物理选修3单元质量评估三.docx
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物理选修3单元质量评估三
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单元质量评估（三）
第六章
（90分钟 100分）
一、选择题（本大题共8小题，每小题6分，共48分。
每小题至少一个答案正确）
1.（2013·杭州高二检测）用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转换为电信号的过程，下列所述与其工作原理相同的是（ ）
A.走廊照明灯的声控开关
B.火灾报警器
C.自动洗衣机中的压力传感装置
D.电饭煲中控制加热和保温的温控器
2.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，有热空气从机内喷出，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
3.如图所示，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.该仪器不会受到白天光照的影响
4.如图所示，RT为负温度系数的半导体热敏电阻，其他电阻都是普通的电阻，当灯泡L的亮度变暗时，说明（ ）
A.环境温度变高
B.环境温度变低
C.环境温度不变
D.都有可能
5.如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻（负温度系数热敏电阻是指阻值随温度的升高而减小的热敏电阻），L为小灯泡，当温度降低时（ ）
A.R1两端的电压增大
B.电流表的示数增大
C.小灯泡的亮度变强
D.小灯泡的亮度变弱
6.（多选）如图所示是温度报警器电路示意图，RT是热敏电阻，R1是滑动变阻器，下列关于对此电路的分析正确的是（ ）
A.当RT的温度升高时，RT减小，A端电势降低，Y端电势升高，蜂鸣器会发出报警声
B.当RT的温度升高时，RT减小，A端电势升高，Y端电势降低，蜂鸣器会发出报警声
C.当增大R1时，蜂鸣器的报警温度将提高
D.当增大R1时，蜂鸣器的报警温度将降低
7.（多选）电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装置。
由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素，当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化，从而又可推出另一个物理量的值的变化，如图所示是四种电容式传感器的示意图，关于这四个传感器的作用，下列说法正确的是（ ）
A.甲图的传感器可以用来测量角度
B.乙图的传感器可以用来测量液面的高度
C.丙图的传感器可以用来测量压力
D.丁图的传感器可以用来测量速度
8.如图所示是一个基本逻辑电路，是由声控开关、光敏电阻、小灯泡等元件构成的一个自动控制电路。
该电路的功能是在白天无论声音多么响，小灯泡都不会亮，在晚上，只要有一定的声音，小灯泡就亮。
这种电路现广泛应用于公共楼梯间，该电路虚线框N中使用的是门电路。
则下面说法正确的是（ ）
A.R2为光敏电阻，N为与门电路
B.R2为光敏电阻，N为或门电路
C.R1为光敏电阻，N为或门电路
D.R1为光敏电阻，N为与门电路
二、实验题（本大题共2小题，共16分）
9.（6分）利用传感器可以探测、感受外界的信号、物理条件等。
图甲所示为某同学用传感器做实验得到的小灯泡的U-I关系图线。
（1）实验室提供的器材有：
电流传感器、电压传感器、滑动变阻器A（阻值
范围0～10Ω）、滑动变阻器B（阻值范围0～100Ω）、电动势为6V的电源
（不计内阻）、小灯泡、电键、导线若干。
该同学做实验时，滑动变阻器选用
的是 （选填“A”或“B”）；请在图乙的方框中画出该实验的电路图。
（2）如果将该小灯泡接入丙图所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3A，电源电动势为3V。
则此时小灯泡的电功率为 W，电源的内阻为 Ω。
10.（10分）热敏电阻是传感器电路中常用的电子元件。
现用伏安法研究热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整。
