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密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线
密 封 线 内 不 要 答 题
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姓名 班级 考号
密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线 密 ○ 封 ○ 装 ○ 订 ○ 线
密 封 线 内 不 要 答 题
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第4章　电磁波
第5章　传感器及其应用
注意事项
1.本试卷满分100分,考试用时75分钟。
2.无特殊说明,本试卷中重力加速度g取10 m/s2。
一、单项选择题(本题共8小题,每小题3分,共24分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1.下列关于电磁波的说法中正确的是 (　　)
A.赫兹证实了电磁波的存在
B.γ射线比X射线更容易发生明显的衍射现象
C.变化的电场周围一定能产生电磁波
D.红外线的频率大于紫外线的频率
2.关于电磁波的发现及应用,下列说法正确的是 (　　)
A.根据麦克斯韦电磁场理论,变化的电场周围一定产生变化的磁场,变化的磁场周围也一定产生变化的电场
B.利用红外线的热效应能杀菌消毒,夜视仪利用了紫外成像技术
C.在电磁波发射技术中,使载波随各种信号而改变的技术称为调制
D.为了有效向外发射电磁波,振荡电路不必采用开放电路,但要提高振荡频率
3.电焊作业时,会产生对人体有害的电焊弧光,辐射出大量频率为1.0×1015 Hz的电磁波。根据如图所示的电磁波谱,判断它属于哪种电磁波 (　　)
A.微波　　　　　　　　B.红外线
C.紫外线　　　　　　　　D.X射线
4.关于以下四张图片,说法正确的是 (　　)
　　　
　　　
A.甲图为发射电磁波时,调幅后波的示意图
B.乙图为用γ射线拍摄的人体组织图片
C.丙图为干簧管,它的工作原理是电磁感应现象
D.向丁图容器中充入电介质时,回路中振荡电流频率将增大
5.如图所示的电路中,电源两端的电压恒定,L为小灯泡,R为光敏电阻,R和L之间用挡板(未画出)隔开,LED为发光二极管(电流越大,发出的光越强),且R与LED间距离不变,下列说法中正确的是 (　　)
A.当滑动触头P向左移动时,L消耗的功率增大
B.当滑动触头P向左移动时,L消耗的功率减小
C.当滑动触头P向右移动时,L消耗的功率可能不变
D.无论怎样移动滑动触头P,L消耗的功率都不变
6.如图所示是温度自动报警器的工作原理图,图中1是电磁铁、2是衔铁、3是触点、4是水银温度计(水银导电)。则下列说法正确的是 (　　)
A.温度高于警戒温度时,电铃不报警、指示灯亮
B.温度低于警戒温度时,电铃报警、指示灯熄灭
C.温度高于警戒温度时,电铃报警、指示灯亮
D.温度低于警戒温度时,电铃不报警、指示灯亮
7. 某时刻,LC振荡电路中电流的方向与线圈中磁感线的方向如图所示,下列说法正确的是 (　　)
A.若电容器的上极板带正电,则电容器正在充电
B.若磁场正在减弱,则电容器的上极板带负电
C.减小电容器两极板间距离,振荡周期将变小
D.若在线圈中加一铁芯,则充放电过程会变快
