2020高考物理單元卷 傳感器的原理及應(yīng)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(biāo)都要求在夜晚亮，白天熄，利用半導(dǎo)體的電學(xué)特性制成了自動(dòng)點(diǎn)亮、熄滅的裝置，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，這是利用半導(dǎo)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(biāo)，都是利用了半導(dǎo)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(cè)定壓力的電容式傳感器，當(dāng)待測(cè)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極時(shí)，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(jì)和電源串聯(lián)成閉合電路，那么 (　　) 圖17

2、 A．當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容將減小 B．當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，電容將增大 C．若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F發(fā)生變化 D．若電流計(jì)有示數(shù)，則壓力F不發(fā)生變化 解析：當(dāng)待測(cè)壓力作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)，可使膜片發(fā)生形變，從而引起電容的變化，當(dāng)F向上壓膜片電極時(shí)，相當(dāng)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(jì)、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(mǎn)電之后，電流計(jì)中無(wú)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(jì)有示數(shù)，說(shuō)明壓力F發(fā)生變化． 答案：BC 3．一中學(xué)生為發(fā)射的“神舟七號(hào)”載人飛船設(shè)計(jì)了一個(gè)可測(cè)定豎

3、直方向加速度的裝置，其原理可簡(jiǎn)化為如圖18所示．連接在豎直彈簧上的重物與滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭連接，該裝置在地面上靜止時(shí)其電壓表的指針指在表盤(pán)中央的零刻度處，在零刻度的兩側(cè)分別標(biāo)上對(duì)應(yīng)的正、負(fù)加速度值．關(guān)于這個(gè)裝置在“神舟七號(hào)”載人飛船發(fā)射、運(yùn)行和回收過(guò)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(guò)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(guò)程中，電壓表的示數(shù)仍為正 B．飛船在豎直加速升空的過(guò)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(guò)程中，電壓表的示數(shù)為負(fù) C．飛船在圓軌道上運(yùn)行時(shí)，電壓表的示數(shù)為零 D．飛船在圓軌道上運(yùn)行時(shí)，電壓表

4、示數(shù)所對(duì)應(yīng)的加速度大小應(yīng)約為9.8 m/s2 解析：該裝置在地面上靜止時(shí)，kx＝mg，指針指在表盤(pán)中央的零刻度處；飛船在加速上升的過(guò)程中，kx>mg，滑動(dòng)頭下移，此時(shí)，電壓表的示數(shù)為正；飛船在豎直減速返回地面的過(guò)程中，加速度方向向上，此時(shí)電壓表示數(shù)仍為正，故A對(duì)B錯(cuò)；飛船在圓軌道上運(yùn)行時(shí)，飛船中的物體處于完全失重狀態(tài)，a＝g，彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)，電壓表示數(shù)不為零，故C錯(cuò)D對(duì)． 答案：AD 4．圖19所示的是某工廠成品包裝車(chē)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(dāng)工件擋住A發(fā)出的光，光傳感器B就輸出一個(gè)電信號(hào)，并經(jīng)信號(hào)處理器處理后在屏幕上顯示出電信號(hào)與時(shí)間的關(guān)系，如圖20所

5、示．若傳送帶保持勻加速運(yùn)動(dòng)，每個(gè)工件均相對(duì)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(shuō)法正確的是(不計(jì)工件擋住的時(shí)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(dāng)無(wú)光照射R1時(shí)，光傳感器就輸出一次高電壓 D．當(dāng)無(wú)光照射R1時(shí)，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(cuò)B對(duì)．當(dāng)無(wú)光照射R1時(shí)，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(cuò)D對(duì)． 答案：BD 5．圖21是一火警報(bào)警器電路的示意圖．其中R3為用半導(dǎo)體熱

6、敏材料制成的傳感器，這種半導(dǎo)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(bào)警器．當(dāng)傳感器R3所在處出現(xiàn)火情時(shí)，顯示器的電流I、報(bào)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(dāng)R3處出現(xiàn)火情時(shí)，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(bào)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(cè)試)如圖22是一位同學(xué)設(shè)計(jì)的防盜門(mén)報(bào)警器的簡(jiǎn)化電路示意圖．門(mén)打開(kāi)時(shí)，紅外光敏電阻R3受到紅外線照

7、射，電阻減??；門(mén)關(guān)閉會(huì)遮蔽紅外線源(紅外線源沒(méi)有畫(huà)出)．經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)，燈的亮滅能反映門(mén)的開(kāi)、關(guān)狀態(tài)．門(mén)打開(kāi)時(shí)兩燈的發(fā)光情況以及R2兩端電壓UR2與門(mén)關(guān)閉時(shí)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(mén)打開(kāi)R3減小，導(dǎo)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(qiáng)把銜鐵拉下，紅燈亮，綠燈滅，A錯(cuò)誤，D正確． 答案：D 7．如圖23是電容式話(huà)筒的示意圖，它是利用電容制作的傳感器，話(huà)筒的振動(dòng)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(dòng)膜上的金屬層和這個(gè)金屬板構(gòu)成電容器的兩極，在兩極間加一電壓U，人對(duì)著話(huà)筒說(shuō)話(huà)時(shí)，振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使電容發(fā)生變化，導(dǎo)致話(huà)筒所在電路中的其它量發(fā)生變化，使聲音信號(hào)被話(huà)筒轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，其中導(dǎo)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(duì)面積變化 C．介質(zhì)變化 D．電壓變化 解析：人對(duì)著話(huà)筒說(shuō)話(huà)時(shí)，使振動(dòng)膜前后振動(dòng)，使電容器兩極間距離變化，由C＝，可導(dǎo)致電容C變化． 答案：A 8．如圖24所示為一測(cè)定液面高低的傳感器示意圖，A為固定的導(dǎo)體芯，B為導(dǎo)體芯外面的一層絕緣物質(zhì)，C為導(dǎo)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(dǎo)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(wú)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(duì)面積S減小，即h在減?。? 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(dǎo)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(duì)此以下說(shuō)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(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量

