2020高考物理單元卷 傳感器的原理及應用（通用）

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1、 第四模塊 第十章 第三單元 一、選擇題 1．在街旁的路燈，江海里的航標都要求在夜晚亮，白天熄，利用半導體的電學特性制成了自動點亮、熄滅的裝置，實現(xiàn)了自動控制，這是利用半導體的 (　　) A．壓敏性 B．光敏性 C．熱敏性 D．三種特性都利用 解析：街旁的路燈和江海里的航標，都是利用了半導體的光敏性，夜晚電阻大，白天電阻?。? 答案：B 2．傳感器是一種采集信息的重要器件，如圖17所示是一種測定壓力的電容式傳感器，當待測壓力F作用于可動膜片電極時，可使膜片發(fā)生形變，引起電容的變化．將電容器、靈敏電流計和電源串聯(lián)成閉合電路，那么 (　　) 圖17

2、 A．當F向上壓膜片電極時，電容將減小 B．當F向上壓膜片電極時，電容將增大 C．若電流計有示數(shù)，則壓力F發(fā)生變化 D．若電流計有示數(shù)，則壓力F不發(fā)生變化 解析：當待測壓力作用于可動膜片電極上時，可使膜片發(fā)生形變，從而引起電容的變化，當F向上壓膜片電極時，相當于兩極間距離減小，由C＝可知電容器電容變大；將電容器、靈敏電流計、電源串聯(lián)組成閉合電路，如果有恒力F的作用，電容變大，電容器充滿電之后，電流計中無示數(shù)，如果力F發(fā)生變化，電容器的電容不斷變化，電源不斷給電容器充電、放電， 電流計有示數(shù)，說明壓力F發(fā)生變化． 答案：BC 3．一中學生為發(fā)射的“神舟七號”載人飛船設(shè)計了一個可測定豎

3、直方向加速度的裝置，其原理可簡化為如圖18所示．連接在豎直彈簧上的重物與滑動變阻器的滑動觸頭連接，該裝置在地面上靜止時其電壓表的指針指在表盤中央的零刻度處，在零刻度的兩側(cè)分別標上對應的正、負加速度值．關(guān)于這個裝置在“神舟七號”載人飛船發(fā)射、運行和回收過程中示數(shù)的判斷正確的是 (　　) 圖18 A．飛船在豎直加速升空的過程中，如果電壓表的示數(shù)為正，則飛船在豎直減速返回地面的過程中，電壓表的示數(shù)仍為正 B．飛船在豎直加速升空的過程中，如果電壓表的示數(shù)為正，則飛船在豎直減速返回地面的過程中，電壓表的示數(shù)為負 C．飛船在圓軌道上運行時，電壓表的示數(shù)為零 D．飛船在圓軌道上運行時，電壓表

4、示數(shù)所對應的加速度大小應約為9.8 m/s2 解析：該裝置在地面上靜止時，kx＝mg，指針指在表盤中央的零刻度處；飛船在加速上升的過程中，kx>mg，滑動頭下移，此時，電壓表的示數(shù)為正；飛船在豎直減速返回地面的過程中，加速度方向向上，此時電壓表示數(shù)仍為正，故A對B錯；飛船在圓軌道上運行時，飛船中的物體處于完全失重狀態(tài)，a＝g，彈簧恢復原長，電壓表示數(shù)不為零，故C錯D對． 答案：AD 4．圖19所示的是某工廠成品包裝車間的光傳感記錄器，光敏電阻R1能接收到發(fā)光元件A發(fā)出的光，每當工件擋住A發(fā)出的光，光傳感器B就輸出一個電信號，并經(jīng)信號處理器處理后在屏幕上顯示出電信號與時間的關(guān)系，如圖20所

5、示．若傳送帶保持勻加速運動，每個工件均相對傳送帶靜止，且相鄰工件間距依次為5、10、15、20……(單位：cm)．則下列說法正確的是(不計工件擋住的時間) (　　) A．工件的加速度為0.1 m/s2 B．工件的加速度為0.2 m/s2 C．當無光照射R1時，光傳感器就輸出一次高電壓 D．當無光照射R1時，光傳感器就輸出一次低電壓 解析：由Δx＝aT2得，a＝ m/s2＝0.2 m/s2，故A錯B對．當無光照射R1時，其阻值變大，R1兩端電壓升高，R2兩端電壓降低，故光傳感器就輸出一次低電壓，C錯D對． 答案：BD 5．圖21是一火警報警器電路的示意圖．其中R3為用半導體熱