8.过强的电磁辐射对人体有害,影响人的身心健康。根据有关规定,工作人员所在处的电磁辐射强度(在数值上等于单位时间内垂直通过单位面积的电磁辐射能量)不得超过0.5 W/m2。如果一个人处于距离无线电发射器10 m的位置,为了保证此人的安全,则要求该无线电发射器的电磁辐射的功率不得超过(计算时,可以将该无线电发射器视为发出球面电磁波的波源,π取3.14) (　　)
A.157 W　　　　　　　　B.314 kW
C.628 W　　　　　　　　D.1 256 W
二、多项选择题(本题共4小题,每小题4分,共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分,选对但不全的得2分,有选错的得0分)
9.为了发现人群中的发热病人,通常利用红外测温仪测量人体的温度。关于电磁波的应用,下列说法正确的是 (　　)
A.红外线、X射线、γ射线中红外线的波长最短
B.红外线可以用来加热理疗,紫外线可以消毒
C.无线电波主要用于通信、广播及其他信号的传播
D.X射线可以用于诊断病情,γ射线可以摧毁病变的细胞
10.为了测量储液罐中不导电液体的液面高度,设计装置如图所示。将与储液罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容C置于储液罐中,电容C可通过开关S与线圈L或电源构成闭合回路。当开关从a拨到b时,由线圈L与电容C构成的回路中产生振荡电流,振荡电流的频率f=,通过测量振荡频率可知储液罐内的液面高度。则下列说法正确的是 (　　)
A.当储液罐内的液面升高时,电容变大
B.当储液罐内的液面升高时,LC回路中振荡电流的频率变小
C.开关拨到b之后,振荡电流的振幅和频率始终保持不变
D.当开关从a拨到b瞬间,电容器两极板的电荷量最大,流过线圈L中的电流最大
11.有款市面上流行的指针式恒温“温奶器”,如图是其内部调温的工作示意图,温度的敏感元件是双金属片,在温度升高时上层金属的膨胀大于下层金属,可造成双金属片的形变。关于该装置,下列说法正确的是 (　　)
A.传感器工作的一般流程:电信号→敏感元件→处理电路→非电信号
B.电源刚接通时上、下触点是接触的
C.若要提高温奶的温度,则应使调温旋钮下移一些
D.若要提高温奶的温度,则应使调温旋钮上移一些
12.为了助力未来乡村建设,小明设计了如图所示的农村光控路灯电路,以实现自动亮度控制。图中A、B为相同的灯泡,电源电动势为E,内阻为r,Rt为光敏电阻,其阻值随光照强度的增加而减小。下列判断正确的是 (　　)
A.外界光照强度增加时,电流表示数减小
B.外界光照强度增加时,通过R0的电流增大
C.外界光照强度增加时,A灯、B灯均变暗
D.外界光照强度增加时,电源内阻消耗功率增大
三、非选择题(本题共6小题,共60分)
13.(8分)如图(a)是汽车过桥时对不同类型桥面压力变化的实验。采用DIS方法对模型进行测量,其结果如图(b)中电脑屏幕所示。
(1)图(a)中的传感器为　　　　传感器(选填“力电”“光电”或“热电”);
(2)图(a)中甲、乙、丙分别为三种不同类型的桥面。对于凸形桥甲,其相对应的压力图线应是图(b)电脑屏幕上的　　　　(选填“a”“b”或“c”);
(3)如增大小球在斜槽上的初始高度,则在图(b)中大致画出小球通过凸形桥甲时的压力图线。
14.(8分)某小组利用如图所示的电路测量一只毫安表的量程和内阻,同时研究光敏电阻的阻值与光照强度之间的关系。所提供的实验器材如下:
A.毫安表(表盘共有30格,未标数值)
B.学生电源(输出电压可调,内阻不计)
C.电阻箱R(最大阻值9 999.9 Ω)
D.光敏电阻R'
E.单刀双掷开关
F.导线若干
(1)实验时将学生电源输出电压调至1 V,电阻箱的阻值调至最大,单刀双掷开关接至a端,开始调节电阻箱,发现电阻箱的阻值为1 800.0 Ω时,毫安表的指针刚好从零开始偏转一个格;电阻箱的阻值为300.0 Ω时,毫安表指针刚好从零开始偏转四个格,据此得到毫安表的最大测量值为　　　　mA,内阻为　　　　Ω。