10、相等時(shí)，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(shí)，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(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(shí)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(huì)降下來(lái)；如果溫度降低，電阻率減小，導(dǎo)致電流變大，溫度就會(huì)升上去，所以本題正確答案為A、C. 答案：AC 二、計(jì)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(qǐng)應(yīng)用這一熱敏電阻自行設(shè)計(jì)一控制電路，當(dāng)溫

11、度高于某一值后紅色指示燈亮，而溫度低于這一值時(shí)綠色指示燈亮，并且說(shuō)明滑動(dòng)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(diǎn)，c、d為常開(kāi)觸點(diǎn))、熱敏電阻一只、滑動(dòng)變阻器一只、紅綠指示燈各一個(gè)、兩個(gè)獨(dú)立的電池組、開(kāi)關(guān)兩個(gè)、導(dǎo)線若干． 答案：設(shè)計(jì)的電路圖如下圖27所示． 圖27 此方案中滑動(dòng)變阻器的作用：主要是通過(guò)調(diào)節(jié)滿(mǎn)足對(duì)熱敏電阻的要求． 11．如圖28示是電飯煲的電路圖，S1是一個(gè)控溫 開(kāi)關(guān)，手動(dòng)閉合后，當(dāng)此開(kāi)關(guān)溫度達(dá)到居里點(diǎn)(103℃)時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)．S2是一個(gè)自動(dòng)控溫開(kāi)關(guān)，當(dāng)溫度低于70℃時(shí)，會(huì)自動(dòng)閉合；溫度高于80℃時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)．紅燈

12、是加熱時(shí)的指示燈，黃燈是保溫時(shí)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(jì)． 圖28 (1)分析電飯煲的工作原理． (2)計(jì)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(dòng)閉合，同時(shí)手動(dòng)閉合S1，這時(shí)黃燈短路，紅燈亮，電飯煲處于加熱狀態(tài)．加熱到80℃時(shí)，S2自動(dòng)斷開(kāi)，S1仍閉合；水燒開(kāi)后，溫度升高到居里點(diǎn)103℃時(shí)，開(kāi)關(guān)S1自動(dòng)斷開(kāi)，這時(shí)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(shí)，S2自動(dòng)閉合，電飯煲重新加熱，溫度達(dá)到80℃時(shí)，S2又自動(dòng)斷開(kāi)，再次處于保溫狀態(tài)． (2)加

13、熱時(shí)電飯煲消耗的電功率P1＝，保溫時(shí)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(lái)測(cè)定沿水平軌道運(yùn)動(dòng)的列車(chē)的加速度，m是一個(gè)金屬球，它系在金屬絲的下端，金屬絲的上端懸掛在O點(diǎn)，AB是一根長(zhǎng)為L(zhǎng)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(jì)，電阻絲的中點(diǎn)C焊接一根導(dǎo)線．從O點(diǎn)也引出 一根導(dǎo)線，兩線之間接入一個(gè)電壓表V(金屬絲和導(dǎo)線電阻不計(jì))；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(gè)裝置固定在列車(chē)中使AB沿著前進(jìn)的方向，列車(chē)靜止時(shí)金

14、屬絲呈豎直狀態(tài)，當(dāng)列車(chē)加速或減速前進(jìn)時(shí)，金屬絲將偏離豎直方向，從電壓表的讀數(shù)變化可以測(cè)出加速度的大?。? 圖29 (1)當(dāng)列車(chē)向右勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，試寫(xiě)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(jì)． (2)用此裝置測(cè)得的最大加速度是多少？ (3)為什么C點(diǎn)設(shè)置在電阻絲AB的中間？對(duì)電壓表的選擇有什么特殊要求？ 解析：(1)設(shè)列車(chē)加速度為a時(shí)懸掛小球的金屬絲偏離豎直方向θ角，這時(shí)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(shí)的加速度表達(dá)式為a＝gtanθ，因?yàn)閠anθ＝，將此式代入上式得a＝g·該式就是觸點(diǎn)D的位移

15、跟加速度的關(guān)系式．從電路部分看，設(shè)此時(shí)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(duì)均勻電阻絲來(lái)說(shuō)，應(yīng)有電壓與電阻絲長(zhǎng)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(duì)應(yīng)改寫(xiě)成加速度的數(shù)值，電壓表便改制成了加速度計(jì)． (2)這個(gè)裝置測(cè)得最大加速度的情況是D點(diǎn)移到A點(diǎn)，這時(shí)的電壓表讀數(shù)U′＝，所以amax＝. (3)C點(diǎn)設(shè)置在AB的中間的好處是：利用這個(gè)裝置還可以測(cè)定列車(chē)做勻減速運(yùn)動(dòng)的加速度，這時(shí)小球偏向OC線的右方．電壓表要零點(diǎn)在中間，量程大于. 答案：(1)a＝g　(2) (3)還可以測(cè)定列車(chē)做勻減速運(yùn)動(dòng)時(shí)的負(fù)加速度 電壓表的零點(diǎn)在中間，量程大于