2021_2021学年新教材高中物理第四章电磁振荡与电磁波第五章传感器单元检测含解析新人教版选择性必修.doc

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1、单元素养检测(四) (第四、五章)(90分钟100分)一、单项选择题:本题共8小题,每小题3分,共24分。在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。1.关于光敏电阻和热敏电阻,下列说法中正确的是()A.光敏电阻是用半导体材料制成的,其阻值随光照增强而减小,随光照的减弱而增大B.光敏电阻是能把光照强度这个光学量转换为电流这个电学量的元件C.热敏电阻是用金属铂制成的,它对温度感知很灵敏D.热敏电阻是把热量这个热学量转换为电阻这个电学量的元件【解析】选A。光敏电阻是把光照强度转换为电阻的元件,热敏电阻是把温度转换为电阻的元件,故B、D错误;热敏电阻与金属热电阻是两个不同的概念,热敏电阻和光

2、敏电阻都是用半导体材料制成的,某些半导体具有光敏性和热敏性,金属热电阻随温度升高电阻增大,但灵敏度不高,故C错误。2.2020年初新冠肺炎疫情防控阻击战中,枪式测温仪成了体温检测的“哨兵”。测温仪的使用,避免了接触式感染的可能性,这全都是得益于传感器的应用。下列有关传感器的说法中错误的是()A.霍尔元件是能够把磁感应强度转换为电压的一种磁传感器B.光电鼠标利用了光传感器C.电子秤称量物体质量是利用了力传感器D.测温仪是利用了温度传感器【解析】选D。霍尔元件是能够把磁感应强度转换为电压的一种磁传感器,故A正确;光电鼠标利用了光传感器,故B正确;电子秤称量物体质量是利用了力传感器,故C正确;枪式测

3、温仪是根据人体辐射的红外线来测温的,没有利用温度传感器,故D错误。3.许多饮水机,可以保证出水温度恒定,采取的方法是()A.持续加热B.设定程式,固定各次加热时间及加热时间间隔C.水温低于设定温度时加热,达到设定温度时,停止加热D.人工控制加热按钮【解析】选C。饮水机温度控制系统以调节饮水机温度为目的,其输入参数主要是水温信号和设定温度。输出信号主要是温度显示、声光报警和执行加热。工作时传感器将温度传给单片机,当水温低于设定温度时,单片机控制加热模块加热,当温度高于设定温度时,继电器断开,加热停止。从而实现温度控制的目的。故选C。4.2007年度诺贝尔物理学奖授予了法国和德国的两位科学家,以表

4、彰他们发现“巨磁电阻效应”。基于巨磁电阻效应开发的用于读取硬盘数据的技术,被认为是纳米技术的第一次真正应用。在下列有关其他电阻应用的说法中,错误的是()A.热敏电阻可应用于温度测控装置中B.光敏电阻是一种光电传感器C.电阻丝可应用于电热设备中D.电阻在电路中主要起到通过直流、阻碍交流的作用【解析】选D。热敏电阻对温度很敏感,光敏电阻对光照很敏感,电阻丝可用于电加热,A、B、C正确;交流电、直流电均可通过电阻,电阻对它们均可产生阻碍作用,D错误。5.如图所示为用电源、电磁继电器、滑动变阻器、绿灯泡、小电铃、负温度系数半导体热敏电阻、开关、导线等组成的一个高温报警器电路图,要求是:正常情况绿灯亮,

5、有险情时电铃报警,则图中的甲、乙、丙分别是()A.小电铃、半导体热敏电阻、绿灯泡B.半导体热敏电阻、小电铃、绿灯泡C.绿灯泡、小电铃、半导体热敏电阻D.半导体热敏电阻、绿灯泡、小电铃【解析】选B。甲的回路应为控制电路,甲当然是半导体热敏电阻;热敏电阻的特点是温度升高,电阻减小,电流变大,继电器工作,衔铁被吸下,乙被接通应报警,即乙是小电铃;平常时,温度低,电阻大,电流小,丙导通,丙应是绿灯泡,即B正确。6.如图所示是观察电阻值随温度变化情况的示意图。现把杯中的水由冷水变为热水,关于欧姆表的读数变化情况正确的是(设水对电阻阻值的影响不计)()A.如果R为金属热电阻,读数变大,且变化非常明显B.如

