高考物理100考点最新模拟题千题精练专题522 传感器问题提高篇解析版.docx

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高考物理100考点最新模拟题千题精练专题522传感器问题提高篇解析版

2020年高考物理100考点最新模拟题千题精练（选修3-2）

第五部分交变电流

专题5.22传感器问题（提高篇）

一、选择题

1.（2019·安徽省宿州市质检）如图为某一机器人上的电容式位移传感器工作时的简化模型图．当被测物体在左右方向发生位移时，电介质板随之在电容器两极板之间移动，连接电容器的静电计会显示电容器电压的变化，进而能测出电容的变化，最后就能探测到物体位移的变化，若静电计上的指针偏角为θ，则被测物体（　　）

A．向左移动时，θ增大B．向右移动时，θ增大

C．向左移动时，θ减小D．向右移动时，θ减小

【参考答案】　BC

【名师解析】　由公式C＝

，可知当被测物体带动电介质板向左移动时，导致两极板间电介质增大，则电容C增大，由公式C＝

可知电荷量Q不变时，U减小，则θ减小，故A错误，C正确；由公式C＝

，可知当被测物体带动电介质板向右移动时，导致两极板间电介质减小，则电容C减少，由公式C＝

可知电荷量Q不变时，U增大，则θ增大，故B正确，D错误．

2．（6分）（2019湖南衡阳二模）用图示装置可以检测霍尔效应。

利用电磁铁产生磁场，电流表检测输入霍尔元件的电流，电压表检测元件输出的电压，已知图中的霍尔元件是半导体，与金属导体不同，它内部形成电流的“载流子”是空穴，空穴可视为能自由移动的带正电的粒子，图中的1、2、3、4是霍尔元件上的四个接线端，当开关S1、S2闭合后，电流表A和电表B、C都有明显示数，下列说法中正确的是（　　）

A．电表B为电压表，电表C为电流表B．接线端4的电势低于接线端2的电势

C．若增大R1，则电压表示数增大D．若增大R2，则电压表示数减小

【参考答案】D

【名师解析】由右手定则，左端电磁铁在霍尔元件处形成竖直向上的磁场，再根据左手定则，可以判断“载流子”带正电偏转聚集在4端，显正电，对应2端缺少”载流子”显负电，当聚集的“载流子”形成的电场对后来的“载流子”的电场力等于洛伦兹力时，达到平衡，4、2端之间电势差稳定，即qE＝qvB，

，U42＝Bdv。

若电表B为电压表，相当于断路，则霍尔元件中形不成电流，无法工作，所以电表B为电流表，电表C为电压表，测量4、2端之间电势差，故A错误；由右手定则，左端电磁铁在霍尔元件处形成竖直向上的磁场，再根据左手定则，可以判断带正电“载流子”偏转聚集在4端，显正电电势高，对应2端缺少”载流子”显负电电势低，故B错误；若增大R1，左端电磁铁的磁场B变小，根据U42＝Bdv，电压表示数变小，故C错误；若增大R2，霍尔元件中电流变大，根据电流微观表达式I＝nqvS，“载流子”流动速度v变大，根据U42＝Bdv，电压表示数变大，故D正确。

【关键点拨】本题考查了电磁铁、右手定则、左手点则、霍尔效应原理、闭合电路、电压表与电流表的使用多个知识点，综合性较强，难度适中。

难点在根据聚集的”载流子”形成的电场对后来的”载流子”的电场力等于洛伦兹力时的平衡，推导电势差的表达式。

3.（2019浙江杭州模拟）在匀强磁场中有一不计电阻的矩形线圈，绕垂直磁场的轴匀速转动，产生如图甲所示的正弦交流电，把该交流电接在图乙中理想变压器的A、B两端，电压表和电流表均为理想电表，Rt为热敏电阻（温度升高时其电阻减小），R为定值电阻。

下列说法正确的是（　　）

A．在t＝0.01s时，穿过该矩形线圈的磁通量的变化率为零

B．变压器原线圈两端电压的瞬时值表达式为u＝36

sin50πt（V）

C．Rt处温度升高时，由于变压器线圈匝数比不变，所以电压表V1、V2的比值不变

D．Rt处温度升高时，电流表的示数变小，变压器输入功率变大

【参考答案】A．

【名师解析】由图可知交流电压最大值，周期，可由周期求出角速度的值，则可得交流电压u的表达式u＝Umsinωt（V），由图可知交流电压有效值，根据电压与匝数成正比知副线圈电压，原、副线圈的交流电的功率相等，Rt处温度升高时，阻值减小，根据负载电阻的变化，可知电流、电压变化。

