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

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=B0+kz(B0 、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 Uz 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 Uz 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
  • 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

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it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ab”或“由ba”)
    (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”)。
  • 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。
  • 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)

  • 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 Rx

    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 R1 (阻值为20Ω):

    F.定值电阻 R2 (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。

  • 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RN , 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RN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RN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)。
  • 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”)。
  • 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”).

  • 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Rt=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”)。

  • 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=%。
  • 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”)
  • 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RT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Rg=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℃.

  • 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﹣ 1t2 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).

  • 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=kg•m/s,由此得出结论 . (计算结果保留三位有效数字.)