高中物理阶段验收评估五传感器及其应用鲁科版选修3_2

阶段验收评估（五）传感器及其应用(时间：50分钟满分：100分)一、选择题(共8小题，每小题6分，共48分，第1～5题只有一项符合题目要求，第6～8题有多项符合题目要求，全都选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分) 1．下列仪器或装置不是利用传感器的是( )A．汽车防盗报警器B．宾馆房间内的火灾报警器C．工兵用的地雷探测仪 D．用钥匙打开房门解析：选D A、B、C三种仪器都是将非电学量转换成电学量的装置，都是利用了传感器。

用钥匙打开房门是利用了机械原理，不是利用传感器。

2．如图1所示，电吉他的弦是由磁性物质制成的，当弦振动时，线圈中产生感应电流，感应电流输送到放大器、喇叭，把声音播放出来，下列说法正确的是( )图1A．电吉他是光电传感器B．电吉他是温度传感器C．电吉他是声音传感器D．弦改用尼龙材料原理不变解析：选C 由电吉他发声原理可知它是将声音变化转变为电流的变化，C正确。

3．在输液时，药液有时会从针口流出体外，为了及时发现，设计了一种报警装置，电路如图2所示。

M是贴在针口处的传感器，接触到药液时其电阻R M发生变化，导致S两端电压U增大，装置发出警报，此时( )图2A．R M变大，且R越大，U增大越明显B．R M变大，且R越小，U增大越明显C．R M变小，且R越大，U增大越明显D．R M变小，且R越小，U增大越明显解析：选C 当传感器接触药液时，其阻值发生变化，导致S两端电压U增大，则M两端电压减小，可知R M 应变小；R 与R M 构成并联电路，其并联总电阻为R 并＝R M ·R R M ＋R ＝R M 1＋R M R ，可知当R 越大，R M 减小相同值时，R 并减小得越多，因此S 两端电压增大越明显，选项C 正确。

4．在信息技术高速发展、电子计算机广泛应用的今天，担负着信息采集任务的传感器在自动控制、信息处理技术中发挥着越来越重要的作用，其中热电传感器是利用热敏电阻将热信号转换成电信号的元件。

某学习小组的同学在用多用电表研究热敏特性实验中，安装好如图3所示装置。

向杯内加入冷水，温度计的示数为20 ℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值R 1。

然后向杯内加入热水，温度计的示数为60 ℃，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是( )图3A ．应选用电流挡，温度升高换用大量程测量B ．应选用电流挡，温度升高换用小量程测量C ．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡D ．应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡解析：选D 若选用电流挡，则多用电表与热敏电阻构成的回路中无电源，故不能用电流挡，A 、B 均错；应选欧姆挡，当温度升高时多用电表指针偏转角度较大，说明热敏电阻的阻值变小了，应该换用倍率小的挡，C 错误，D 正确。

5．如图4所示，利用传感器和计算机可以测量快速变化力的瞬时值，图乙是用这种方法获得的弹性绳中拉力F 随时间t 变化的图线。

实验时，把小球举到悬点O 处，然后放手让小球自由落下，忽略空气阻力。

由图线所提供的信息，可以判定( )图4A ．t 2时刻小球速度最大B ．t 1时刻小球处在最低点C．t3时刻小球处在悬点O处D．t1至t2时刻小球速度先增大后减小解析：选D 0～t1过程，小球做自由落体，绳中拉力为0；t1～t2过程，t1时刻小球刚好把绳拉直，但F＝0，t2时刻拉力最大，说明小球已落至最低点，t1～t2过程中有某一时刻重力等于绳的拉力，此时小球速度最大，所以此过程中，小球速度先增大后减小；t2～t3过程，小球向上弹起，t3时刻回到绳刚被拉直的位置，在t3、t4间某时刻又回到释放点；之后重复以上过程。

由分析可知，t1、t3时刻小球处在绳自然长度处，t2时刻在最低点，故D正确，A、B、C错误。

6．当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品之中，下列关于敏感元件或传感器的说法中正确的是( )A．干簧管可以起到开关作用，“操纵”开关的是磁场B．半导体材料可以制成光敏电阻，有光照射时其阻值将减小C．霍尔元件能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量D．话筒是一种常见的力传感器，其作用是将力信号转换为电信号解析：选ABC 根据干簧管的工作原理可以知道，当线圈中有电流时，线圈产生的磁场使干簧管内的两个铁质簧片磁化，在磁力作用下由分离状态变成闭合状态，A对；光敏电阻有光照射时其阻值将减小，B对；根据霍尔元件的工作原理，磁场的磁感应强度不同时，稳定时电压不同，C对；话筒是一种常见的声传感器，其作用是将声音信号转换为电信号，D 错。

