高考物理传感器专题练习三含答案.docx

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高考物理传感器专题练习三含答案

高考物理-传感器专题练习三（含答案）

1、计算题

1.图示是“加速度计”的原理图．水平支架A、B固定在待测物体上，小球穿在A、B间的水平光滑金属杆上，将轻质弹簧一端固接于支架A上，另一端与小球相连，其下的滑动臂可在滑动变阻器上自由滑动．随着系统沿AB方向做变速运动，滑块在支架上相对AB中点发生位移，并通过电路转换为电信号从1、2两接线柱输出．已知小球的质量为m，弹簧的劲度系数为k，电源电动势为E，内阻为R，滑动变阻器总阻值R=4R，有效总长度为L．当待测系统静止时，滑动臂P位于滑动变阻器的中点，取A→B方向为正方向．

​

（1）请写出待测物体沿AB方向做变速运动的加速度a与1、2两接线柱间的输出电压U间的关系式．

（2）确定该“加速度计”能测量的最大值．

2.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压力传感器，用两根相同的轻弹簧夹着一个质量为2.0kg的滑块，滑块可在箱底无摩擦滑动，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10.0N．求：

（1）若传感器A的示数为14.0N，B的示数为6.0N，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？

3.某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力（比例系数为k），如图所示．测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为0；而后在其受压面上放一物体，即可测得与物体质量成正比的输出电压U．现有下列器材：

力电转换器、质量为M0的砝码、电压表、滑动变阻器、干电池各一个、电键及导线若干、待测物体（可置于力电转换器的受压面上）．请完成对该物体质量的测量．

​

（1）设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在方框中画出完整的测量电路图．

（2）以下为简要的测量步骤，请将不完整处补充完整：

________ .

A．调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零；

B．将放在转换器上，记下输出电压U0；

C．将待测物放在转换器上，记下输出电压U1；

（3）根据以上测量，可求出：

比例系数k=________ 待测物体的质量M=________ .

（4）请设想实验中可能会出现的一个问题：

________ .

4.如图所示为一种加速度仪的示意图．质量为m的振子两端连有劲度系数均为k的轻弹簧，电源的电动势为E，不计内阻，滑动变阻器的总阻值为R，有效长度为L，系统静止时滑动触头位于滑动变阻器正中，这时电压表指针恰好在刻度盘正中．求：

（1）系统的加速度a（以向右为正）和电压表读数U的函数关系式．

（2）将电压表刻度改为加速度刻度后，其刻度是均匀的还是不均匀的？

为什么？

（3）若电压表指针指在满刻度的位置，此时系统的加速度大小和方向如何？

5.如图是电熨斗温度自动控制装置．

​

（1）常温时，上、下触点应是________（分离，接触）

（2）双金属片温度升高时，________层形变大（上、下）

（3）假设原来温度上升到80℃时断开电源，现要60℃时断开电源，应向________调节调温旋钮（上、下）

6.如图甲所示为某宾馆的房卡，只有把房卡插入槽中，房间内的灯和插座才会有电．

​

（1）房卡的作用相当于一个________（填电路元件名称）接在干路上．

（2）如图乙所示，当房客进门时，只要将带有磁铁的卡P插入盒子Q中，这时由于磁铁吸引簧片，开关B就接通，通过继电器J使整个房间的电器的总开关接通，房客便能使用室内各种用电器．当继电器工作时，cd相吸，ab便接通．请你将各接线端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10适当地连接起来，构成正常的电门卡电路．

​

7.如图所示为包含某逻辑电路的一个简单的电路图，L为小灯泡．光照射电阻R′，其阻值将变得远小于R接入电路的阻值，无光照射R′其阻值将变得远大于R接入电路的阻值．

（1）该逻辑电路是________门电路（选填“与”、“或”、“非”）．

（2）当电阻R′到光照射时，小灯泡L将________（选填“发光”、“不发光”）．

8.如图所示为某同学自制的电子秤原理图：

粗细均匀的电阻棒尺（每厘米长的电阻为1Ω）竖直放置、其总长度L=10cm，电源电动势E=6V，内阻r=1ΩQ，保护电阻R0=4Ω，托盘连接在竖直放置、下端固定的轻弹簧上端，其质量mo=0.1kg，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=1cm，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10m/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．

9.如图所示，一条形磁铁置于水平转台上随转台一起做匀变速转动，一磁传感器位于转台边缘．从而可以获得传感器所在位置的磁感应强度随时间的变化曲线如图．图中横坐标为时间轴，读数为3秒/格，纵坐标为磁感应强度．

（1）请类比平均速度的定义方法，定义平均角速度，并求出转台在测量期间的平均角速度；

（2）请类比加速度的定义方法，定义角加速度，并求出转台向心加速度．

10.育才中学科技小组的小明同学自行设计了一个地磅，其原理如图1所示．设电源两端电压U恒为定值，R0为定值电阻，滑动变阻器的总电阻为R、总长度为L，滑动触头与托盘固联，开始时触头位于变阻器最上端A，并能随轻弹簧一起上下滑动．已知滑动变阻器的电阻与其接入电路的长度成正比；当对地磅施加压力F时，弹簧的长度会缩短L．请回答：

（1）定值电阻R0的作用是________．

（2）电流表的示数与待测物体质量m之间的关系式为________；此地磅的刻度特点是________．

（3）有同学建议小明将原理图改为图2所示，你认为这样改________（填“好”或“不好”）.