(2)单刀双掷开关调至b端,实验中发现光照强度稍大时,电流超过毫安表量程,为了安全该小组将毫安表改装成量程为0~0.6 A的电流表,应在毫安表上并联的定值电阻阻值为　　　　Ω。(计算结果保留2位有效数字)
(3)该小组将改装后的电流表接入电路中,电源输出电压不变,单刀双掷开关调至b端,通过实验发现,流过原毫安表的电流为I(单位:A)且电流I与光照强度E(单位:lx)之间的关系为I=kE,由此可得光敏电阻的阻值R'与光照强度E之间的关系式为R'=　　　　。
15.(9分)某同学利用如图甲所示的电路测量一个热敏电阻的阻值。所用器材:电源E、开关S、滑动变阻器R、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻较小)。
(1)实验时,将热敏电阻置于温度控制室中,记录不同温度下电压表和毫安表的示数,计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.7 V和3.0 mA,则此时热敏电阻的阻值为　　　　kΩ。
(2)实验中得到该热敏电阻阻值Rt随温度t变化的曲线如图乙所示。利用该热敏电阻可以制作温度报警器,其电路的一部分如图丙所示。图中E为直流电源(电动势为12 V,内阻不计),当环境温度升高导致图中的输出电压达到或超过9.0 V时,便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时环境温度为60 ℃,则图中定值电阻的阻值应为　　　　kΩ(保留2位有效数字),若电源电动势大于12 V,则开始报警时的温度　　　　(填“高于”或“低于”)60 ℃。
16.(10分)飞机失事后,为了分析事故的原因,必须寻找黑匣子,而黑匣子在30天内能以37.5 kHz的频率自动发出信号,人们就可利用探测仪查找黑匣子发出的电磁波信号来确定黑匣子的位置。那么黑匣子发出的电磁波波长是多少 若接收电路是由LC电路组成的,其中该接收装置里的电感线圈L=4.0 mH,此时产生电谐振的电容多大
17.(12分)某雷达工作时,发射电磁波的波长为λ=20 cm,每秒钟发射的脉冲数为n=5 000,每个脉冲持续时间t=0.02 μs,求电磁波的振荡频率为多少 最大侦察距离是多少
18.(13分)可以用电学方法来测水流的速度。如图所示,将小铅球P系在细金属丝下,悬挂在O点,开始时小铅球P沿竖直方向处于静止状态,当将小铅球P放入水平流动的水中时,球向左摆起一定的角度θ(水流速度越大,θ越大)。为了测定水流的速度v,在水平方向固定一根电阻丝BC,使C端位于O点的正下方,它与金属丝接触良好,不计摩擦,还有一个电动势为E的电源(内阻不计)和一只电压表,重力加速度为g。
(1)请你设计一个电路,使水流速度增大时,电压表的示数也增大,在题图上画出原理图。
(2)已知水流对小球的作用力F与水流速度v的关系为F=kDv(k为比例系数,D为小铅球的直径),OC=h,BC长为L,小铅球质量为m,当小铅球平衡时电压表示数为U,请推导出v与U的关系式。(水对小铅球的浮力忽略不计)
答案全解全析
1.A　赫兹证实了电磁波的存在,故A正确;γ射线比X射线的波长短,更不容易发生明显的衍射现象,故B错误;均匀变化的电场产生恒定的磁场,无法产生电磁波,故C错误;红外线的频率小于紫外线的频率,故D错误。故选A。
