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人教版 (2019)选择性必修 第二册第五章 传感器综合与测试学案
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这是一份人教版 (2019)选择性必修 第二册第五章 传感器综合与测试学案，共7页。学案主要包含了单项选择题，多项选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
一、单项选择题(本题共8小题，每小题6分，共48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．许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启；而在白天，即使有声音它也没有反应，它的控制电路中可能接入的传感器是( )
①温度传感器 ②光传感器 ③声音传感器 ④热传感器
A．①② B．②③ C．③④ D．②④
答案 B
解析 能感知声音和光照情况，说明电路中接入了光传感器和声音传感器，故选项B正确．
2．话筒内有传感器．其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号．下列说法正确的是( )
A．该传感器是根据电流的磁效应工作的
B．该传感器是根据电磁感应原理工作的
C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势
答案 B
解析 当声波使膜片前后振动时，线圈切割磁感线产生感应电流，将声音信号转变成电信号，是根据电磁感应原理工作的，故A错，B对；膜片随着声波而振动，穿过金属线圈的磁通量也是变化的，故C错；膜片振动时，金属线圈切割磁感线，会产生感应电动势，故D错．
3．在一些星级宾馆的洗手间经常装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，热空气从机内喷出，将湿手烘干．手靠近干手机能使传感器工作，是因为( )
A．改变湿度 B．改变温度
C．改变磁场 D．改变电容
答案 D
解析 根据自动干手机工作的特征，手靠近，电热器工作，手撤离，电热器停止工作，人是一种导体，可以与其他导体构成电容，手靠近时相当于连接了一个电容，可以确定干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变了电容．如果用湿度和温度来驱动电热器工作，理论上可行，但是假如干手机是因温度、湿度的变化而工作的，就成了室内烘干机，故D正确．
4.(2016·浙江卷)如图1所示为一种常见的身高体重测量仪．测量仪顶部向下发射波速为v的超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发射和接收的时间间隔．质量为M0的测重台置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比．当测重台没有站人时，测量仪记录的时间间隔为t0，输出电压为U0，某同学站上测重台，测量仪记录的时间间隔为t，输出电压为U，则该同学的身高和质量分别为( )
图1
A．v(t0－t)，eq \f(M0,U0)U B.eq \f(1,2)v(t0－t)，eq \f(M0,U0)U
C．v(t0－t)，eq \f(M0,U0)(U－U0) D. eq \f(1,2)v(t0－t)，eq \f(M0,U0)(U－U0)
答案 D
解析 当测重台没有站人时，2x＝vt0，当测重台站人时，2(x－h)＝vt，联立可得h＝eq \f(1,2)v(t0－t)，当测重台没有站人时，U0＝kM0g，当测重台站人时，U＝k(M0g＋mg)，联立可得，m＝eq \f(M0,U0)(U－U0)；故选项D正确．
5．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，在升降机中将重物放在压敏电阻上，压敏电阻接在如图2甲所示的电路中，电流表示数变化如图乙所示，某同学根据电流表的示数变化情况推断升降机的运动状态，下列说法中正确的是( )
图2
A．在0～t1时间内，升降机一定匀速运动
B．在0～t1时间内，升降机可能匀减速上升
C．在t1～t2时间内，升降机可能匀速上升
D．在t1～t2时间内，升降机可能匀加速上升
答案 B
解析 在0～t1时间内，电流恒定，表明压敏电阻的阻值恒定，则重物对压敏电阻的压力恒定，则升降机可能处于静止、匀速运动或匀变速直线运动状态，故A错误，B正确；在t1～t2时间内，电流在增加，表明压敏电阻的阻值在减小，则重物对压敏电阻的压力在增大，故升降机不可能做匀速运动或匀加速运动，故C、D错误．
6.如图3所示是某种汽车上的一种自动测定油箱内油面高度的装置．R是滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端，从油量表(由电流表改装而成)指针所指的刻度，就可以知道油箱内油面的高度，当滑动变阻器的金属片向下移动时( )
图3
A．电路中的电流减小，油箱内油面降低
B．电路中的电流减小，油箱内油面升高
C．电路中的电流增大，油箱内油面降低
D．电路中的电流增大，油箱内油面升高
答案 D
解析 油面升高，金属片向下移动，R接入电路中的电阻减小，电路中电流增大，所以选项D正确．