（4）请你在图2的基础上，在图3的方框里画出你改进后的电路图，这样的好处是什么？

11.在原子反应堆中抽动液态金属或在医疗器械中抽动血液等导电液体时，常使用电磁泵．某种电磁泵的结构如图所示，把装有液态钠的矩形截面导管（导管是环形的，图中只画出其中一部分）水平放置于匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B，方向与导管垂直，让电流I按如图方向纵向穿过液态钠且电流方向与B垂直．设导管截面高为a，宽为b，导管有长为l的一部分置于磁场中，由于磁场对液态钠的作用力使液态钠获得驱动而不断沿管子向前推进．整个系统是完全密封的，只有金属钠本身在其中流动，其余的部件是固定不动的． 

（1）假定在液态钠不流动的条件下，求导管横截面上由磁场驱动力所形成的附加压强p与上述各量的关系式；

（2）设液态钠中每个自由电荷所带电荷量为q，单位体积内参与导电的自由电荷数为n，求在横穿液态钠的电流I的方向上参与导电的自由电荷定向移动的平均速度.

12.一种半导体材料称为“霍尔材料”，用它制成的元件称为“霍尔元件”，这种材料有可定向移动的电荷，称为“载流子”，每个载流子的电荷量大小为1个元电荷量，即q＝1.6×10－19C，霍尔元件在自动检测、控制领域得到广泛应用，如录像机中用来测量录像磁鼓的转速、电梯中用来检测电梯门是否关闭以及自动控制升降电动机的电源的通断等．

在一次实验中，一块霍尔材料制成的薄片宽Lab＝1.0×10－2m、长Lbc＝4.0×10－2m、厚h＝1×10－3m，水平放置在竖直方向上的磁感应强度B＝1.5T的匀强磁场中，bc方向通有I＝3.0A的电流，如图所示，沿宽度产生1.0×10－5V的横向电压．

（1）假定载流子是电子，a、b两端中哪端电势较高？

（2）薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率多大？

13.在实际应用中有多种自动控温装置，以下是其中两种控温装置：

图（a）为某自动恒温箱原理图，箱内的电阻R1=2kΩ，R2=1.5kΩ，R3=4kΩ，Rt为热敏电阻，其电阻随温度变化的图象如图（b）所示．当a、b两点电势Ua＜Ub时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当Ua＞Ub时，电压鉴别器会使S断开，停止加热

​

（1）则恒温箱内的稳定温度为________℃；恒温箱内的电热丝加热时Rt的取值范围为________．

（2）有一种由PTC元件做成的加热器，它产生的焦耳热功率PR随温度t变化的图象如图（c）所示．该加热器向周围散热的功率为PQ=k（t﹣t0），其中t为加热器的温度，t0为室温（本题中取20℃），k=0.1W/℃．

①当PR=PQ时加热器的温度即可保持稳定，则该加热器工作的稳定温度为________℃；

②某次工作中，该加热器从室温升高至稳定温度的过程中，下列温度变化过程用时最短的是________

（A）20℃～24℃（B）32℃～36℃（C）48℃～52℃（D）60℃～64℃

14.酒后驾车危害极大，为此，新交规实施以来，鹤壁市交通警察重点查处酒后驾车．酒精测试仪是交警用来检测机动车驾驶员是否酒后驾车的仪器，它的原理示意图如图所示．电源电压为6V恒定，当电流表的示数为0.3A时，表明该驾驶员没有酒驾，酒精气体传感器正常工作．R0为定值电阻，阻值为10Ω．请计算：

（1）酒精气体传感器正常工作的电阻R1；

（2）酒精气体传感器正常工作一天（24h），所消耗的电能．

15.有一种测量人体重量的电子秤，其原理图如图中的虚线所示，它主要由三部分构成：

踏板、压力传感器R（是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器）、显示体重的仪表G（实质是理想电流表）．设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3A，电源电动势为12V，内阻为2Ω，电阻R随压力变化的函数式为R=30﹣0.02F（F和R的单位分别是N和Ω）；

​

（1）该秤能测量的最大重量是________N；

（2）该秤零刻度线（即踏板空载时间刻度线）应标在电流刻度盘________A处．

16.如图是一个火警报警装置的逻辑电路图。

Rt是一个热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，R是一个阻值较小的分压电阻。

（1）要做到低温时电铃不响，着火时产生高温，电铃响起，在题图中虚线处应接入怎样的元件？

（2）为什么温度高时电铃会被接通？

（3）为了提高该电路的灵敏度，即将报警温度调得稍低些，R的阻值应大一些还是小一些？

答案解析部分

一、计算题

1.图示是“加速度计”的原理图．水平支架A、B固定在待测物体上，小球穿在A、B间的水平光滑金属杆上，将轻质弹簧一端固接于支架A上，另一端与小球相连，其下的滑动臂可在滑动变阻器上自由滑动．随着系统沿AB方向做变速运动，滑块在支架上相对AB中点发生位移，并通过电路转换为电信号从1、2两接线柱输出．已知小球的质量为m，弹簧的劲度系数为k，电源电动势为E，内阻为R，滑动变阻器总阻值R=4R，有效总长度为L．当待测系统静止时，滑动臂P位于滑动变阻器的中点，取A→B方向为正方向．

​

（1）请写出待测物体沿AB方向做变速运动的加速度a与1、2两接线柱间的输出电压U间的关系式．

（2）确定该“加速度计”能测量的最大值．

【答案】

（1）设待测物体沿AB方向有加速度a，滑块将向左移x，满足kx=ma　

回路中的电流为