6、果R为金属热电阻,读数变小,且变化不明显C.如果R为用半导体材料制成的热敏电阻,读数变化非常明显D.如果R为用半导体材料制成的热敏电阻,读数变化不明显【解析】选C。金属热电阻的阻值随温度的升高而增大,但灵敏度较差,而热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,且灵敏度高,故选项C正确。7.如图所示是电容式话筒的示意图,它是利用电容制作的传感器。话筒的振动膜前面镀有薄薄的金属层,膜后距膜几十微米处有一金属板,振动膜上的金属层和这个金属板构成电容器的两极。在两极间加一电压U,人对着话筒说话时,振动膜前后振动,使电容发生变化,导致话筒所在电路中的其他量发生变化,使声音信号被话筒转换为电信号。其中导致电容变化的

7、原因可能是电容器两板间的()A.距离变化B.正对面积变化C.介质变化D.电压变化【解析】选A。话筒中金属层与金属板构成平行板电容器,当讲话时,振动膜的振动相当于两极板间的距离发生变化,由平行板电容器C=可知,当d发生变化时,引起电信号的变化,A正确。8.如图所示,宽度为d、厚度为h的导体放在垂直于它的磁感应强度为B的匀强磁场中,当电流通过该导体时,在导体的上、下表面之间会产生电势差,这种现象称为霍尔效应。实验表明:当磁场不太强时,电势差U、电流I和磁感应强度B的关系为U=k,式中的比例系数k称为霍尔系数。设载流子的电量为q,下列说法正确的是 ()A.载流子所受静电力的大小F=qB.导体上表面的

8、电势一定大于下表面的电势C.霍尔系数为k=,其中n为导体单位长度上的载流子数D.载流子所受洛伦兹力的大小F洛=,其中n为导体单位体积内的电荷数【解析】选D。电流通过该导体时,在导体的上、下表面之间会产生电势差,载流子所受静电力的大小为F=q,A选项错误;载流子的电性未知,不能判断导体上、下表面的电势高低,B选项错误;载流子处于平衡状态,qvB=q,根据电流的微观表达式I=nqSv,解得U=,其中S=hd,得U=k,故k=,其中n为导体单位体积上的载流子数,C选项错误;载流子所受洛伦兹力的大小F洛=qvB=,D选项正确。二、多项选择题:本题共4小题,每小题4分,共16分。全部选对得4分,选对但选

9、不全得2分,有选错的得0分。9.如图所示为用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器,下列说法中正确的是()A.严重污染时,LDR是高电阻B.轻度污染时,LDR是高电阻C.无论污染程度如何,LDR的电阻不变,阻值大小由材料本身因素决定D.该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响【解析】选A、D。严重污染时,透过污水照到LDR上的光线较少,LDR电阻较大,A对,B错;LDR由半导体材料制成,受光照影响电阻会发生变化,C错;白天和晚上自然光强弱不同,或多或少会影响LDR的电阻,D对。10.某一电学黑箱内可能有电容器、电感线圈、定值电阻等元件,在接线柱间以如图所示的Z字形连接(两接线柱间只有一个元

10、件)。为了确定各元件种类,小华同学把计算机辅助实验系统中的电流传感器(相当于电流表)与一直流电源、滑动变阻器、开关串联后,分别将AB、BC、CD接入电路,闭合开关,计算机显示的电流随时间变化的图像分别如图a、b、c所示,则如下判断中正确的是()A.AB间是电容器B.BC间是电感线圈C.CD间是电容器D.CD间是定值电阻【解析】选A、B、D。接入电容器后,充电过程有短暂的电流,电路稳定后电路中没有电流;接入电感线圈后由于自感,电流逐渐增大;接入定值电阻后,电流保持一定值,故AB间为电容器,BC间为电感线圈,CD间为定值电阻,所以A、B、D正确,C错误。11.某温度检测、光电控制加热装置原理如图所

11、示。图中RT为热敏电阻(随温度升高,阻值减小),用来探测加热电阻丝R的温度,RG为光敏电阻(随光照强度增大,阻值减小),接收小灯泡L的光照,除RT、RG外,其他电阻均为定值电阻(虚线框内两元件距离很近)。当R处温度升高时()A.L变亮B.R3的电流减小C.E2的路端电压增大D.R的功率减小【解析】选A、D。当R处温度升高时,RT阻值变小,小灯泡L变亮,RG阻值变小,通过R2的电流变大,E2的路端电压变小,R两端电压变小,通过的电流也变小,功率变小,通过R3的电流变大,A、D选项正确。12.如图所示为用热敏电阻R和电磁铁L等组成的一个简单的恒温控制电路,其中热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小。电