原线圈接的图甲所示的正弦交流电，由图知，最大电压：

Um＝36

V，周期0.02s，角速度是ω

100π，则电压瞬时值表达式为：

u＝36

sin100πt（V），当t＝0.01s时，u＝0，此时穿过该线圈的磁通量最大，穿过线圈的磁通量的变化率为零，故A正确，B错误；Rt处温度升高时，原副线圈电压比不变，但是V2不是测量副线圈电压，R1温度升高时，阻值减小，电流增大，则R2电压增大，所以V2示数减小，则电压表V1、V2示数的比值增大，故C错误；Rt温度升高时，Rt的阻值减小，副线圈电流增大，电流表示数增大，变压器副线圈电压不变，变压器输出功率增大，理想变压器的输入功率等于输出功率，所以变压器的输入功率增大，故D错误。

4.（2019东北三省三校模拟）生活中可以通过霍尔元件来测量转动物体的转速。

如图，在一个转动的圆盘边缘处沿半径方向均匀地放置四个小磁铁，其中两个N极向外，两个S极向外。

在圆盘边缘附近放置一个霍尔元件，其尺寸如图所示。

当电路接通后，会在a、b两端产生电势差，经电路放大后得到脉冲信号。

已知脉冲信号的周期为T，若忽略感应电动势的影响，则（）

A.圆盘转动的转速为

B.转速越大，脉冲信号的最大值就越大

C.脉冲信号的最大值与h成正比

D.圆盘转到图示时，如果a点电势高则霍尔元件中定向移动的电荷带负电

【参考答案】D

【名师解析】由于两个N极向外，两个S极向外，所以圆盘转一周可以得到两个脉冲信号，圆盘转一周的时间为2T，故圆盘的转速为

，故A错误；最终电子在电场力和洛伦兹力的作用下处于平衡，霍尔元件的长宽高分别为L、d、h，有：

，结合电流的微观定义式：

，所以有：

，故脉冲信号的最大值与转速和h无关，故BC错误；圆盘转到图示时，如果a点电势高，则说明上极板带正电，下极板带负电；电流向里，则根据左手定则可知，只能是带负电的电荷移动到下板上，选项D正确。

【关键点拨】

小磁片被磁化，当靠近和远离线圈时产生感应交变电流，转速越大，磁通量变化越快，交变电流的最大值越大，转速乘以一圈上的小磁片的个数就是交变电流的频率，即可判断。

解决本题的关键明确测量转速的原理，注意分析给出的装置结构，同时明确霍尔元件的基本性质，会用左手定则分析电荷的受力和电势高低的关系。

5．（2019北京交大附中三模）视觉是人类最重要的知觉方式，视觉受损的病人生活质量深受困扰。

目前研发的人工视网膜阵列可以模拟视网膜感光细胞对视觉通路施加特定电刺激，从而产生视觉感受。

按工作原理来看，目前的人工视网膜阵列主要有两种，分为微光电二极管阵列和微电极阵列。

微光电二极管阵列直接将入射光转化成电信号激励神经细胞，但电流强度不足，需要配备放大电路。

微电极阵列通过外置摄像头采集图像并通过无线电波传输至电极阵列，可以最小化植入体积。

人工视网膜无论采用哪一种阵列，工作时如果使用直流电，都可能造成电荷累积对神经细胞损伤，以及电解水产生化学腐蚀和气泡。

下列说法正确的是（）

A．微光电二极管阵列在正常工作时不需要额外电源提供能量

B．微电极阵列直接将进入人眼的光线转化成视觉电信号

C．微电极阵列传输信号的原理是电流的磁效应

D．人造视网膜假体工作时应采用交流电信号

【参考答案】D

【名师解析】根据题述，微光电二极管阵列直接将入射光转化成电信号激励神经细胞，但电流强度不足，需要配备放大电路。

而放大电路需要额外电源提供能量，因此微光电二极管阵列在正常工作时需要额外电源提供能量，选项A错误；微电极阵列通过外置摄像头采集图像并通过无线电波传输至电极阵列，可以最小化植入体积，即微电极阵列不是直接将进入人眼的光线转化成视觉电信号，选项B错误；微电极阵列传输信号的原理是微电极阵列通过外置摄像头采集图像并通过无线电波传输至电极阵列，不是电流的磁效应，选项C错误；由于人工视网膜无论采用哪一种阵列，工作时如果使用直流电，都可能造成电荷累积对神经细胞损伤，以及电解水产生化学腐蚀和气泡。