2.C　根据麦克斯韦电磁场理论,均匀变化的电场周围产生稳定的磁场,均匀变化的磁场周围也产生稳定的电场;周期性变化的电场周围一定产生周期性变化的磁场,周期性变化的磁场周围也一定产生周期性变化的电场,选项A错误;利用紫外线的化学效应能杀菌消毒,夜视仪利用了红外成像技术,选项B错误;在电磁波发射技术中,使载波随各种信号而改变的技术称为调制,选项C正确;为了有效向外发射电磁波,必须要提高振荡电路的振荡频率,同时采用开放电路,选项D错误。故选C。
3.C　根据波长与频率之间的关系c=λν可得,电焊弧光辐射出的电磁波的波长λ== m=3×10-7 m,根据电磁波谱可知,电焊弧光辐射出的是紫外线,故选C。
4.A　图甲为电磁波调制时,使电磁波的振幅随传送的信号改变,图甲中电磁波的频率始终保持不变,即调幅,A正确;乙图是利用X射线拍摄的人体组织图片,B错误;丙图为干簧管,是将磁信号转化为电路通断的传感器,原理是磁力,当永久磁铁靠近干簧管时,簧片被磁化,簧片的触点部分就会被磁力吸引,当吸引力大于簧片的弹力时,常开触点就会吸合;当磁力减小到一定程度时,触点在簧片的弹力作用下分离,C错误;向丁图容器中充入电介质时,电容器的电容增大,由T=2π可知回路中的振荡周期变大,振荡电流的频率减小,D错误。故选A。
5.A　滑动触头P左移,滑动变阻器接入电路的电阻减小,流过发光二极管的电流增大,发光增强,使光敏电阻R的阻值减小,流过灯泡的电流增加,L消耗的功率增大,故A正确,B、D错误;同理可知滑动触头P右移,L消耗的功率变小,故C错误。
6.D　温度高于警戒温度时,控制电路中的电磁铁线圈中有电流通过,电磁铁有磁性,吸引衔铁,衔铁与左侧触点接触,指示灯所在电路断开,电铃报警,指示灯熄灭,故A、C错误;温度低于警戒温度时,控制电路处于开路状态,电磁铁线圈中没有电流通过,电磁铁没有磁性,此时指示灯所在电路接通,指示灯亮,电铃所在电路断开,电铃不报警,故B错误,D正确。
7.B　图示电流沿顺时针方向,若电容器的上极板带正电,则电容器上极板的带电荷量减少,电容器正在放电,故A错误;若磁场正在减弱,则电流在减小,磁场能减小,电场能增大,则电容器正在充电,电流沿顺时针方向,负电荷向上极板移动,则电容器的上极板带负电,故B正确;LC振荡电路的周期为T=2π,根据电容的决定式C=知,减小电容器两极板间距离d,则电容C增大,振荡周期将变大,故C错误;若在线圈中加一铁芯,线圈的自感系数L增大,振荡周期增大,则充放电过程会变慢,D错误。故选B。
8.C　人距离无线电发射器10 m远,要使电磁辐射强度不超过0.5 W/m2,则有≤0.5 W/m2,解得P≤0.5 W/m2×4πR2=628 W,因此该无线电发射器的电磁辐射的功率不得超过628 W。故选C。
9.BCD　红外线、X射线、γ射线中红外线的波长最长,故A错误;利用红外线的热效应可以用来加热理疗,利用紫外线的荧光效应可以消毒、杀菌,故B正确;无线电波主要用于通信、广播及其他信号传输,故C正确;X射线穿透能力较强,可以诊断病情,电磁波中频率最大的为γ射线,有极强的穿透能力和很高的能量,可以摧毁病变的细胞,故D正确。
10.AB　当储液罐内的液面升高时,根据电容的决定式C=得,电容变大,根据振荡电流的频率f=可知,LC回路中振荡电流的频率变小,A、B正确;开关拨到b之后,振荡电流的振幅会越来越小,储液罐内的液面高度发生变化时,频率也会发生变化,C错误;当开关从a拨到b瞬间,电容器两极板的电荷量最大,流过线圈L中的电流最小,D错误。故选A、B。
11.BC　传感器工作的一般流程:非电信号→敏感元件→处理电路→电信号,故A错误。电源刚接通时上、下触点是接触的,电热丝电路为通路,温度升高到一定值,由于双金属片上层金属的膨胀大于下层金属,双金属片向下弯曲,上、下触点断开,电热丝停止加热,故B正确。若要提高温奶的温度,则应使调温旋钮下移一些,使双金属片向下弯曲的程度更大些,上、下触点才断开,电热丝才停止加热,故C正确,D错误。故选B、C。