12、源甲与电磁铁、热敏电阻等组成控制电路,电源乙与恒温箱加热器(图中未画出)相连接。则()A.当温度降低到某一数值时,衔铁P将会被吸下B.当温度升高到某一数值时,衔铁P将会被吸下C.工作时,应该把恒温箱内的加热器接在C、D端D.工作时,应该把恒温箱内的加热器接在A、B端【解析】选B、D。温度升高时,热敏电阻阻值减小,电流增大,电磁铁磁性增强,将衔铁P吸下,选项B正确;温度低时,要求加热器工作,所以加热器应接在A、B端,选项D正确。三、实验题:本题共2小题,共14分。13.(6分)太阳能是一种清洁、“绿色”能源。在我国举办的世博会上,大量利用了太阳能电池。太阳能电池在有光照时,可以将光能转化为电能,

13、在没有光照时,可以视为一个电学器件。某实验小组根据测绘小灯泡伏安特性曲线的实验方法,探究一个太阳能电池在没有光照时(没有储存电能)的I-U特性。所用的器材包括:太阳能电池,电源E,电流表A,电压表V,滑动变阻器R,开关S及导线若干。(1)为了达到上述目的,请将图甲连成一个完整的实验电路图。(2)该实验小组根据实验得到的数据,描点绘出了如图乙的I-U图像。由图可知,当电压小于2.00 V时,太阳能电池的电阻_(选填“很大”或“很小”);当电压为2.80 V时,太阳能电池的电阻约为_ 。【解析】(1)探究I-U特性时需要多组数据,故滑动变阻器应采用分压接法。连线见答案。(2)根据R=,结合I-U图

14、可知U2.00 V时R很大;U=2.80 V时R= =1.0103 。答案:(1)连线如图(2)很大1.0103(9661 040)14.(8分)如图所示,一热敏电阻RT放在控温容器M内;A为毫安表,量程为6 mA,内阻为数十欧姆;E为直流电源,电动势约为3 V,内阻很小;R为电阻箱,最大阻值为999.9 ;S为开关。已知RT在95 时的阻值为150 ,在20 时的阻值为550 。现要求在降温过程中测量在95 至20 之间的多个温度下RT的阻值。(1)在图中画出连线,完成实验原理电路图。(2)完成下列实验步骤中的填空。依照实验原理电路图连线。调节控温容器M内的温度,使得RT的温度为95 。将电

15、阻箱调到适当的初值,以保证仪器安全。闭合开关,调节电阻箱,记录电流表的示数I0,并记录_。将RT的温度降为T1(20 T195 );调节电阻箱,使得电流表的读数_,记录_。温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1=_。逐步降低T1的数值,直至20 为止;在每一温度下重复步骤。【解析】(1)该实验中没有电压表,可以应用等效替代法测热敏电阻阻值,改变电阻箱接入电路的阻值,保持电路电流不变,则电路总电阻不变,因此应把电源、电流表、热敏电阻、电阻箱、开关串联接入电路,实物电路图如图所示:(2)闭合开关,调节电阻箱,记录电流表示数I0,并记录电阻箱的读数R0。将RT的温度降为T1(20 T195 );调节电阻

16、箱,使得电流表的读数为I0,记录电阻箱电阻R1。由闭合电路欧姆定律可得:温度为95 时:E=I0(r+RA+RT+R0),即:E=I0(r+RA+150 +R0)当RT的温度降为T1时,有:E=I0(r+RA+RT1+R1)由解得:RT1=R0-R1+150 答案:(1)见解析图(2)电阻箱的读数R0仍为I0电阻箱电阻R1R0-R1+150 四、计算题:本题共4小题,共46分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位。15.(8分)(1)用如图所示的传感器可以测物体的位移,说明它的工作原理是什么?(2)电子电路中常用到一种称为“干簧管”的元件,它的结构是玻璃管内封入的两个软磁性材料