所以人造视网膜假体工作时应采用交流电信号，选项D正确。

6.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

【参考答案】B

【名师解析】楼道照明灯天黑时，出现声音它就开启；而在白天，即使有声音它也没有反应．原因是天黑没有光，则声音传感器起作用，当在白天声音传感器不起作用．所以电路中光传感器则安装在声音传感器之前．

【分析】传感器的作用是将温度、力、光、声音等非电学量转换为电学量．

7.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图（a）所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球．小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图（b）所示，下列判断正确的是（ ）

A. 从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动  B. 从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动

C. 从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动  D. 从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动

【参考答案】D

【名师解析】在t1～t2内，I变大，阻值变小，压力变大，小车做变加速运动，故A错误；

   在t1～t2内，I变大，阻值变小，压力变大，小车做变加速运动，故B错误；

   在t2～t3内，I不变，压力恒定，小车做匀加速直线运动，故C错误；

   在t2～t3内，I不变，压力恒定，小车做匀加速直线运动，故D正确；

【分析】压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小，而电流变大说明电阻变小，故电流变大说明压力变大；反之，电流变小说明压力变小；电流不变说明压力不变．

8.模块机器人可以由下列几部分组成；（  ）

A. 触发传感器、执行器和小风扇 

B. 光敏电阻、触发传感器和执行器

C. 声传感器、小灯泡和蜂鸣器     D. 热敏电阻、控制器和蜂鸣器

【参考答案】D

【名师解析】模块机器人由传感器、控制器和执行器三个模块组成，相当于人的感觉器官、大脑和肌肉．

在四个选项中，ABC三个选项都没有控制器，是ABC三个选项都错误，D正确．

【分析】模块机器人由传感器、控制器和执行器三个模块组成．由此分析解答即可．

9.如图所示，是一火警报警的一部分电路示意图．其中R2为热敏材料制成的传感器，该传感器的电阻随温度的升高而增大，电流表为值班室的显示器，a、b之间接报警器．当传感器R2所在处出现火情时，显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是（  ）

A. I变小，U变小            B. I变大，U变小              

C. I变小，U变大              D. I变大，U变大

【参考答案】D

【名师解析】当传感器R2所在处出现火情时，R2的阻值变大，外电路总电阻变大，则总电流变小，电源的内电压变小，路端电压变大，即U变大．电路中并联部分的电压U并=E﹣I（R1+r），I变小，其他量不变，则U并变大，I也变大．所以I变大，U变大．故D正确，ABC错误；

【分析】由题，R2为用半导体热敏材料制成的传感器，温度升高时，其电阻增大．当传感器R2所在处出现火情时，分析R2的变化，确定外电路总电阻的变化，分析总电流和路端电压的变化，即可知U的变化．根据并联部分电压的变化，分析I的变化．

10.光敏电阻能将光信号转化为电信号是因为（  ）

A. 光照强度发生变化时，光敏电阻的阻值也发生变化

B. 光照强度发生变化时，光敏电阻的体积也发生变化

C. 光照强度发生变化时，光敏电阻的长度也发生变化

D. 光照照度发生变化时，光敏电阻的横截面积也发生变化

【参考答案】A

【名师解析】有些半导体材料的电阻率随着光照的变化而变化，故其电阻会发生变化；从而在电路中可能引起电流的变化，从而将光信号转化为电信号；而光敏电阻的体积、长度和截面积均不会发生变化；故A正确，BCD错误；．

【分析】明确光敏电阻的性质，知道光敏电阻是如何将光信号转化为电信号的．

11.NTC热敏电阻器即负温度系数热敏电阻器，也就是指阻值随温度的升高而减小的电阻．负温度系数的热敏电阻R2接入如图所示电路中，R1为定值电阻，L为小灯泡，当温度降低时（不考虑灯泡和定值电阻阻值随温度变化）（  ）

A. 小灯泡变亮               

B. 小灯泡变暗               

C. R1两端的电压增大               

D. 电流表的示数增大

【参考答案】A

【名师解析】当温度降低时，R2的电阻的电阻增大，总电阻增大，据闭合电路的欧姆定律知干路电流减小，即电流表的示数减小；据UR1=IR1知电阻R1两端的电压减小；再据E=UR1+UL+U内知灯L两端的电压增大，即小灯泡变亮，故A正确，BCD错误．．