7.如图5所示是自动控温式电熨斗的电路示意图，下列说法正确的是( )图5A．常温时上下触点是接触的B．双金属片温度升高时，上金属片形变较大，双金属片将向下弯曲C．原来温度控制在80 ℃时断开电源，现要求60 ℃时断开电源，应使调温旋钮往下调一些D．由熨烫丝绸衣物的状态转变为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮往下调一些解析：选ABD 常温工作时，上下触点是接通的，当温度升高时，上层金属片形变较大，双金属片向下弯曲，切断电源，由熨烫丝绸衣物状态转变为熨烫棉麻衣物状态时，设定温度要升高，则应使调温旋钮下移一些，A、B、D对，C错。

8.在一些学校的教室里，为了保证照明条件，采用了智能照明系统，在自然光不足时接通电源启动日光灯，而在自然光充足时，自动关闭日光灯。

其原理图如图6所示，R为一光敏电阻，L为一带铁芯的螺线管。

在螺线管上方有一用细弹簧悬着的轻质衔铁，衔铁的一端用铰链固定使其可以自由转动，另一端用一绝缘棒连接两动触头。

关于该智能照明系统的工作原理，下列描述正确的是( )图6A．光照越强时，光敏电阻的阻值越大，衔铁被吸引下来B．光线不足时，光敏电阻的阻值变大，所在电路电流变小，衔铁被弹簧拉上去，日光灯接通C．上面的两接线柱应该和日光灯电路连接D．下面的两接线柱应该和日光灯电路连接解析：选BC 由光敏电阻的特性可知，光照强度越强，电阻越小，电流越大，衔铁被吸引下来，日光灯电路断开；光线不足时，电阻增大，电流减小，衔铁被弹簧拉上去，日光灯电路接通。

因此，上面的两接线柱应该和日光灯电路连接。

选项B、C正确。

二、非选择题(共3小题，共52分。

解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)9．(16分)(2016·全国卷Ⅰ)现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警。

提供的器材有：热敏电阻，报警器(内阻很小，流过的电流超过I c时就会报警)，电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)，直流电源(输出电压为U，内阻不计)，滑动变阻器R1(最大阻值为1 000 Ω)，滑动变阻器R2(最大阻值为2 000 Ω)，单刀双掷开关一个，导线若干。

在室温下对系统进行调节。

已知U约为18 V，I c约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω。

(1)完成待调节的报警系统原理电路图的连线。

图7(2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)。

(3)按照下列步骤调节此报警系统：①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为________Ω；滑动变阻器的滑片应置于________(填“a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原因是__________________________________________________________________。

②将开关向________(填“c”或“d”)端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至______________________________________________________________________。

(4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。

解析：(1)电路图连接如图。

(2)报警器开始报警时，对整个回路有U＝I c(R滑＋R热)代入数据可得R滑＝1 150.0 Ω，因此滑动变阻器应选择R2。

(3)①在调节过程中，电阻箱起到等效替代热敏电阻的作用，电阻箱的阻值应为报警器报警时热敏电阻的阻值，即为650.0 Ω。

滑动变阻器在电路中为限流接法，滑片应置于b端附近，若置于另一端a时，闭合开关，则电路中的电流I＝18650.0A≈27.7 mA，超过报警器最大电流20 mA，报警器可能损坏。

②开关应先向c端闭合，移动滑动变阻器的滑片，直至报警器开始报警为止。

答案：(1)连线如解析图所示。

(2)R2(3)①650.0 b接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏②c报警器开始报警10．(18分)用如图8所示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(取g＝10 m/s2)。

图8(1)若传感器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？解析：(1)如图所示，依题意：左侧弹簧对滑块向右的推力F 1＝14 N ，右侧弹簧对滑块向左的推力F 2＝6.0 N ，滑块所受合力产生加速度a 1，根据牛顿第二定律有：F 1－F 2＝ma 1，得a 1＝F 1－F 2m ＝14－6.02.0m/s 2＝4.0 m/s 2。

a 1与F 1同方向，即向前(向右)。

(2)传感器a 的读数恰为零，即左侧弹簧的弹力F 1′＝0，因两弹簧相同，左侧弹簧伸 长多少，右侧弹簧就缩短多少，所以右侧弹簧的弹力变为F 2′＝20 N 。

滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律得F 合＝F 2′＝ma 2，得a 2＝F 2′m＝－10 m/s 2，负号表示方向向后(向左)。

答案：(1)4.0 m/s 2 向右 (2)以方向向左大小为10 m/s 2的加速度运动11. (18分)角速度计可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度，其结构如图9所示。

当系统绕OO ′转动时，元件A 发生位移并输出电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源。

已知A 的质量为m ，弹簧劲度系数为k ，自然长度为L ，电源电动势为E ，内阻不计，滑动变阻器总长度为L 。

电阻分布均匀，系统静止时P 在B 点，当系统以角速度ω转动时，请写出输出电压U 和ω的函数式。