【走向高考】2020年高考物理總復(fù)習(xí) 第十章 第3講 傳感器及其應(yīng)用

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1、第10章 第3講 一、選擇題 1．關(guān)于傳感器的下列說法正確的是(　　) A．所有傳感器的材料都是由半導(dǎo)體材料做成的 B．金屬材料也可以制成傳感器 C．傳感器主要是通過感知電壓的變化來傳遞信號的 D．以上說法都不正確 [答案]　B [解析]　半導(dǎo)體材料可以制成傳感器，其他材料也可以制成傳感器，如金屬氧化物氧化錳就可以制成溫度計，所以A錯，B正確，傳感器不但能感知電壓的變化，還能感受力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，所以C錯． 2．在一些星級賓館的洗手間經(jīng)常裝有自動干手機，洗手后將濕手靠近，機內(nèi)的傳感器就開通電熱器加熱，有熱空氣從機內(nèi)噴出，將濕手烘干，手靠近干手機能使

2、傳感器工作，是因為(　　) A．改變濕度　　　　　　 B．改變溫度 C．改變磁場 D．改變電容 [答案]　D [解析]　根據(jù)自動干手機工作的特征，手靠近電熱器工作，手撤離電熱器停止工作，人是一種導(dǎo)體，可以與其他導(dǎo)體構(gòu)成電容．手靠近時相當(dāng)于連接一個電容，可以確定干手機內(nèi)設(shè)有電容式傳感器，由于手的靠近改變了電容，用濕度和溫度來驅(qū)動電熱器工作，理論上可行，但是假如干手機是由于濕度、溫度的變化而工作就成了室內(nèi)烘干機． 3．電容式傳感器是用來將各種非電信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置．由于電容器的電容C取決于極板正對面積S、極板間距離d以及極板間的電介質(zhì)這幾個因素，當(dāng)某一物理量發(fā)生變

3、化時就能引起上述某個因素的變化，從而又可推出另一個物理量的值的變化，如圖所示是四種電容式傳感器的示意圖，關(guān)于這四個傳感器的作用列下說法正確的是(　　) A．甲圖的傳感器可以用來測量角度 B．乙圖的傳感器可以用來測量液面的高度 C．丙圖的傳感器可以用來測量壓力 D．丁圖的傳感器可以用來測量速度 [答案]　ABC [解析]　甲、乙、丙中的電容器的電容分別與θ、h、F有關(guān)，均能測量對應(yīng)的物理量，而丁中的電容與s有關(guān)，丁只能測量位移s，故正確答案是ABC. 4．(2020·福建東山二中高三預(yù)測)如圖(a)所示，光源電阻R2上加上如圖(b)所示的光照，那么R2兩端的電壓變化如圖中

4、的哪一個(　　) [答案]　B [解析]　光敏電阻阻值隨光照的增強而減小，所以R2兩端的電壓隨之減小，但最終不會是零，所以選B. 5．如圖所示的電路中，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，LED為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)出的光越強)，且R與LED間距不變，下列說法中正確的是(　　) A．當(dāng)滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率增大 B．當(dāng)滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率減小 C．當(dāng)滑動觸頭P向右移動時，L消耗的功率可能不變 D．無論怎樣移動觸頭P，L消耗的功率都不變 [答案]　A [解析]　觸頭P左移，使其電阻減小，流過二極管的電流增大，從而發(fā)光增強，使光敏電

5、阻R減小，最終達到增大流過燈泡的電流的效果． 6．(2020·山東青州)唱卡拉OK用的話筒，內(nèi)有傳感器．其中有一種是動圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后面粘接一個輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場中，當(dāng)聲波使膜片前后振動時，就將聲音信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺铝姓f法正確的是(　　) A．該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的 B．該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的 C．膜片振動時，穿過金屬線圈的磁通量不變 D．膜片振動時，金屬線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 [答案]　B [解析]　如圖所示動圈式話筒是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象制成的．當(dāng)聲波使金屬膜片振動時，連接在膜片上的線圈(叫音圈)隨著一起振起．音圈在永磁

6、鐵的磁場中振動，其中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的大小和方向都變化，振幅和頻率的變化由聲波決定，這就將聲音信號轉(zhuǎn)換成電信號，這個電信號經(jīng)擴音器放大后傳給揚聲器，從揚聲器中就發(fā)生放大的聲音． 7．為了兒童安全，布絨玩具必須檢測其中是否存在金屬斷針，可以先將玩具放置強磁場中，若其中有斷針，則斷針被磁化，用磁報警裝置可以檢測到斷針的存在，如圖所示是磁報警裝置中的一部分電路示意圖，其中RB是磁敏傳感器，它的電阻隨斷針的出現(xiàn)而減小，a、b接報警器，當(dāng)傳感器RB所在處出現(xiàn)斷針時，電流表的電流I、ab兩端的電壓U將(　　) A．I變大，U變大　　　　 B．I變小，U變小 C．I變大，U變小

