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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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第四章　电磁振荡与电磁波
第五章　传感器
注意事项
1.全卷满分100分。考试用时90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(本大题共12小题,每小题3分,共36分。在每小题给出的四个选项中只有一个符合题目要求)
1.下列说法中正确的是 (　　)
A.在电磁波谱中,最容易发生明显衍射现象的是γ射线
B.电磁波在真空中传播时的电场强度E与磁感应强度B互相平行
C.在电磁波发射技术中,使载波随各种信号而改变的技术叫作调制
D.在真空中无线电波、红外线、可见光、紫外线的波长依次变短,速度依次变小
2.关于传感器及其应用,下列说法中正确的是 (　　)
A.霍尔元件是把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量
B.干簧管是根据热胀冷缩的原理制成的,在电路中能起到开关的作用
C.热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量,但是金属热电阻不能
D.金属电阻应变片是利用金属的电阻应变效应制成的,即金属丝受拉力时电阻变小,受压力时电阻变大
3.如图所示为电容式传感器的原理图,其中的某个量的变化,能够引起电容的变化,通过测定电容就可以确定上述物理量的变化。下列说法正确的是 (　　)
A.传感器是通过电容的变化确定液面高度的变化
B.传感器是通过电容的变化确定电介质厚度的变化
C.液面升高,则电容器电介质的相对介电常数变大
D.液面升高,则电容器的正对面积变小
4.关于以下三个传感器元件,下列说法正确的是 (　　)
　
A.图甲,被测物体向左移,则电容器的电容变小
B.图乙,物体1连接软铁芯2,软铁芯2插在空心线圈3中,当物体1向右发生微小位移时,线圈自感系数变大
C.图丙,霍尔元件左右移动时,发生了电磁感应从而产生霍尔电压
D.三个都是位移传感器,即将位移量转换为电学量
5.如图所示,把线圈(内阻不计)、电容器、电源、电阻和单刀双掷开关连成图示电路。把电压传感器(图中未画出)的两端分别连在电容器的两个极板M、N上。先把开关置于a侧,一段时间后再把开关置于b侧,从此刻开始计时,电压uMN随时间t变化的图像正确的是 (　　)
　　　　　　　　
　　　　　　　　
6.关于电磁波的发射、传播及接收过程,下列说法正确的是 (　　)
A.信号源发射出的电磁波是由自由电子周期运动而产生的
B.电磁波发射装置主要由振荡器和开放电路两部分组成,振荡器的作用是有效地把电磁波发射出去
C.短波应用于移动通信、电视、雷达等
D.调节频道主要是在调节LC振荡电路中的电感L,改变其固有频率而产生“电谐振”现象
7.如图甲所示,条形码扫描笔的原理是扫描笔头在条形码上匀速移动时,遇到黑色线条,发光二极管发出的光线将被吸收,光敏三极管接收不到反射光,呈高阻抗;遇到白色间隔,光线被反射到光敏三极管,光敏三极管呈低阻抗。光敏三极管将条形码变成一个个电脉冲信号,信号经信号处理系统处理,即完成对条形码信息的识别,等效电路图如图乙所示,其中R为光敏三极管的等效电阻,R0为定值电阻,下列判断正确的是 (　　)
　　
A.当扫描笔头在黑色线条上移动时,信号处理系统获得高电压
B.当扫描笔头在白色间隔上移动时,信号处理系统获得高电压
C.扫描速度对信号处理系统接收到的电压信号无影响
D.扫描笔头外壳出现破损时仍然能正常工作
8.如图所示为苹果自动分拣装置示意图,该装置可以把质量不同的苹果自动分拣后分别进入两通道。该装置的托盘秤压在压力传感器R1上,R1所受压力越大阻值越小,当电磁铁磁力达到某一阈值时,便可吸动分拣开关的衔铁,分拣板可绕O点转动,使苹果落入下通道,不计线圈导线的电阻。则下列说法正确的是 (　　)
A.经过分拣,质量小的苹果落入下通道
B.为了分拣出质量更大的苹果,可以增大电源的输出电压
C.为了分拣出质量更大的苹果,可以增加缠绕电磁铁线圈匝数
D.为了分拣出质量更大的苹果,可以增大电阻R2的阻值
9.5G通信即将推广普及,我国自主研发设计的5G通信技术走在了世界的前列。5G信号所使用的电磁波按照频率划分可以分为两种,一种是频率在6 GHz以下的电磁波,这和我们目前的2/3/4G差别不算太大,还有一种是频率在24 GHz以上的电磁波。对于电磁波,下面说法正确的有 (　　)
