小;由于二極管電阻變小,總電阻減小,電流增大;R0兩端電壓增大,即V1表示數(shù)變大;只有增大電阻才能使電流減小,故滑動變阻器滑片向右調(diào)整,即向B端調(diào)整。(2)由圖(b)可得圖線的斜率||=V/℃=2.8×10-3V/℃。答案:(1)5.00變小增大B(2)2.8三、計算題(本題共4小題,共40分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要注明單位)15.(8分)一水平放置的圓盤繞豎直固定軸轉(zhuǎn)動,在圓盤上沿半徑開有一條寬度為2mm的勻稱狹縫。將激光器與傳感器上下對準(zhǔn),使二者間連線與轉(zhuǎn)軸平行,分別置于圓盤的上下兩側(cè),且可以同步地沿圓盤半徑方向勻速移動,激光器連續(xù)向下放射激光束。在圓盤轉(zhuǎn)動過程中,當(dāng)狹縫經(jīng)過激光器與傳感器之間時,傳感器接收到一個激光信號,并將其輸入計算機(jī),經(jīng)處理后畫出相應(yīng)圖線。圖甲為該裝置示意圖,圖乙為所接收的光信號隨時間變更的圖線,橫坐標(biāo)表示時間t,縱坐標(biāo)表示接收到的激光信號強(qiáng)度I,圖中Δt1=1.0×10-3s,Δt2=0.8×10-3s。(1)利用圖乙中的數(shù)據(jù)求1s時圓盤轉(zhuǎn)動的角速度。(2)說明激光器和傳感器沿半徑移動的方向,并說理由。【解析】(1)由圖乙可知,轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動周期T=0.8s,角速度ω==rad/s=7.85rad/s。 (4分)(2)激光器和傳感器沿半徑由中心向圓盤邊緣移動。理由:由于脈沖寬度在漸漸變窄,表明光信號能通過狹縫的時間漸漸削減,即圓盤上對應(yīng)傳感器所在位置的線速度漸漸增加,因此激光器和傳感器沿半徑由中心向邊緣移動。 (4分)答案:(1)7.85rad/s(2)見解析16.(8分)(2024·宣城高二檢測)有一種角速度計可以測量航天器的轉(zhuǎn)動角速度,其結(jié)構(gòu)如圖所示,角速度計固定在待測裝置上,元件A可在光滑桿上滑動,靜止時,電壓輸出剛好為零。當(dāng)裝置繞豎直軸OO′轉(zhuǎn)動時,元件A在光滑桿上發(fā)生位移并輸出電壓信號,成為航天器制導(dǎo)系統(tǒng)的信息源。已知A的質(zhì)量為m,彈簧的勁度系數(shù)為k,自然長度為l0,電源的電動勢為E,滑動變阻器B總長度為l,當(dāng)系統(tǒng)以角速度ω轉(zhuǎn)動時,求U與ω的函數(shù)關(guān)系?！窘馕觥慨?dāng)系統(tǒng)以角速度ω轉(zhuǎn)動時,對元件A,彈簧彈力供應(yīng)做圓周運(yùn)動的向心力為kx=mω2(l0+x) (2分)電壓表的讀數(shù)U=E (1分)解得U與ω的函數(shù)關(guān)系為U= (2分)當(dāng)x=l時,U=E,ω= (2分)上式成立的條件是:ω≤ (1分)答案:U=[ω≤]17.(12分)有一種測量壓力的電子秤,其原理如圖甲所示。E是內(nèi)阻不計、電動勢為6V的電源。R0是一個阻值為400Ω的限流電阻。G是由志向電流表改裝成的指針式測力顯示器。R是壓敏電阻,其阻值可隨壓力大小變更而變更,其關(guān)系如表所示。C是一個用來愛護(hù)顯示器的電容器。秤臺的重力忽視不計。壓力F/N050100150200250300……電阻R/Ω300280260240220200180……(1)在圖乙坐標(biāo)系中畫出電阻R隨壓力F變更的圖線,并歸納出電阻R隨壓力F變更的函數(shù)關(guān)系式;(2)寫出壓力隨電流變更的關(guān)系式,說明該測力顯示器的刻度是否勻稱;(3)若電容器的耐壓值為5V,該電子秤的量程是多少牛頓?【解析】(1)把壓力大小作為橫坐標(biāo),把電阻大小作為縱坐標(biāo),在坐標(biāo)系中描點(diǎn)連線即可得壓敏電阻R的阻值隨壓力F的大小變更的圖象,如圖:依據(jù)R的阻值隨壓力F的大小變更的圖象可知壓敏電阻R的阻值與壓力F成一次函數(shù)關(guān)系,設(shè)它們的關(guān)系式為R=kF+b把F=50N,R=280Ω和F=100N