【分析】首先看懂电路图中各用电器的连接方式，NTC热敏电阻在电路中与滑动变阻器的作用一样，也是动态电路分析的题目．当温度降低时，R2的电阻的电阻增大，总电阻增大，据闭合电路的欧姆定律知干路电流减小，电阻R1两端的电压减小，灯L两端的电压增大，即可判断选项．

12.酒精测试仪就用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车及其他严禁酒后作业人员的现场检测，它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器．酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化，在如图所示的电路中，不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系，如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r0的倒数与酒精气体的浓度c成正比，那么，电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的是（  ）

A. U越大，表示c越大，c与U成正比   B. U越大，表示c越大，但是c与U不成正比

C. U越大，表示c越小，c与U成反比   D. U越大，表示c越小，但是c与U不成反比

【参考答案】B

【名师解析】酒精气⇔体传感器和定值电阻串联在电路中，电压表测R0两端的电压．根据酒精气体传感器的电阻的倒数与酒精气体的浓度成正比，得：

=kC（k是比例系数）①．

根据欧姆定律得：

=

=

 ②

由①②整理得：

U=

由数学知识知，U越大，c越大，但两者不成正比．故B正确．

【分析】首先根据电路图分析电路的连接方式，分析酒精气体传感器的电阻的变化，然后根据欧姆定律得到电压表示数与电阻r′的关系，结合传感器电阻r′的倒数与酒精气体的浓度C成正比，得出电压表示数与酒精气体浓度的关系式，再进行选择．

13.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

【参考答案】C

【名师解析】当温度升高时，金属片向膨胀系数小的发生弯曲，触点断开，故双金属片上层金属的膨胀系数大于下层金属片，故A错误；

常温下，上下触点接触；温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分开，起到调温作用，故B错误；  

需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移，当温度升到较高，金属片发生弯曲较厉害触点才断开，故C正确；

 双金属片是一种导体材料，故D错误；

【分析】了解双金属片的特点：

利用不同膨胀系数的金属片做成，当温度升高时，金属片向膨胀系数小的发生弯曲，触点断开；当温度降低时，金属片向膨胀系数大的发生弯曲，触点不断开；调节温度原理根据金属片的在电路中的连接有关．

14.用遥控器调换电视机的频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程．下列属于这类传感器的是（  ）

A. 红外报警装置                                                     

B. 走廊照明灯的声控开关

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

【参考答案】A

【名师解析】用遥控器调换电视机的频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程．

红外线报警装置是感应红外线去转换成电学量，从而引起报警．而遥控器调换电视机的频道的过程，也发出红外线．故A正确；走廊照明灯的声控开关，实际是将声波转化成电信号的过程，故B不正确；自动洗衣机中的压力传感装置，是将压力转化成电信号的过程，故C不正确；电饭煲中控制加热和保温的温控器，是将温度转化成电信号的过程，故D不正确．．

【分析】用遥控器调换电视机的频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程．

15.家用电饭锅使用的传感器类型是（  ）

A. 温度传感器                       B. 声音传感器                       C. 红外传感器                       D. 湿度传感器

【参考答案】A

【名师解析】开始煮饭时，用手压下开关按钮，永磁体与感温磁体相吸，手松开后，按钮不再恢复到图示状态，则触点接通，电热板通电加热，水沸腾后，由于锅内保持100℃不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103℃”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热．家用电饭锅使用的传感器类型是温度传感器．

【分析】电饭锅工作当温度达到某特定值时，永磁体与感温磁体开始分离，会自动切断电源．

16.如图所示是电容式话筒的示意图，它是利用电容制作的传感器，话筒的振动膜表面镀有薄薄的金属层，膜后距膜几十微米处有一金属板，金属板和振动膜上的金属层构成电容器的两极，在两极间加一电压U，人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，导致话筒所在电路中的其他量发生变化，声音信号被话筒转化为电信号，导致电容变化的原因可能是电容器（  ）

A. 两板间的距离变化        B. 两板的正对面积变化        

C. 两板间的介质变化        D. 两板间的电压变化

【参考答案】A

【名师解析】振动膜前后振动，金属层和金属板之间的距离发生变化，导致电容变化．故A正确．振动膜前后振动，金属层和金属板正对面积没有变化．故B错误．金属层和金属板之间电介质是空气，没有变化，不会导致电容变化．故C错误．电容与电压无关，电压的变化不会导致电容变化．故D错误．