7．如图4所示为某传感装置内部部分电路图，RT为正温度系数热敏电阻，其特性为随着温度的升高阻值增大；R1为光敏电阻，其特性为随着光照强度的增强阻值减小；R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，为理想电压表．若发现电压表示数增大，可能的原因是( )
图4
①热敏电阻温度降低，其他条件不变
②热敏电阻温度升高，其他条件不变
③光照减弱，其他条件不变
④光照增强，其他条件不变
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
答案 A
解析 热敏电阻温度降低时，其阻值减小，外电路总电阻减小，总电流增大，内电压增大，路端电压随之减小，光敏电阻两端电压减小，通过光敏电阻的电流减小，通过R3的电流增大，电压表的示数增大，符合题意，故①正确．
同理可得热敏电阻温度升高，其他条件不变，电压表的示数减小，不符合题意，故②错误．
光照减弱，光敏电阻的阻值增大，外电路总电阻增大，路端电压增大，通过R3的电流增大，则电压表的示数增大，故③正确．
光照增强，光敏电阻的阻值减小，外电路总电阻减小，路端电压减小，通过R3的电流减小，则电压表的示数减小，故④错误．故A选项正确．
8.如图5所示，横截面为矩形的金属导体，放在磁场中，当导体中通有电流时，导体的上、下表面的电势有什么关系( )
图5
A．φM＞φN
B．φM＝φN
C．φM＜φN
D．无法判断
答案 A
解析 霍尔效应是因为带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用做定向移动形成的，根据左手定则，电子受到向下的洛伦兹力作用，向N板运动，则M板带正电，所以φM＞φN.
二、多项选择题(本题3小题，每小题8分，共24分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得8分，选对但不全的得6分，有选错的得0分)
9．如图6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( )
图6
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
答案 AD
解析 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，光照强度增大，阻值减小，反之阻值增大，C错；白天和晚上自然光强弱不同，会影响LDR的电阻，D对．
10.如图7所示是一个电容式传感器，在金属导线a的外面涂一层绝缘的电介质后放在导电液体中构成一个电容器，a与导电液体就是该电容器的两极．今使该电容器充电后与电源断开，并将a与静电计的导体球相连，插入导电液体中的电极b与静电计外壳相连，则当导电液体深度h变大时( )
图7
A．引起两极板间正对面积变大
B．电容器的电容将变小
C．电容器两极间的电压将变小
D．静电计指针偏角变大
答案 AC
解析 当导电液体深度h变大时，相当于电容器的两极板的正对面积变大，由C＝eq \f(εrS,4πkd)知，电容C变大，而电容器充电后与电源断开，所以电容器所带电荷量Q不变，由U＝eq \f(Q,C)知，电容器两极板间的电压将变小，静电计指针偏角变小．
11.如图8为一种风向和风速传感器的原理图．两个收集板极是铜丝网状导体，有良好的导电性和通风能力，粒子源极是一条直径很小的镍铬丝，粒子源极与两收集板极相互平行且等距．粒子源极附近的空气在强电场作用下电离，正离子沿电场方向移动流向收集板极，从而形成正离子电流，由两电流表测量，测量时保持风向与收集板极垂直，电流表A1、A2的示数分别为I1、I2，ΔI＝|I1－I2|，已知有风时正离子的速度为电场引起的速度和风速的矢量知，则( )
图8
A．若I1＞I2，则风向向右
B．若I1＞I2，则风向向左
C．风速越大，ΔI越大
D．风速越大，ΔI越小
答案 BC
解析 若风向向左，单位时间打到左收集板极上的正离子数较多，则I1＞I2，选项B正确，选项A错误；风速越大，则单位时间打到两收集板极的正离子数之差越大，故两电流表的示数之差越大，即ΔI越大，选项C正确，选项D错误．
三、非选择题(本题2小题，共28分)
12．(14分)如图9所示，实线是某同学利用力传感器悬挂一钩码在竖直方向运动时，数据采集器记录下的力传感器中拉力大小的变化情况．从图中可知道该钩码的重力约为________ N，A、B、C、D四段图线中钩码处于超重状态的为________，处于失重状态的为________．
图9
答案 10(4分) A、D(5分) B、C(5分)
解析 力传感器悬挂的钩码在竖直方向做匀速运动时，拉力等于重力，且保持不变，此时力传感器的读数就是钩码的重力，约10 N．当力传感器读数大于重力时，钩码处于超重状态，即A、D状态．当力传感器读数小于重力时，钩码处于失重状态，即B、C状态．
13．(14分)如图10所示，一热敏电阻RT放在控温容器M内；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，最大阻值约为999.9 Ω；S为开关．已知RT在95 ℃时的阻值为150 Ω，在20 ℃时的阻值约为550 Ω.现要求在降温过程中测量在20～95 ℃之间的多个温度下RT的值．
图10
(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．
①依照实验原理电路图连线．
②调节控温容器M内的温度，使得RT的温度为95 ℃.