已知常温下待测热敏电阻的阻值为4～5Ω，热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水。
其备用的仪表和器具有盛有热水的热水瓶（图中未画出），电源（3V、内阻可忽略），直流电流表（内阻约1Ω），直流电压表（内阻约5kΩ），滑动变阻器（0～20Ω），开关，导线若干。
（1）在虚线框中画出实验电路图，要求误差尽可能小。
（2）根据电路图，在图中的实物图上连线。
（3）简要写出完成接线后的主要实验步骤 ____________________________
__________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
三、分析计算题（本大题共3小题，共36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）
11.（12分）给你如下器材：
光敏电阻、电铃、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干。
试从所给器材中选用一些器材制作一个光强达到一定数值时的自动报警器。
要求：
不必要的器材尽量不用，画出电路图并简述工作原理。
12.（12分）用如图所示的装置可以测量汽车在水平路面上做匀加速直线运动的加速度。
该装置是在矩形箱子的前、后壁上各安装一个由力敏电阻组成的压力传感器，用两根相同的轻弹簧夹着一质量为2.0kg的滑块，滑块可无摩擦滑动，两弹簧的另一端分别压在传感器a、b上，其压力大小可直接从传感器的液晶显示屏上读出。
现将装置沿运动方向固定在汽车上，传感器b在前，传感器a在后。
汽车静止时，传感器a、b的示数均为10N。
（g取10m/s2）
（1）若传感器a的示数为14N，b的示数为6.0N，求此时汽车的加速度大小和方向。
（2）当汽车以怎样的加速度运动时，传感器a的示数为零。
13.（12分）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（实质是理想的电流表）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。
请回答：
压力F/N
0
250
500
750
1000
1250
1500
……
电阻R/Ω
300
270
240
210
180
150
120
……
（1）该秤零起点（即踏板空载时）的刻度线应标在电流表刻度盘多少毫安处？
（2）如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20mA，这个人的体重是多少千克？
答案解析
1.【解析】选B。
声控开关是声传感器，火灾报警器是光传感器，自动洗衣机中的压力传感装置是力传感器，电饭煲中控制加热和保温的温控器是热传感器，B正确。
2.【解析】选D。
根据自动干手机工作的特征，手靠近时电热器工作，手撤离时电热器停止工作，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，所以传感器工作。
用湿度和温度来驱动电热器工作，理论上可行，但是假如干手机是由于湿度、温度的变化而工作的就成了室内烘干机了。
3.【解析】选A。
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；白天自然光强度较强，会对LDR造成影响，D错。
4.【解题指南】传感器与电路相联系完成信息的采集、处理、传输或控制，由于传感器的电阻发生变化，会让电路中的电压、电流随之发生变化，要恰当利用好恒定电流中的欧姆定律以及分压、分流规律，很多题目就会迎刃而解。
【解析】选A。
灯泡L的亮度变暗，由P=I2RL知电流变小，而其他电阻不变，说明热敏电阻RT变小，环境温度变高，A正确。
5.【解析】选C。
温度降低时R2的阻值增大，干路电流减小，R1两端电压、电流表示数都减小，灯泡两端电压变大、亮度变强。
只有C项正确。
【变式备选】为了儿童安全，布绒玩具必须检测其中是否存在金属断针，可以先将玩具放置在强磁场中，若其中有断针，则断针被磁化，用磁报警装置可以检测到断针的存在，如图所示是磁报警装置中的一部分电路示意图，其中RB是磁敏传感器，它的电阻随断针的出现而减小，a、b接报警器，当传感器RB所在处出现断针时，电流表的电流I、ab两端的电压U将（ ）
A.I变大，U变大 B.I变小，U变小
C.I变大，U变小D.I变小，U变大
