2024年高考物理二轮专题复习：传感器的应用

试卷更新日期：2024-02-26 类型：二轮复习

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一、选择题

1. 霍尔式位移传感器的测量原理如图所示，有一个沿z轴方向的磁场，磁感应强度 $B = B_{0} + k z (B_{0}$ 、k均为常数 $) .$ 将传感器固定在物体上，保持通过霍尔元件的电流I不变 $($ 方向如图所示 $)$ ，当物体沿z轴方向移动时，由于位置不同，霍尔元件在y轴方向的上、下表面的电势差U也不同 $.$ 则（）

A、传感器灵敏度 $\frac{△ U}{△ z}$ 与上、下表面的距离有关 B、当物体沿z轴方向移动时，上、下表面的电势差U变小 C、传感器灵敏度 $\frac{△ U}{△ z}$ 与通过的电流有关 D、若图中霍尔元件是电子导电，则下板电势高

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2. 关于电熨斗下列说法正确的（）

A、电熨斗能自动控制温度主要利用了双金属片，两片金属的膨胀系数相同 B、常温下，上下触点是分开的；温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分开 C、需要较高温度熨烫时，要调节温度旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移 D、电熨斗中的双金属片是一种半导体材料

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二、非选择题

3. 电流传感器可以像电流表一样测量电流，它可以和计算机相连，能画出电流与时间的变化图象。某同学设计了图甲所示的电路来观察电容器充、放电过程。当他将开关S接1时，待充电完成后，把开关S再与2接通，电容器通过电阻R放电，在计算机上显示出电流随时间变化的i—t图象如图乙所示。请根据以上操作回答：

(1)、电容器放电时，通过电阻R的电流方向是（选填“由a到b”或“由b到a”）

(2)、图乙中图线与两坐标轴所包围的面积的物理意义是。

(3)、若充电完成后，电容器所带的电荷量为2.8×10^-3C，且该同学使用的电源电动势为8V，则该电容器的电容为F。（保留2位有效数字）

(4)、其它条件不变，仅减小R的阻值，则放电电流随时间变化的i-t曲线应该是图丙中的（选填“b”“c”或“d”）。

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4. 传感器是把非电学量（如速度、温度、压力等）的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用。有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器R（电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻）和显示体重大小的仪表A（实质是理想电流表）组成。压力传感器表面能承受的最大压强为1×10⁷Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如表所示。设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8V，取g=10m/s²。请作答：

压力F/N	0	250	500	750	1 000	1 250	1 500	…
电阻R/Ω	300	270	240	210	180	150	120	…

(1)、该秤零点（即踏板空载时）的刻度线应标在电流表刻度盘A处；

(2)、如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20mA，这个人的质量是kg。

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5. 热敏电阻是一种传感器电阻，其电阻值随着温度的变化而改变。按照温度系数的不同，热敏电阻分为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻，正温度系数热敏电阻的电阻值随温度的升高而增大，负温度系数热敏电阻的电阻值随温度的升高而减小。某同学设计了如图甲所示的电路，将热敏电阻浸入热水中，调节热敏电阻的温度，测出热敏电阻在不同温度下的电阻值Rt，描绘该热敏电阻的电阻值Rt随温度t变化的关系曲线如图乙所示。

(1)、实验前，应将滑动变阻器R的滑片移至（填“a”或“b”）端。

(2)、本实验测得的热敏电阻的电阻值（填“大于”、“等于”或“小于”）真实值：待测热敏电阻为（填“正温度系数”或“负温度系数”）热敏电阻。

(3)、将该热敏电阻用于如图丙所示的火灾报警器电路中，报警器接在A、B两点之间。已知R₁=3kΩ，R₂=4kΩ，R₃=6kΩ，当A点的电势高于B点的电势时报警器开始报警，若出现火灾，则当热敏电阻的温度为℃时报警器开始报警。（结果保留两位有效数字）

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6. 目前国际公认的酒驾标准是“0.2mg/mL≤酒精气体浓度<0.8mg/mL”，醉驾标准是“酒精气体浓度>0.8mg/mL”。一兴趣小组现要利用一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器，组装一个酒精测试仪，此传感器的电阻R，随酒精气体浓度的变化而变化，规律如图甲所示。提供的器材有：
A．二氧化锡半导体型酒精传感器 $R_{x}$ ∶

B．直流电源（电动势为6V，内阻不计）：

C．电压表（量程为3V，内阻非常大，作为浓度表使用）：

D．电阻箱（最大阻值为999.9Ω）∶

E.定值电阻 $R_{1}$ （阻值为20Ω）：

F.定值电阻 $R_{2}$ （阻值为10Ω）：

G.单刀双掷开关一个，导线若干。

(1)、图乙是酒精测试仪电路图，请在图丙中完成实物连线；

(2)、电路中R应选用定值电阻（填R₁或R₂）

(3)、为便于识别，按照下列步骤调节此测试仪：
①电路接通前，先将电阻箱调为40.0Ω，然后开关向（填“c”或“d"）端闭合，将电压表此时指针对应的刻度线标记为mg/mL；