③将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全．
④闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录________．
⑤将RT的温度降为T1(20 ℃＜T1＜95 ℃)；调节电阻箱，使得电流表的读数________，记录________．
⑥温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1＝________.
⑦逐步降低T1的数值，直至20 ℃为止；在每一温度下重复步骤⑤⑥.
答案 (1)见解析图(3分)
(2)④电阻箱的读数R0(3分) ⑤仍为I0(3分) 电阻箱的读数R1(3分) ⑥R0－R1＋150 Ω(2分)
解析 由于本实验只有一只可以测量和观察的直流电流表，所以应该用“替代法”，考虑到用电流表观察而保证电路中电阻不变，因此将热敏电阻、电阻箱和电流表串联形成测量电路，如图所示，而且热敏电阻RT的阻值在95 ℃和20 ℃时是已知的，所以热敏电阻的初始温度为95 ℃，则电流表示数不变时，电阻箱和热敏电阻的阻值之和应保持150 Ω和电阻箱的初值之和不变；如果热敏电阻的初始温度为20 ℃，则电流表示数不变时，电阻箱和热敏电阻的阻值之和应保持550 Ω和电阻箱的初值之和不变．因此可以测量任意温度下的电阻．
一、单项选择题(本题共8小题，每小题6分，共48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．许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启；而在白天，即使有声音它也没有反应，它的控制电路中可能接入的传感器是( )
①温度传感器 ②光传感器 ③声音传感器 ④热传感器
A．①② B．②③ C．③④ D．②④
答案 B
解析 能感知声音和光照情况，说明电路中接入了光传感器和声音传感器，故选项B正确．
2．话筒内有传感器．其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号．下列说法正确的是( )
A．该传感器是根据电流的磁效应工作的
B．该传感器是根据电磁感应原理工作的
C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势
答案 B
解析 当声波使膜片前后振动时，线圈切割磁感线产生感应电流，将声音信号转变成电信号，是根据电磁感应原理工作的，故A错，B对；膜片随着声波而振动，穿过金属线圈的磁通量也是变化的，故C错；膜片振动时，金属线圈切割磁感线，会产生感应电动势，故D错．
3．在一些星级宾馆的洗手间经常装有自动干手机，洗手后将湿手靠近，机内的传感器就开通电热器加热，热空气从机内喷出，将湿手烘干．手靠近干手机能使传感器工作，是因为( )
A．改变湿度 B．改变温度
C．改变磁场 D．改变电容
答案 D
解析 根据自动干手机工作的特征，手靠近，电热器工作，手撤离，电热器停止工作，人是一种导体，可以与其他导体构成电容，手靠近时相当于连接了一个电容，可以确定干手机内设有电容式传感器，由于手的靠近改变了电容．如果用湿度和温度来驱动电热器工作，理论上可行，但是假如干手机是因温度、湿度的变化而工作的，就成了室内烘干机，故D正确．
4.(2016·浙江卷)如图1所示为一种常见的身高体重测量仪．测量仪顶部向下发射波速为v的超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发射和接收的时间间隔．质量为M0的测重台置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比．当测重台没有站人时，测量仪记录的时间间隔为t0，输出电压为U0，某同学站上测重台，测量仪记录的时间间隔为t，输出电压为U，则该同学的身高和质量分别为( )