A.频率为24 GHz的电磁波的波长大约为0.1 cm
B.波长越短,绕射能力越强
C.频率越高,可能加载的信息密度也越高
D.频率越高的电磁波传播速度越大
10.压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小,可以利用压敏电阻设计一个电路来判断升降机的运动情况,其工作原理图如图甲所示。将压敏电阻固定在升降机底板上,其上放置一个绝缘物块。0~t1时间内升降机匀速下降,从t=0时刻开始,电流表中电流随时间变化的情况如图乙所示,下列说法中正确的是 (　　)
　　
A.t1~t2时间内,升降机加速度的大小可能先减小后增大
B.t2~t3时间内,升降机处于静止状态
C.t3~t4时间内,升降机可能处于失重状态
D.t3~t4时间内,升降机可能一直减速下降
11.一理想变压器原、副线圈的匝数比为10∶1,原线圈输入电压的变化规律如图甲所示,副线圈所接电路如图乙所示,R为定值电阻,R1为光敏电阻(其电阻随光照强度增大而减小),下列说法正确的是 (　　)
　
A.副线圈输出电压为31.1 V
B.副线圈输出电压的频率为5 Hz
C.光照强度减小时,原线圈的电流增大
D.光照强度增大时,变压器的输入功率增大
12.如图所示,R0为热敏电阻(温度降低,电阻增大),D为理想二极管(正向电阻为零,反向电阻无穷大),C为平行板电容器,C中央有一带电液滴刚好静止,M点接地,开关K闭合。下列各项单独操作可能使带电液滴向上运动的是 (　　)
A.滑动变阻器R的滑片P向上移动
B.使热敏电阻R0降温
C.开关K断开
D.电容器C的上极板向上移动
二、非选择题(本大题共5小题,共64分)
13.(8分)某实验小组设计了一个声、光灯光控制系统。声、光控制开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求。其示意图如图甲所示。
(1)声、光控制开关中的声控继电器与光控继电器是　　　　(填“并联”或“串联”)关系。
(2)其中光控继电器的电路结构如图乙所示。已知环境亮度越大,光敏元件阻值越小,当电路电流小于某阈值I0时,继电器开始工作。在设定的光照度条件下调节滑动变阻器,使继电器恰好开始工作,此时电流表示数如图丙所示,此时I0=　　　　A。
　
(3)为了节约用电,需要降低光照度阈值,应该把滑动变阻器阻值调　　　　。
14.(12分)现要组装一个酒精测试仪,它利用一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器,此传感器的电阻R随酒精气体浓度的变化而变化,人呼出的气体中的酒精气体浓度与人血液中酒精含量有关,因此得出此传感器电阻R与人的血液酒精含量的对应关系,如图甲所示。目前国际公认的酒驾标准是“0.2 mg/mL≤血液酒精含量<0.8 mg/mL”,醉驾标准是“血液酒精含量≥0.8 mg/mL”。提供的器材有:
　
A.二氧化锡半导体型酒精气体传感器Rx
B.直流电源(电动势为4 V,内阻不计)
C.电压表(量程为0~3 V,内阻非常大,作为酒精含量表使用)
D.电阻箱(最大阻值为999.9 Ω)
E.定值电阻R1(阻值为50 Ω)
F.定值电阻R2(阻值为10 Ω)
G.单刀双掷开关一个,导线若干
(1)图乙是酒精测试仪电路图,电路中R应选用定值电阻　　　　(填“R1”或“R2”);
(2)为便于识别,按照下列步骤调节此测试仪:
①电路接通前,先将电阻箱调为30.0 Ω,然后开关向　　　　(填“a”或“b”)端闭合,将电压表此时指针对应的刻度线标记为　　　　mg/mL;
②逐步减小电阻箱的阻值,电压表的示数不断变大,按照甲图数据将电压表上“电压”刻度线标为“酒精含量”,此表的刻度线上对应的酒精含量值是　　　　(填“均匀”或“非均匀”)变化的;
③将开关向另一端闭合,测试仪即可正常使用。
(3)某同学将调试好的酒精测试仪靠近酒精瓶口,发现电压表示数为2 V,则此电压值对应的酒精含量　　　　(填“有”或“没有”)达到醉驾标准。
15.(14分)图甲虚线框内所示是电子秤测量部分的原理图,压力传感器的电阻R随压力F的变化如图乙所示。开关闭合后,测量部分两端的电压恒为6.0 V。电流表的量程为0~0.6 A。电流表的内阻、踏板和压杆的质量可以忽略不计。求:
(1)空载时,电流表的示数;
(2)可以称量物体的最大值;
(3)试写出电流表示数I与压力F的变化关系式。
　