【分析】人对着话筒说话时，振动膜前后振动，使电容发生变化，根据电容的决定因素分析导致电容变化的原因．

17.自行车速度计利用霍尔效应传感器获知自行车的运动速率．如图甲所示，自行车前轮上安装一块磁铁，轮子每转一圈，这块磁铁就靠近传感器一次，传感器会输出一个脉冲电压．图乙为霍尔元件的工作原理图．当磁场靠近霍尔元件时，导体内定向运动的自由电荷在磁场力作用下偏转，最终使导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差，即为霍尔电势差．下列说法正确的是（  ）

A. 根据单位时间内的脉冲数和自行车车轮的半径即可获知车速大小

B. 自行车的车速越大，霍尔电势差越高

C. 图乙中霍尔元件的电流I是由正电荷定向运动形成的

D. 如果长时间不更换传感器的电源，霍尔电势差将减小

【参考答案】A,D

【名师解析】根据单位时间内的脉冲数，可求得车轮转动周期，从而求得车轮的角速度，最后由线速度公式，结合车轮半径，即可求解车轮的速度大小．故A正确．

根据qvB=q

 得，UH=

，由电流的微观定义式：

I=nesv，n是单位体积内的电子数，e是单个导电粒子所带的电量，s是导体的横截面积，v是导电粒子运动的速度．

整理得：

v=

．

联立解得：

UH=

，可知用霍尔元件可以测量地磁场的磁感应强度，保持电流不变，霍尔电压UH与车速大小无关．故B错误．

霍尔元件的电流I是由负电荷定向运动形成的．故C错误．

由公式UH=

，若长时间不更换传感器的电源，那么电流I减小，则霍尔电势差将减小，故D正确；

【分析】依据单位时间内的脉冲数，即可知转动周期，再结合角速度与周期，与线速度与角速度关系，即可求解；根据左手定则得出电子的偏转方向，抓住电子所受的电场力和洛伦兹力平衡得出霍尔电压的表达式，从而进行分析．

18.关于传感器的应用，下列说法中正确的是（  ）

A. 电饭锅中的敏感元件是光敏电阻

B. 测温仪中测温元件可以是热敏电阻

C. 用传感器探究作用力和反作用力的关系的实验，所用的测力装置是力传感器

D. 火灾报警器中的光传感器在没有烟雾时呈现高电阻状态，有烟雾时呈现低电阻状态

【参考答案】B,C,D

【名师解析】电饭锅中的敏感元件将热学量转换为电学量，是热敏电阻．故A错误；测温仪中测温元件将热学量转换为电学量，是热敏电阻．故B正确；用传感器探究作用力和反作用力的关系的实验，需要将联系量转换为电学量，所以所用的测力装置是力传感器．故C正确．火灾报警器中的光传感器在没有烟雾时呈现高电阻状态，有烟雾时呈现低电阻状态，使电路中的电流增大，从而报警．故D正确．

【分析】传感器是将温度、力、光等非电学量转化为电学量．结合传感器的特点解答即可．

19.将力传感器A固定在光滑水平桌面上，测力端通过轻质水平细绳与滑块相连，滑块放在较长的小车上．如图1所示，传感器与计算机相连接，可获得力随时间变化的规律．一水平轻质细绳跨过光滑的定滑轮，一端连接小车，另一端系沙桶，整个装置开始处于静止状态．在物体与小车分离前缓慢向沙桶里倒入细沙，力传感器采集的F﹣t图象如图2所示．则（  ）

A. 2.5s前小车做变加速运动                                   

B. 2.5s后小车做变加速运动

C. 2.5s前小车所受摩擦力不变                                

D. 2.5s后小车所受摩擦力不变

【参考答案】B,D

【名师解析】根据图象可知，2.5秒之后传感器对滑块的拉力不变，说明此时小车开始运动，传感器拉力大小等于滑动摩擦力大小，因此2.5秒后小车所受摩擦力不变．

由于沙桶质量不断增加，即重力不断增加，因此2.5s后小车做变加速运动，2.5秒之前小车静止不动，小车所受摩擦力为静摩擦力，大小不断增大，故BD正确，AC错误．

【分析】对滑块进行受力分析，由图象求出传感器对滑块的拉力，由平衡条件求出滑块受到的摩擦力，然后由牛顿第三定律判断小车的受力情况．

20.下列说法正确的是  （  ）

A. 话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号

B. 电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断

C. 电子秤所使用的测力装置是力传感器

D. 半导体热敏电阻常用作温度传感器，因为温度越高，它的电阻值越大

【参考答案】B,C

【名师解析】话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号．故A错．电熨斗温度自动控制装置能控制电源的通断．常温时，上、下触点应是接触的，当双金属片温