图1
A．v(t0－t)，eq \f(M0,U0)U B.eq \f(1,2)v(t0－t)，eq \f(M0,U0)U
C．v(t0－t)，eq \f(M0,U0)(U－U0) D. eq \f(1,2)v(t0－t)，eq \f(M0,U0)(U－U0)
答案 D
解析 当测重台没有站人时，2x＝vt0，当测重台站人时，2(x－h)＝vt，联立可得h＝eq \f(1,2)v(t0－t)，当测重台没有站人时，U0＝kM0g，当测重台站人时，U＝k(M0g＋mg)，联立可得，m＝eq \f(M0,U0)(U－U0)；故选项D正确．
5．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，在升降机中将重物放在压敏电阻上，压敏电阻接在如图2甲所示的电路中，电流表示数变化如图乙所示，某同学根据电流表的示数变化情况推断升降机的运动状态，下列说法中正确的是( )
图2
A．在0～t1时间内，升降机一定匀速运动
B．在0～t1时间内，升降机可能匀减速上升
C．在t1～t2时间内，升降机可能匀速上升
D．在t1～t2时间内，升降机可能匀加速上升
答案 B
解析 在0～t1时间内，电流恒定，表明压敏电阻的阻值恒定，则重物对压敏电阻的压力恒定，则升降机可能处于静止、匀速运动或匀变速直线运动状态，故A错误，B正确；在t1～t2时间内，电流在增加，表明压敏电阻的阻值在减小，则重物对压敏电阻的压力在增大，故升降机不可能做匀速运动或匀加速运动，故C、D错误．
6.如图3所示是某种汽车上的一种自动测定油箱内油面高度的装置．R是滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端，从油量表(由电流表改装而成)指针所指的刻度，就可以知道油箱内油面的高度，当滑动变阻器的金属片向下移动时( )
图3
A．电路中的电流减小，油箱内油面降低
B．电路中的电流减小，油箱内油面升高
C．电路中的电流增大，油箱内油面降低
D．电路中的电流增大，油箱内油面升高
答案 D
解析 油面升高，金属片向下移动，R接入电路中的电阻减小，电路中电流增大，所以选项D正确．
7．如图4所示为某传感装置内部部分电路图，RT为正温度系数热敏电阻，其特性为随着温度的升高阻值增大；R1为光敏电阻，其特性为随着光照强度的增强阻值减小；R2和R3均为定值电阻，电源电动势为E，内阻为r，为理想电压表．若发现电压表示数增大，可能的原因是( )
图4
①热敏电阻温度降低，其他条件不变
②热敏电阻温度升高，其他条件不变
③光照减弱，其他条件不变
④光照增强，其他条件不变
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
答案 A
解析 热敏电阻温度降低时，其阻值减小，外电路总电阻减小，总电流增大，内电压增大，路端电压随之减小，光敏电阻两端电压减小，通过光敏电阻的电流减小，通过R3的电流增大，电压表的示数增大，符合题意，故①正确．
同理可得热敏电阻温度升高，其他条件不变，电压表的示数减小，不符合题意，故②错误．
光照减弱，光敏电阻的阻值增大，外电路总电阻增大，路端电压增大，通过R3的电流增大，则电压表的示数增大，故③正确．
光照增强，光敏电阻的阻值减小，外电路总电阻减小，路端电压减小，通过R3的电流减小，则电压表的示数减小，故④错误．故A选项正确．
8.如图5所示，横截面为矩形的金属导体，放在磁场中，当导体中通有电流时，导体的上、下表面的电势有什么关系( )
图5
A．φM＞φN
B．φM＝φN
C．φM＜φN
D．无法判断
答案 A
解析 霍尔效应是因为带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用做定向移动形成的，根据左手定则，电子受到向下的洛伦兹力作用，向N板运动，则M板带正电，所以φM＞φN.