②逐步减小电阻箱的阻值，电压表的示数不断变大，按照甲图数据将电压表上“电压”刻度线标为“酒精浓度”。当电阻箱调为Ω时，电压表指针满偏，将电压表此时指针对应的刻度线标记为mg/mL；

③将开关向另一端闭合，测试仪即可正常使用。

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7. 半导体薄膜压力传感器是一种常用的传感器，其阻值会随压力变化而改变。现有一压力传感器：

(1)、利用图甲所示的电路测量该传感器在不同压力下的阻值R_N ，其阻值约几十千欧，实验室提供以下器材：
电源电动势为6V；

电流表A（量程250μA，内阻约为50Ω）；

电压表V（量程3V，内阻约为20kΩ）；

滑动变阻器R（阻值0~100Ω）；

为了提高测量的准确性，应该选下面哪个电路图进行测量______；

A、 B、 C、

(2)、通过多次实验测得其阻值R_N随压力F变化的关系图像如图乙所示：

由图乙可知，压力越大，阻值（选填“越大”或“越小”），且压力小于2.0N时的灵敏度比压力大于2.0N时的灵敏度（灵敏度指电阻值随压力的变化率）（选填“高”或“低”）；

(3)、利用该压力传感器设计了如图丙所示的自动分拣装置，可以将质量不同的物体进行分拣，图中R_N为压力传感器， $R^{'}$ 为滑动变阻器，电源电压为6V（内阻不计）。分拣时将质量大小不同的物体用传送带运送到托盘上，OB为一个可绕O转动的杠杆，下端有弹簧，控制电路两端电压≤3V时，杠杆OB水平，物体水平通过进入通道1，当控制电路两端电压>3V时，杠杆的B端就会被吸下，物体下滑进入通道2，从而实现分拣功能。取重力加速度g=10m/s² ，若要将质量大于0.16kg的货物实现分拣，应该将 $R^{'}$ 调成kΩ（结果保留3位有效数字）。

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8. 如图甲所示，一同学在“用传感器观察平行板电容器的放电”实验中，单刀双掷开关先置于1位置，待一段时间后，再置于2位置，利用电容器放电过程中记录的数据作出的I-t图像如图乙所示，已知电源电动势为8.0V，请回答以下问题：

(1)、电容器在全部放电过程中释放的电荷量约为C（结果保留两位有效数字）；

(2)、根据以上数据估算电容器的电容值为F（结果保留两位有效数字）；

(3)、如果将平行板电容器的板间距离增大，重做该实验，则图乙坐标纸中描绘出的放电I-t图像距坐标原点会（选填“变远”“变近”或“不变”）。

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9. 二极管具有单向导电性，其正向电阻很小，反向电阻很大，现有一个二极管其正极记为A、负极记为B．某同学研究二极管正、反向电阻的相关实验操作过程如下：

(1)、先用多用电表的欧姆挡测量其电阻，其正向电阻约为10 Ω，反向电阻约为50 kΩ，则在测量二极管的正向电阻时，电表的红表笔应接（填“A”或“B”）端．

(2)、该同学设计了如图所示的电路用伏安法进一步测量该二极管正、反向电压均为2 V时的电阻值，二极管接在1、2之间，电压表的内阻约为40 kΩ，选用多用电表的直流电流挡作为电流表接在3、4之间．该多用电表的直流电流有三个量程，量程和对应的内阻分别为：①50 μA，内阻约为100 Ω；②50 mA，内阻约为50 Ω；③250 mA，内阻约为10 Ω．则在实验过程中，多用电表的红表笔应与接线柱（选填“3”或“4”）相连；测二极管的反向电阻时电流表的量程应选用（选填“①”“②”或“③”），单刀双掷开关S₂应拨向接点（选填“5”或“6”）．

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10. 某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度表，他所选用的器材有：灵敏电流表（待改装），学生电源（电动势为E，内阻不计），滑动变阻器，单刀双掷开关，导线若干，导热性能良好的防水材料，标准温度计，PTC热敏电阻R₁（PTC线性热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为R_t=a+kt，a＞0，k＞0）。
设计电路图如图所示，并按如下步骤进行操作。

⑴按电路图连接好实验器材。

⑵将滑动变阻器滑片P滑到（填“a”或“b”）端，单刀双掷开关S掷于（填“c”或“d”）端，调节滑片P使电流表满偏，并在以后的操作中保持滑片P位置不动，设此时电路总电阻为R，断开电路。

⑶容器中倒入适量开水，观察标准温度计，每当标准温度计示数下降5℃，就将开关S置于d端，并记录此时的温度t和对应的电流表的示数I，然后断开开关。请根据温度表的设计原理和电路图，写出电流与温度的关系式I=（用题目中给定的符号）。

⑷根据对应温度记录的电流表示数，重新刻制电流表的表盘，改装成温度表。根据改装原理，此温度表表盘刻度线的特点是：低温刻度在（填“左”或“右”）侧，刻度线分布是否均匀？（填“是”或“否”）。