7、 D．I變小，U變大 [答案]　C [解析]　由題意知RB的電阻隨斷針的出現(xiàn)而減小，即外電路的電阻減小，由閉合電路歐姆定律有I總＝E/(R＋r)可知I總必增大，再由U外＝E－I總r可知，外電壓U減小．而由U1＝I總R1可知，U1增大，U3必減小，由電流表的電流I＝I總－I3可知，電流表的電流必變大，故選項C正確． 8．家用電熱滅蚊器中電熱部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由酞酸鋇等半導(dǎo)體材料制成的電阻器，其電阻率與溫度的關(guān)系如右圖所示，由于這種特性，PTC元件具有發(fā)熱、控溫兩重功能，對此以下說法中正確的是(　　) A．通電后其功率先增大后減小 B．通電后其功率先減小后增大 C

8、．當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在t1到t2的某一值不變 D．當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在t1或t2不變 [答案]　AC [解析]　根據(jù)PTC元件的電阻率隨溫度變化的曲線可知：在常溫下，它的電阻是相當(dāng)小的，通入電流以后，隨著溫度的升高，其電阻率先變小后增大，那么它的功率先變大，后變小，溫度保持在t1到t2的某一值不變，這時候電路處于穩(wěn)定狀態(tài)，如果溫度再升高，電阻率變大，導(dǎo)致電流變小，溫度就會降下來；如果溫度降低，電阻率減小，導(dǎo)致電流變大，溫度就會升上去，所以本題正確答案為A、C. 二、非選擇題 9．如圖所示，將多用表的選擇開關(guān)置于“歐姆”擋，再將電表的

9、兩支表筆與負溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt(負溫度系數(shù)熱敏電阻是指阻值隨溫度的升高而減小的熱敏電阻)的一端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中間，若往Rt上擦一些酒精，表針將向________(填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動．若用熱吹風(fēng)機吹向Rt，表針將向________(填“左”或“右”)轉(zhuǎn)動． [答案]　左　右 [解析]　若往Rt上擦一些酒精，由于酒精蒸發(fā)吸熱，熱敏電阻Rt溫度降低，電阻值增大，所以電流減小，指針應(yīng)向左偏；用吹風(fēng)機將熱風(fēng)吹向電阻，電阻Rt溫度升高，電阻值減小，電流增大，指針向右偏． 10．用如圖所示的裝置可以測量汽車在水平路面上做勻加速直線運動的加速度，該裝置是在矩形箱子的前、后壁上各

10、安裝一個由力敏電阻組合成的壓力傳感器，用兩根相同的輕彈簧夾著一質(zhì)量為2.0kg的滑塊，滑塊可無摩擦滑動，兩彈簧的另一端分別壓在傳感器a、b上，其壓力大小可直接從傳感器的液晶顯示屏上讀出．現(xiàn)將裝置沿運動方向固定在汽車上，傳感器b在前，傳感器a在后．汽車靜止時，傳感器a、b的示數(shù)均為10N.(g取10m/s2) (1)若傳感器a的示數(shù)為14N，b的示數(shù)為6.0N，求此時汽車的加速度大小和方向． (2)當(dāng)汽車以怎樣的加速度運動時，傳感器a的示數(shù)為零． [答案]　(1)4m/s2　向右　(2)10m/s2　向左 [解析]　傳感器上所顯示出力的大小，即彈簧對傳感器的壓力，據(jù)牛頓第三定律知，此

11、即為彈簧上的彈力大小，亦即該彈簧對滑塊的彈力大?。? (1)如右圖所示，依題意：左側(cè)彈簧對滑塊向右的推力F1＝14N，右側(cè)彈簧對滑塊的向左的推力F2＝6.0N. 滑塊所受合力產(chǎn)生加速度a1，根據(jù)牛頓第二定律有F1－F2＝ma1，得a1＝＝m/s2＝4m/s2.a1與F1同方向，即向前(向右)． (2)a傳感器的讀數(shù)恰為零，即左側(cè)彈簧的彈力F′1＝0，因兩彈簧相同，左彈簧伸長多少，右彈簧就縮短多少，所以右彈簧的彈力變?yōu)镕′2＝20N.滑塊所受合力產(chǎn)生加速度，由牛頓第二定律得F合＝F′2＝ma2，得a2＝＝－10m/s2.負號表示方向向后(向左)． 11．(2020·山東萊蕪)將一個動力傳感