【解析】选C。
由题意知RB的电阻随断针的出现而减小，即外电路的电阻减小，由闭合电路欧姆定律有I总=
可知I总必增大，再由U外=E-I总r可知，外电压减小。
而由U1=I总R1可知，U1增大，U3必减小，由U3=I3R3知，I3减小，由电流表的电流I=I总-I3可知，电流表的电流必变大，故选项C正确。
6.【解析】选B、D。
当热敏电阻RT的温度升高时，RT减小，A端电势升高，在非门电路的输出端，Y端电势降低，蜂鸣器上的电压升高，蜂鸣器会发出报警声，所以A错B对；当增大R1时，A端电势升高，在较低温度时蜂鸣器会发出报警声，所以D对C错。
7.【解析】选A、B、C。
甲、乙、丙中的电容器的电容分别与θ、h、F有关，均能测量对应的物理量，而丁中的电容与s有关，丁只能测量位移s，故正确答案是A、B、C。
8.【解析】选A。
由于灯L亮要同时满足光线弱和有声音两个条件，所以N为与门电路；当与门电路N输出为高电平“1”时灯亮，这就要求与门电路N的两输入端同时为高电平，所以当有声音时声控开关N的一个输入端处于高电位，同时另一个光敏开关输入端也要处于高电位，光敏电阻的阻值在光线变弱时增大，所以光敏电阻应是R2，故选项A正确。
9.【解析】由于小灯泡的电阻较小，电路应该设计成电流传感器外接。
描绘小灯泡伏安特性曲线，设计成滑动变阻器分压接法。
将该小灯泡接入丙图所示的电路中，已知电流传感器的示数为0.3A，电源电动势为3V，在小灯泡伏安特性曲线上找出对应电流为0.3A的点，该点横纵坐标的乘积0.3A×2.3V=0.69W为此时小灯泡的电功率。
过该点和纵轴上3V的点作一直线，该直线斜率的绝对值等于电源的内阻，为2.3Ω。
答案：
（1）A 电路如图所示
（2）0.69（0.66～0.72） 2.3（2～2.67）
10.【解析】
（1）如图所示：
（2）如图所示：
（3）①往保温杯中加入一些热水，待温度稳定时读出温度计值；
②调节滑动变阻器，快速测出几组电流表和电压表的值；
③重复①～②，测量不同温度下的数据；
④绘出各测量温度下热敏电阻的伏安特性曲线。
答案：
见解析
【总结提升】热敏电阻的应用及分析
（1）热敏电阻有两种类型：
在工作温度范围内，电阻值随温度上升而增加的是正温度系数（PTC）的热敏电阻；电阻值随温度上升而减小的是负温度系数（NTC）的热敏电阻。
（2）热敏电阻用途十分广泛，主要有：
①利用电阻的温度特性来测量温度，控制温度和元件、器件、电路的温度补偿；
②利用非线性特征完成稳压、限幅、开关、过流保护作用；
③利用不同媒质中耗散特性的差异测量流量、流速、液面、热导、真空度等；
④利用热惯性作为时间延迟器。
（3）电路中涉及热敏电阻时，应熟记电阻阻值随温度变化的特点，然后依据动态电路问题的分析思路，由部分到整体再到部分进行分析。
11.【解析】选择光敏电阻、电铃、电磁继电器及导线若干，连接电路如图所示。
（6分）
原理：
当光照增强时，光敏电阻阻值减小，螺线管中电流增大，电磁铁磁性变强，衔铁被吸下，与触点接触，含电铃的电路闭合，铃响报警。
（6分）
答案：
见解析
12.【解析】传感器上显示出的力的大小，即弹簧对传感器的压力，据牛顿第三定律知，此即为弹簧上的弹力大小，亦即该弹簧对滑块的弹力大小。
（1）如图所示，依题意：
左侧弹簧对滑块向右的推力
F1=14N
右侧弹簧对滑块向左的推力
F2=6.0N。
滑块所受合力产生加速度a1，
根据牛顿第二定律有
F1-F2=ma1
得a1=
=
m/s2
=4m/s2。
（4分）
a1与F1同方向，即向前（向右）。
（2分）
（2）a传感器的示数恰为零，即左侧弹簧的弹力F1′=0，因两弹簧相同，左侧弹簧伸长多少，右侧弹簧就缩短多少，所以右侧弹簧的弹力变为F2′=20N。
滑块所受合力产生加速度，由牛顿第二定律有F合=F2′=ma2，得a2=
=10m/s2。
（4分）
方向向后（向左）。
（2分）
答案：
（1）4m/s2 向右
（2）10m/s2 向左
13.【解析】本题是传感器的应用问题，考查学生的实验与探究能力。
（1）由图表知，踏板空载时，压力传感器电阻R=300Ω，（1分）
此时A中电流
I=
=
A=16mA。
（4分）
（2）当电流I=20mA=2×10-2A时，压力传感器的电阻R=
=
Ω=240Ω（4分）
对应表格中，这个人的质量为50kg。
（3分）
答案：
（1）16mA
（2）50kg
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