6、敏材料制成的傳感器，這種半導體熱敏材料的電阻率隨溫度的升高而增大．值班室的顯示器為電路中電流表，電源兩極之間接一報警器．當傳感器R3所在處出現(xiàn)火情時，顯示器的電流I、報警器兩端的電壓U的變化情況是 (　　) A．I變大，U變小 B．I變小，U變大 C．I變小，U變小 D．I變大，U變大 解析：當R3處出現(xiàn)火情時，其電阻增大，電路中的總電阻增大，總電流減小，路端電壓增大，所以報警器兩端的電壓增大，其中電流表支路的電流也增大． 答案：D 6．(2020年廣州畢業(yè)綜合測試)如圖22是一位同學設(shè)計的防盜門報警器的簡化電路示意圖．門打開時，紅外光敏電阻R3受到紅外線照

7、射，電阻減??；門關(guān)閉會遮蔽紅外線源(紅外線源沒有畫出)．經(jīng)實際試驗，燈的亮滅能反映門的開、關(guān)狀態(tài)．門打開時兩燈的發(fā)光情況以及R2兩端電壓UR2與門關(guān)閉時相比 (　　) A．紅燈亮，UR2變大 B．綠燈亮，UR2變大 C．綠燈亮，UR2變小 D．紅燈亮，UR2變小 解析：門打開R3減小，導致R總減小和I總增加，Ur和UR1變大，UR2＝E－(UR1＋Ur)減小，IR3＝I總－增加，電磁繼電器磁性增強把銜鐵拉下，紅燈亮，綠燈滅，A錯誤，D正確． 答案：D 7．如圖23是電容式話筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話筒的振動膜前面鍍有薄薄的金屬層，膜后距膜幾十微米處有一金屬

8、板，振動膜上的金屬層和這個金屬板構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U，人對著話筒說話時，振動膜前后振動，使電容發(fā)生變化，導致話筒所在電路中的其它量發(fā)生變化，使聲音信號被話筒轉(zhuǎn)化為電信號，其中導致電容變化的原因可能是電容器兩板間的 (　　) A．距離變化 B．正對面積變化 C．介質(zhì)變化 D．電壓變化 解析：人對著話筒說話時，使振動膜前后振動，使電容器兩極間距離變化，由C＝，可導致電容C變化． 答案：A 8．如圖24所示為一測定液面高低的傳感器示意圖，A為固定的導體芯，B為導體芯外面的一層絕緣物質(zhì)，C為導電液體，把傳感器接到圖示電路中，已知靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)方向與電

9、流方向相同．如果發(fā)現(xiàn)指針正向右偏轉(zhuǎn)，則導電液體的深度h變化為(　　) A．h正在增大 B．h正在減小 C．h不變 D．無法確定 解析：由電源極性及電流方向可知，A、B構(gòu)成的電容器上的電荷量減小，據(jù)C＝，電容C在減小，可推知正對面積S減小，即h在減小． 答案：B 9．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體材料制成的電阻器，其電阻率與溫度的關(guān)系如圖25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．當其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量

10、相等時，溫度保持在t1到t2的某一值不變 D．當其產(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 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，導致電流變小，溫度就會降下來；如果溫度降低，電阻率減小，導致電流變大，溫度就會升上去，所以本題正確答案為A、C. 答案：AC 二、計算、論述題 10．一熱敏電阻阻值隨溫度變化的圖象如圖26甲所示，請應用這一熱敏電阻自行設(shè)計一控制電路，當溫