16.(14分)某同学制作恒温室,室温保持在45 ℃左右。他设计了如图所示的控温装置,通过电磁继电器的电流达到一定值时,电磁继电器将把衔铁吸下,触点C、D断开,结合水银温度计可以控制室温。
(1)为实现温度高于45 ℃时,电热丝停止加热,温度低于45 ℃时,电热丝开始加热,请连接电路图。
(2)E1内阻不计,当滑动变阻器的滑片调至最左端、E1=6 V时,电接点水银温度计达到45 ℃,电磁继电器达到工作电流值;当滑动变阻器调至R=20 Ω、E1'=8 V时,电接点水银温度计达到45 ℃,电磁继电器达到工作电流值,求水银温度计达到45 ℃时的等效电阻的阻值。
(3)当电源E2=24 V、内阻r2=2 Ω时,为使电热丝的发热功率最大,应将电热丝的电阻调到多大 最大功率是多少
17.(16分)学习了传感器之后,某物理兴趣小组找到了一个热敏电阻R,想利用热敏电阻的阻值随温度升高而减小的特点来制作一个简易的温度计。兴趣小组查到了该热敏电阻的阻值随温度变化的一些信息如图甲所示。他们准备的实验器材如下:干电池(电动势为1.5 V,内阻不计),毫安表(量程为0~10 mA,内阻RA为40 Ω),滑动变阻器R1,开关、导线若干。
(1)若直接将干电池、开关、毫安表、热敏电阻R串接成一个电路作为测温装置,求该电路能测得的最高温度。
(2)现在该兴趣小组想让测温范围大一些,使该电路能测得的最高温度为100 ℃,他们又设计了如图乙所示的电路图。
a.将该热敏电阻R做防水处理后放入100 ℃的沸水中,一段时间后闭合开关,调节滑动变阻器使毫安表指针满偏,此时滑动变阻器R1接入电路的阻值是多少
b.保持滑动变阻器R1接入电路的电阻不变,他们在实验室中找来了一瓶水,把热敏电阻R水平放入水中,一段时间后闭合开关,发现毫安表的示数为8.0 mA,则测得水的温度是多少
c.写出毫安表的电流值I(单位:mA)和温度t(单位:℃)的关系式。
　　
答案全解全析
1.C　在电磁波谱中,无线电波的波长最长,最容易发生明显衍射现象的是无线电波,故A错误;电磁波在真空中传播时的电场强度E与磁感应强度B互相垂直,故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叫作调制,故C正确;在真空中无线电波、红外线、可见光、紫外线的波长依次变短,在真空中电磁波传播速度相同,故D错误。故选C。
2.A　霍尔元件是把磁感应强度这个磁学量转换成电压这个电学量,故A正确;干簧管是根据簧片的磁性变化的原理制成的,在电路中能起到开关的作用,故B错误;热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量,金属热电阻也能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量,故C错误;金属电阻应变片是利用金属的电阻应变效应制成的,即金属丝受拉力时,长度变长、横截面积变小,导致电阻变大,当金属丝受到压力时,长度变短、横截面积变大,导致电阻变小,故D错误。故选A。
3.A　由传感器原理图可知,液面高度变化,引起电容器的正对面积变化,从而引起电容的变化,A项正确,B项错误;电容器电介质的相对介电常数由材料决定,液面升高,电容器电介质的相对介电常数不变,C项错误;液面升高,电容器的正对面积变大,D项错误。故选A。
4.D　图甲中物体向左移,插入电容器的电介质板长度增加,根据C=可知,电容器的电容变大,故A错误;图乙装置中通过物体位置变化引起线圈的自感系数改变,从而将位移量换转成电学量,当物体1向右发生微小位移时,线圈自感系数变小,故B错误;图丙中霍尔元件左右移动时,产生的霍尔电压大小发生变化,能产生霍尔电压,原理是带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用而发生偏转,不是电磁感应,故C错误;三个都是位移传感器,即将位移量转换为电学量,故D正确。故选D。
5.C　由于电路有能量损耗,有一部分能量转化为内能,还有一部分能量以电磁波的形式辐射出去,故电压峰值会逐渐减小,而周期不变,且开始计时时,电容器两极板间电压最大,故选C。
6.A　信号源发射出的电磁波是由自由电子周期运动而产生的,故A正确;电磁波发射装置主要由振荡器和开放电路两部分组成,振荡器的作用是产生高频振荡电流和对开放电路供给能量,故B错误;短波应用于调幅广播、导航等,移动通信、电视、雷达应用的是微波,故C错误;调节频道主要是在调节LC振荡电路中的电容C,改变其固有频率而产生“电谐振”现象,故D错误。