17、制成的簧片,如图所示,它是传感器吗?【解析】(1)它可以将位移变化转换为电容信号,当物体向左运动时,电容增大;向右运动时,电容减小。(4分)(2)它是传感器,可以感知磁场。玻璃管内封入两个软磁性材料制成的簧片,当存在磁场(如条形磁体靠近干簧管)时,两个簧片被磁化而相互吸引接触,灯泡就发光,因此能感知磁场的存在。(4分)答案:见解析16.(8分)有一种测量压力的电子秤,其原理如图所示。E是内阻不计、电动势为6 V的电源。R0是一个阻值为300 的限流电阻。G是由理想电流表改装成的指针式测力显示器。R是一个压敏电阻,其阻值可随压力大小的变化而改变,其关系如表所示。C是一个用来保护显示器的电容器。秤

18、台的重力忽略不计,试分析:压力F/N050100150200250300电阻R/300280260240220200180(1)利用表中的数据,写出电阻R随压力F变化的函数式。(2)若电容器的耐压值为5 V,该电子秤的最大称量值为多少?(3)如果把电流表中电流的刻度变换成压力刻度,则该测力显示器的刻度是否均匀?【解析】(1)由表中数据可知,k=-0.4 /N(2分)所以电阻R随压力F变化的函数表达式为R=(300-0.4F) 。(1分)(2)R上受到的压力越大,R的阻值越小,电容器两极板电压越大,(1分)但不能超过5 V,所以=,解得R=60 ,又因为R=(300-0.4F) ,得F=600

19、N。(1分)(3)电流表中的电流I=(1分)电流I与压力F不是线性关系,该测力显示器的刻度不均匀。(2分)答案:(1)R=(300-0.4F) (2)600 N(3)不均匀17.(14分)有一种测量物体重量的电子秤,其电路主要由三部分构成:踏板、压力传感器R(实际上是一个阻值可随压力变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质上是电流表),原理图如图中的虚线所示,不计踏板的质量。已知电流表的量程为2 A,内阻为1 ,电源电动势为12 V,内阻为1 ,电阻R随压力F变化的函数式为R=30-0.01F(F和R的单位分别为N和)。(1)求该秤能测量的最大体重。(2)通过计算,得出该秤零刻度线(即踏板空载时

20、的刻度线)应标在电流表G刻度盘的哪个刻度处?(3)写出该秤测量的重力与电流表中电流的函数关系。【解析】(1)由电流表量程可知电路中最大电流为2 A由闭合电路欧姆定律E=I(R+r+rg)可解得压力传感器R的最小值为4 (2分)由电阻R随压力F变化的函数式R=30-0.01F可得压力最大值F=2 600 N,即该秤能测量的最大体重为2 600 N。(2分)(2)踏板空载时,F=0,R=30 由闭合电路欧姆定律,E=I(R+r+rg)可解得I=0.375 A(3分)即该秤零刻度线应标在电流表G刻度盘的0.375 A刻度处。(1分)(3)由E=I(R+r+rg)和R=30-0.01F可得E=I(30

21、-0.01F+r+rg)(2分)将电动势E=12 V、内阻r=1 、电流表内阻rg=1 代入化简得F=3 200-。(4分)答案:(1)2 600 N(2)0.375 A(3)F=3 200-18.(16分)如图所示为某同学自制的电子秤原理图:粗细均匀的电阻棒R(每厘米长的电阻为1 )竖直放置,其总长度L=10 cm,电源电动势E=6 V,内阻r=1 ,保护电阻R0=4 ,托盘连接在竖直放置、下端固定的轻弹簧上端,其质量m0=0.1 kg,水平金属轻杆一端连接弹簧上端、一端通过滑片与电阻棒接触。当托盘内不放物体静止时,弹簧的形变量x=1 cm,轻杆的滑片刚好与电阻棒上端接触。若电路各处接触良好、导线及轻杆电阻不计、弹簧的形变始终未超过限度、轻杆只能上下平移,g取10 m/s2。求:(1)弹簧的劲度系数k;(2)该电子秤能称出的最大物体质量m及对应的理想电压表V的示数U。【解析】(1)托盘质量m0=0.1 kg,当托盘内不放物体静止时,弹簧的形变量x=1 cm,根据平衡条件得m0g=kx,解得k=100 N/m。(8分)(2)当电子秤称量物体质量最大时,滑片位于最下端,弹簧又压缩了10 cm,根据受力平衡可知,最大物体质量m=1 kg,电压表测量滑动变阻器R两端电压,U=E=4 V。(8分)答案:(1)100 N/m(2)1 kg4 V- 11 -