11、度高于某一值后紅色指示燈亮，而溫度低于這一值時綠色指示燈亮，并且說明滑動變阻器的作用． 給你的器材有：如圖乙所示的繼電器一只(a、b為常閉觸點，c、d為常開觸點)、熱敏電阻一只、滑動變阻器一只、紅綠指示燈各一個、兩個獨立的電池組、開關(guān)兩個、導線若干． 答案：設(shè)計的電路圖如下圖27所示． 圖27 此方案中滑動變阻器的作用：主要是通過調(diào)節(jié)滿足對熱敏電阻的要求． 11．如圖28示是電飯煲的電路圖，S1是一個控溫 開關(guān)，手動閉合后，當此開關(guān)溫度達到居里點(103℃)時，會自動斷開．S2是一個自動控溫開關(guān)，當溫度低于70℃時，會自動閉合；溫度高于80℃時，會自動斷開．紅燈

12、是加熱時的指示燈，黃燈是保溫時的指示燈．分流電阻R1＝R2＝500 Ω，加熱電阻絲R3＝50 Ω，兩燈電阻不計． 圖28 (1)分析電飯煲的工作原理． (2)計算加熱和保溫兩種狀態(tài)下，電飯煲消耗的電功率之比． 解析：(1)電飯煲盛上食物后，接上電源，S2自動閉合，同時手動閉合S1，這時黃燈短路，紅燈亮，電飯煲處于加熱狀態(tài)．加熱到80℃時，S2自動斷開，S1仍閉合；水燒開后，溫度升高到居里點103℃時，開關(guān)S1自動斷開，這時飯已煮熟，黃燈亮，電飯煲處于保溫狀態(tài)．由于散熱，待溫度降至70℃時，S2自動閉合，電飯煲重新加熱，溫度達到80℃時，S2又自動斷開，再次處于保溫狀態(tài)． (2)加

13、熱時電飯煲消耗的電功率P1＝，保溫時電飯煲消耗的電功率P2＝，兩式中 R并＝＝ Ω＝ Ω. 從而有＝＝＝. 答案：(1)略　(2)12∶1 12．如圖29所示是一種懸球式加速度儀，它可以用來測定沿水平軌道運動的列車的加速度，m是一個金屬球，它系在金屬絲的下端，金屬絲的上端懸掛在O點，AB是一根長為L的電阻絲，其電阻值為R.金屬絲與電阻絲接觸良好，摩擦不計，電阻絲的中點C焊接一根導線．從O點也引出 一根導線，兩線之間接入一個電壓表V(金屬絲和導線電阻不計)；圖中虛線OC與AB垂直，且OC＝h，電阻絲AB接在電壓為U的直流穩(wěn)壓電源上，整個裝置固定在列車中使AB沿著前進的方向，列車靜止時金

14、屬絲呈豎直狀態(tài)，當列車加速或減速前進時，金屬絲將偏離豎直方向，從電壓表的讀數(shù)變化可以測出加速度的大?。? 圖29 (1)當列車向右勻加速運動時，試寫出加速度a與電壓表讀數(shù)U′的關(guān)系式，以便重新刻制電壓表表面使它成為直接可讀出加速度數(shù)值的加速計． (2)用此裝置測得的最大加速度是多少？ (3)為什么C點設(shè)置在電阻絲AB的中間？對電壓表的選擇有什么特殊要求？ 解析：(1)設(shè)列車加速度為a時懸掛小球的金屬絲偏離豎直方向θ角，這時小球受到的合外力為F＝mgtanθ，根據(jù)牛頓第二定律F＝ma得這時的加速度表達式為a＝gtanθ，因為tanθ＝，將此式代入上式得a＝g·該式就是觸點D的位移

15、跟加速度的關(guān)系式．從電路部分看，設(shè)此時電壓表的讀數(shù)為U′，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓與電阻成正比，對均勻電阻絲來說，應有電壓與電阻絲長度成正比，即：＝＝ ∴DC＝l　故a＝g 上式中g(shù)、U、l、h都是常數(shù)，表明U′與a成正比；根據(jù)上式可以將電壓表上的電壓讀數(shù)一一對應改寫成加速度的數(shù)值，電壓表便改制成了加速度計． (2)這個裝置測得最大加速度的情況是D點移到A點，這時的電壓表讀數(shù)U′＝，所以amax＝. (3)C點設(shè)置在AB的中間的好處是：利用這個裝置還可以測定列車做勻減速運動的加速度，這時小球偏向OC線的右方．電壓表要零點在中間，量程大于. 答案：(1)a＝g　(2) (3)還可以測定列車做勻減速運動時的負加速度 電壓表的零點在中間，量程大于