12、器連接到計算機上，我們就可以測量快速變化的力，某一小球用一條不可伸長的輕繩連接，繩的另一端固定在懸點上，當(dāng)小球在豎直面內(nèi)來回擺動時，用動力傳感器測得繩子對懸點的拉力隨時間變化的曲線如圖所示，取重力加速度g＝10m/s2，求繩子的最大偏角θ. [答案]　60° [解析]　設(shè)小球的質(zhì)量為m，繩子長度為L，繩子拉力的最小值和最大值各為F1和F2，小球擺至最高點時，繩子拉力最小F1＝mgcosθ?、? 小球擺至最低點時，繩子拉力最大F2－mg＝m?、? 擺動過程小球機械能守恒mv2＝mgh＝mgl(1－cosθ)?、? 由以上各式得：cosθ＝＝0.5?、? θ＝60°?、? 12．(2020

13、·江西重點中學(xué))某實驗小組探究一種熱敏元件的電阻隨溫度變化的特性．現(xiàn)有器材：直流恒流電源(在正常工作狀態(tài)下輸出的電流恒定并且讀出其大小)、電壓表、待測元件、保溫容器、溫度計、開關(guān)和導(dǎo)線等． (1)若用上述器材測量該元件的阻值隨溫度變化的特性，請你在對應(yīng)圖中用筆連線畫出實物連接圖． (2)實驗的主要步驟： a．正確連接電路，在保溫容器中注入適量冷水，接通電源，調(diào)節(jié)并記錄電源輸出的電流值； b．在保溫容器中添加少量熱水，待溫度穩(wěn)定后，閉合開關(guān)，記錄________和________，斷開開關(guān)； c．重復(fù)第b步操作若干次，測得多組數(shù)據(jù)． (3)實驗小組測得該元件在不同溫度下的阻值．并

14、據(jù)此繪得上圖的R—t關(guān)系圖線，請根據(jù)圖線寫出該元件的R—t關(guān)系式：R＝________. (4)由以上方法測得的電阻值比它的真實值偏________． (5)如果實驗室提供的恒定電流電源的輸出電流為65mA，但沒有合適的電壓表，應(yīng)選用如下哪組器材測量熱敏元件上的電壓？________.(填序號) A．電壓表V1：量程3V、內(nèi)阻3kΩ，定值電阻R1＝6kΩ B．電壓表V2：量程5V、內(nèi)阻5kΩ，定值電阻R2＝10kΩ C．電壓表V3：量程10V、內(nèi)阻10kΩ，定值電阻R3＝1kΩ [答案]　(1)如圖所示 (2)電壓表示數(shù)　溫度計示數(shù) (3)100＋1.6t(其中100±

15、1,1.6±0.1均可)　(4)小　(5)B [解析]　(1)電壓表與熱敏元件并聯(lián)測熱敏元件電壓，其他組成串聯(lián)電路．如圖所示． (2)因為要測量該元件在不同溫度下的阻值，所以要記錄溫度計示數(shù)和電壓表示數(shù)，電壓表示數(shù)與電源輸出的電流值的比值就是熱敏元件的阻值． (3)延長題圖R—t關(guān)系圖線(圖略)，找到圖線與y軸的交點約為100Ω，在圖線上找兩點求斜率，約為1.6Ω/℃，所以R＝100＋1.6t. (4)上述電路測量出來的值是電壓表與熱敏元件并聯(lián)后的阻值，所以比它的真實值偏?。? (5)由圖線可知：熱敏元件兩端的電壓約為6～14V，所以相當(dāng)于要選擇合適的器材，改裝成量程為15V的電壓表，

16、所以只有B組符合要求． 13．(2020·全國Ⅱ理綜)如圖，一熱敏電阻Rr放在控溫容器M內(nèi)；?為毫安表，量程6 mA，內(nèi)阻為數(shù)十歐姆；E為直流電源，電動勢約為3 V，內(nèi)阻很??；R為電阻箱，最大阻值為999.9 Ω；S為開關(guān)，已知Rr在95 ℃時的阻值為150 Ω，在20 ℃時的阻值約為550 Ω.現(xiàn)要求在降溫過程中測量在95℃～20℃之間的多個溫度下Rr的阻值． (1)在圖中畫出連線，完成實驗原理電路圖． (2)完成下列實驗步驟中的填空： ①依照實驗原理電路圖連線． ②調(diào)節(jié)控溫容器M內(nèi)的溫度，使得Rr的溫度為95℃. ③將電阻箱調(diào)到適當(dāng)?shù)某踔?，以保證儀器安全． ④閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)電阻箱，記錄電流表的示數(shù)I0，并記錄____________． ⑤將Rr的溫度降為T1(20℃