二、多项选择题(本题3小题，每小题8分，共24分．在每小题给出的四个选项中，有多项符合题目要求．全部选对的得8分，选对但不全的得6分，有选错的得0分)
9．如图6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( )
图6
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
答案 AD
解析 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，光照强度增大，阻值减小，反之阻值增大，C错；白天和晚上自然光强弱不同，会影响LDR的电阻，D对．
10.如图7所示是一个电容式传感器，在金属导线a的外面涂一层绝缘的电介质后放在导电液体中构成一个电容器，a与导电液体就是该电容器的两极．今使该电容器充电后与电源断开，并将a与静电计的导体球相连，插入导电液体中的电极b与静电计外壳相连，则当导电液体深度h变大时( )
图7
A．引起两极板间正对面积变大
B．电容器的电容将变小
C．电容器两极间的电压将变小
D．静电计指针偏角变大
答案 AC
解析 当导电液体深度h变大时，相当于电容器的两极板的正对面积变大，由C＝eq \f(εrS,4πkd)知，电容C变大，而电容器充电后与电源断开，所以电容器所带电荷量Q不变，由U＝eq \f(Q,C)知，电容器两极板间的电压将变小，静电计指针偏角变小．
11.如图8为一种风向和风速传感器的原理图．两个收集板极是铜丝网状导体，有良好的导电性和通风能力，粒子源极是一条直径很小的镍铬丝，粒子源极与两收集板极相互平行且等距．粒子源极附近的空气在强电场作用下电离，正离子沿电场方向移动流向收集板极，从而形成正离子电流，由两电流表测量，测量时保持风向与收集板极垂直，电流表A1、A2的示数分别为I1、I2，ΔI＝|I1－I2|，已知有风时正离子的速度为电场引起的速度和风速的矢量知，则( )
图8
A．若I1＞I2，则风向向右
B．若I1＞I2，则风向向左
C．风速越大，ΔI越大
D．风速越大，ΔI越小
答案 BC
解析 若风向向左，单位时间打到左收集板极上的正离子数较多，则I1＞I2，选项B正确，选项A错误；风速越大，则单位时间打到两收集板极的正离子数之差越大，故两电流表的示数之差越大，即ΔI越大，选项C正确，选项D错误．
三、非选择题(本题2小题，共28分)
12．(14分)如图9所示，实线是某同学利用力传感器悬挂一钩码在竖直方向运动时，数据采集器记录下的力传感器中拉力大小的变化情况．从图中可知道该钩码的重力约为________ N，A、B、C、D四段图线中钩码处于超重状态的为________，处于失重状态的为________．
图9
答案 10(4分) A、D(5分) B、C(5分)
解析 力传感器悬挂的钩码在竖直方向做匀速运动时，拉力等于重力，且保持不变，此时力传感器的读数就是钩码的重力，约10 N．当力传感器读数大于重力时，钩码处于超重状态，即A、D状态．当力传感器读数小于重力时，钩码处于失重状态，即B、C状态．
13．(14分)如图10所示，一热敏电阻RT放在控温容器M内；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，最大阻值约为999.9 Ω；S为开关．已知RT在95 ℃时的阻值为150 Ω，在20 ℃时的阻值约为550 Ω.现要求在降温过程中测量在20～95 ℃之间的多个温度下RT的值．
图10
(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．
①依照实验原理电路图连线．
②调节控温容器M内的温度，使得RT的温度为95 ℃.
③将电阻箱调到适当的初值，以保证仪器安全．
④闭合开关，调节电阻箱，记录电流表的示数I0，并记录________．
⑤将RT的温度降为T1(20 ℃＜T1＜95 ℃)；调节电阻箱，使得电流表的读数________，记录________．
⑥温度为T1时热敏电阻的电阻值RT1＝________.
⑦逐步降低T1的数值，直至20 ℃为止；在每一温度下重复步骤⑤⑥.
答案 (1)见解析图(3分)
(2)④电阻箱的读数R0(3分) ⑤仍为I0(3分) 电阻箱的读数R1(3分) ⑥R0－R1＋150 Ω(2分)
解析 由于本实验只有一只可以测量和观察的直流电流表，所以应该用“替代法”，考虑到用电流表观察而保证电路中电阻不变，因此将热敏电阻、电阻箱和电流表串联形成测量电路，如图所示，而且热敏电阻RT的阻值在95 ℃和20 ℃时是已知的，所以热敏电阻的初始温度为95 ℃，则电流表示数不变时，电阻箱和热敏电阻的阻值之和应保持150 Ω和电阻箱的初值之和不变；如果热敏电阻的初始温度为20 ℃，则电流表示数不变时，电阻箱和热敏电阻的阻值之和应保持550 Ω和电阻箱的初值之和不变．因此可以测量任意温度下的电阻．
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