12.BCD　外界光照强度增加时,光敏电阻阻值减小,电路中的总电阻减小,由I总=可知,电路中总电流增大,则电流表示数增大,故A错误;电路中总电流增大,由U内=I总r可知,电源内阻分压增大,由E=U内+U外可知,外电压减小,所以灯泡A中的电流IA减小,由I总=IA+可知,外界光照强度增加时,通过R0的电流增大,故B正确;外界光照强度增加时,灯泡A中的电流IA减小,A灯变暗,由于通过R0的电流增大,所以R0两端的电压增大,外电压减小,所以B灯两端的电压减小,B灯变暗,故C正确;外界光照强度增加时,电路中总电流增大,电源内阻消耗的功率P内=r增大,故D正确。故选B、C、D。
13.答案　(1)力电(2分)　(2)c(2分)　(3)如图所示(4分)
解析　(1)该传感器把力信号转化为电信号,属于力电传感器;
(2)小球经过凸形桥甲的最高点时,压力小于重力,其相对应的压力图线应是电脑屏幕上的c;
(3)增大小球在斜槽上的初始高度,小球经凸形桥甲的最高点时压力更小,其图线与c相比较,最低点更低一点。
14.答案　(1)15(2分)　200(2分)　(2)5.1(2分)
(3)-5(Ω)(2分)
解析　(1)设毫安表的内阻为Rg,毫安表一个格对应的电流为I0,根据题意有I0=,4I0=,联立解得I0=0.5 mA,Rg=200 Ω,则毫安表的最大测量值为Ig=30I0=15 mA。
(2)设在毫安表上并联的定值电阻阻值为R1,则有Im=Ig+
解得R1== Ω≈5.1 Ω
(3)改装后的电流表的内阻为RA== Ω≈5 Ω,
当流过原毫安表的电流为I时,电路总电流为I总=I=40I,
由欧姆定律可得I总===40I,
可得光敏电阻的阻值R'与光照强度E之间的关系式为
R'=-5=-5(Ω)
15.答案　(1)1.9(3分)　(2)1.8(3分)　低于(3分)
解析　(1)由欧姆定律得,此时热敏电阻的阻值为
Rt== kΩ=1.9 kΩ
(2)当环境温度为60 ℃时,由题图乙可得此时热敏电阻的阻值约为0.6 kΩ,由于热敏电阻的阻值随着温度升高而降低,而题意要求R2两端的输出电压随温度升高而增大,所以R1为热敏电阻。开始报警时,R1=0.6 kΩ,输出电压U=9 V,由闭合电路欧姆定律得I==5×10-3 A,则定值电阻的阻值为R2== Ω=1.8 kΩ。开始报警时热敏电阻的阻值是R1=,若电源电动势E大于12 V,则R1>0.6 kΩ,故开始报警时的温度低于60 ℃。
16.答案　8 000 m　4.5×10-9 F
解析　由公式v=λf得λ== m=8 000 m(5分)
再由公式f=得C== F≈4.5×10-9 F(5分)
17.答案　1.5×109 Hz　30 km
解析　由c=λf可得电磁波的振荡频率
f== Hz=1.5×109 Hz (4分)
电磁波在雷达发射相邻两个脉冲的时间间隔内传播的距离
s=cΔt=c=3×108× m≈6×104 m (4分)
所以雷达的最大侦察距离
sm==3×104 m=30 km(4分)
18.答案　(1)图见解析　(2)v=U
解析　(1)原理图如图所示 (3分)
(2)设CE=x,小铅球P平衡时,由平衡条件可得
tan θ== (2分)
根据闭合电路欧姆定律和部分电路欧姆定律可得
I== (2分)
根据电阻定律可得
RL=ρ (2分)
Rx=ρ (2分)
又F=kDv
联立解得v=U (2分)

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