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11. 某同学利用DIS测定直流电动机效率装置和电路如图（a），其中A、B、C和D都是传感器。A、B是分别是位移传感器的发射器和接收器，测重物上升高度h。图（b）是所有传感器测得的数据记录，绘在一张图上。

(1)、图（a）中，装置C是传感器，D是传感器。（请填写传感器名称）

(2)、如图（a）所示，闭合电键前，滑动变阻器滑片应处于。

(3)、根据（b）图中的U﹣t、I﹣t和h﹣t图象，选择区域读取数据，为较精确地算出电动机的效率，则对应的时间段选取较适宜的是
（A）0～0.5s（B）0～10s（C）1.0～20s（D）1.0～30s

(4)、读出所选过程中C、D的示数，已知重物和A的总质量为m＝70g，重力加速度g＝9.80m/s² ，可算得该直流电动机的效率η＝%。

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12. 有一种测量压力的电子秤，其原理图如图所示．E是内阻不计、电动势为6 V的电源．R₀是一个阻值为300 Ω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变化而改变，其关系如下表所示．C是一个用来保护显示器的电容器．秤台的重力忽略不计，试分析：

(1)、利用表中的数据归纳出电阻R随压力F变化的函数式R＝ Ω；

(2)、若电容器的耐压值为5 V，该电子秤的最大称量值为N；

(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． (选填“均匀”或“不均匀”)

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13.
温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置，它通过测量传感器元件的电学量随温度的变化来实现温度的测量，其核心部件是由半导体材料制成的热敏电阻．在某次实验中，为了测量热敏电阻R_T在0℃到100℃之间多个温度下的阻值，一实验小组设计了如图甲所示电路．

其实验步骤如下：

①正确连接电路，在保温容器中加入适量开水；

②加入适量的冰水，待温度稳定后，测量不同温度下热敏电阻的阻值；

③重复第②步操作若干次，测得多组数据．

(1)、
该小组用多用电表“×100”挡测热敏电阻在100℃下的阻值，发现表头指针偏转的角度很大；为了准确地进行测量，应换到挡（选填“×10”、“×1k”）；如果换挡后就用表笔连接热敏电阻进行读数，那么欠缺的实验步骤是：，补上该步骤后，表盘的示数如图乙所示，则它的电阻是Ω．
实验小组算得该热敏电阻在不同温度下的阻值，并据此绘得图丙的R﹣t关系图线，请根据图线写出该热敏电阻的R﹣t关系；

(2)、
若把该热敏电阻与电源（电动势E=1.5V、内阻不计）、电流表（量程为5mA、内阻R_g=100Ω）、电阻箱R₀串联起来，连成如图丁所示的电路，用该电阻作测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的“热敏电阻测温计”．

①电流表刻度较大处对应的温度刻度应该（填“较大”或“较小”）；

②若电阻箱的阻值取R₀=220Ω，则电流表3mA处所对应的温度刻度为℃．

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14.
如图甲所示，在水平放置的气垫导轨上有一带有方盒的滑块，质量为M，气垫导轨右端固定一定滑轮，细线绕过滑轮，一端与滑块相连，另一端挂有6个钩码，设每个钩码的质量为m，且M=4m．

(1)、
用游标卡尺测出滑块上的挡光片的宽度，读数如图乙所示，则宽度d=cm；

(2)、某同学打开气源，将滑块由静止释放，滑块上的挡光片通过光电门的时间为t，则滑块通过光电门的速度为（用题中所给字母表示）；

(3)、开始实验时，细线另一端挂有6个钩码，由静止释放后细线上的拉力为F₁ ，接着每次实验时将1个钩码移放到滑块上的方盒中，当只剩3个钩码时细线上的拉力为F₂ ，则F₁2F₂（填“大于”、“等于”或“小于”）；

(4)、若每次移动钩码后都从同一位置释放滑块，设挡光片距光电门的距离为L，钩码的个数为n，测出每次挡光片通过光电门的时间为t，测出多组数据，并绘出 n﹣ $\frac{1}{t^{2}}$ 图象，已知图线斜率为k，则当地重力加速度为（用题中字母表示）．

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15.
某同学设计了一个用打点计时器做“验证动量守恒定律”的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动，然后与原来静止的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动．他设计的具体装置如图1所示，在小车后连接着纸带，电磁打点计时器使用的电源频率为50Hz，长木板垫着小木片以平衡摩擦力．

(1)、若已得到打点纸带如图2所示，并测得各计数点间距（标在图上）．A为运动起点，则应该选择段来计算A碰前的速度，应选择段来计算A和B碰后的共同速度．（以上空格选填“AB”、“BC”、“CD”、“DE”）

(2)、已测得小车A的质量m₁=0.40kg，小车B的质量m₂=0.20kg，由以上测量结果可得碰前m₁v₀=kg•m/s，碰后（m₁+m₂）v_共=kg•m/s，由此得出结论．（计算结果保留三位有效数字．）

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