7.B　信号处理系统获得的电压是R0两端的电压,当扫描笔头在黑色线条上移动时,光敏三极管相当于大电阻,根据闭合电路欧姆定律,回路中的电流较小,R0两端的电压较低,信号处理系统获得低电压;当扫描笔头在白色间隔上移动时,光敏三极管相当于小电阻,回路中的电流较大,R0两端的电压较高,信号处理系统获得高电压,A错误,B正确。如果扫描速度发生变化,在信号处理系统中高低电压的时间间隔就会发生变化,可能出现错误识别信息,C错误;扫描笔头外壳出现破损时,外面的光照射到光敏三极管,从而出现错误信息,不能正常工作,D错误。
8.D　大苹果通过托盘秤时,R1所受压力增大,阻值减小,使电路中的电流增大,电磁铁吸动分拣开关的衔铁,大苹果进入下面的通道,故A错误。压力越大,电阻R1越小,此时回路中的电流就越大;而电磁铁吸动衔铁时的磁性(对应电流)不变,故可以减小电源的输出电压,以分拣出质量更大的苹果,故B错误。结合以上分析,为了分拣出质量更大的苹果,还可以减少缠绕电磁铁线圈匝数或增大电阻R2的阻值,故C错误,D正确。故选D。
9.C　根据波长与频率的关系c=λf,得λ== m=0.012 5 m=1.25 cm,故A错误;波长越短,准直性越好,反射性越强,绕射能力越弱,B错误;频率越高,可能加载的信息密度也越高,C正确;电磁波在真空中的波速等于光速,电磁波在介质中的波速与介质性质及电磁波的频率有关,在同一介质中,电磁波的频率越高,其波速越小,故D错误。
10.D　0~t1时间内升降机匀速下降,物块受力平衡;t1~t2时间内电路中电流比升降机匀速下降时小,说明压敏电阻的阻值比升降机匀速下降时大,所受的压力比升降机匀速下降时小,则物块所受支持力小于物块的重力,升降机向下加速,对物块有mg-FN=ma,由于电流先减小后增大,可知压敏电阻的阻值先增大后减小,压力的大小先减小后增大,升降机加速度的大小先增大后减小,A错误。t2~t3时间内电路中的电流等于升降机匀速运动时的电流,由于t1~t2时间内升降机在加速运动,所以t2~t3时间内升降机处于匀速运动状态,B错误。t3~t4时间内电路中的电流大于升降机匀速运动时的电流,说明压敏电阻的阻值比升降机匀速运动时小,压敏电阻所受的压力大于物块的重力,物块处于超重状态,升降机可能一直减速下降,C错误,D正确。故选D。
11.D　原线圈的电压的有效值为U1= V≈220 V,由=得U2=22 V,故A错误。交流电的周期为T=0.02 s,频率为f==50 Hz,理想变压器不改变电流的频率,所以副线圈的输出电压的频率等于原线圈电压的频率,为50 Hz,故B错误。由于原线圈的输入电压U1不变,且原、副线圈的匝数比不变,所以副线圈的输出电压U2不变;副线圈电流为I2=,光照强度减小时,光敏电阻的阻值增加,所以副线圈的电流I2减小,根据=,原线圈的电流I1减小,故C错误。光照强度增加时,光敏电阻的阻值减小,副线圈的输出电压U2不变,由I2=可知,副线圈的电流I2增加;副线圈的电功率为P2=U2I2,所以副线圈的电功率增加,由于P1=P2,所以原线圈的电功率增加,故D正确。故选D。
12.C　滑动变阻器R的滑片P向上移动时,R接入电路的阻值减小,则电容器两端的电压减小,电容器放电,但是由于二极管具有单向导电性使得电容器上的电荷量不变,场强不变,则液滴不动,选项A错误;使热敏电阻R0降温,则阻值增大,滑动变阻器R两端电压减小,液滴仍静止,选项B错误;开关K断开后,电容器两端的电压等于电源的电动势,则电容器两板间的场强变大,液滴向上运动,选项C正确;电容器C的上极板向上移动,d增大,则电容C减小,若U不变,则由Q=CU得Q应变小,即电容器应放电,但由于二极管具有单向导电性,电容器只能充电,无法放电,则电容器的电荷量不变,由U=知电容器两端的电压增大,由C=,E=,U=得,E=,因为极板上的电荷量不变,所以电场强度E不变,液滴仍然静止,选项D错误。
13.答案　(1)串联(2分)　(2)0.42(3分)　(3)小(3分)
解析　(1)由于声、光控制开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求,可知声、光控制开关中的声控继电器与光控继电器是串联关系。
(2)图丙中电流表的量程为0.6 A,分度值为0.02 A,根据电流表的读数规律,可知读数为0.42 A。
(3)由于环境亮度越大,光敏元件阻值越小,则当降低光照度阈值时,对应光敏电阻的阻值增大,由于电路电流小于某阈值I0时,继电器开始工作,可知此时应把滑动变阻器阻值调小。
14.答案　(1)R2(3分)　(2)①a(2分)　0.2(2分)　②非均匀(3分)　(3)有(2分)
解析　(1)根据闭合电路的欧姆定律,电压表的读数为UR=,因为电压表的量程为0~3 V,所以UR≤3 V;根据图甲可知10 Ω≤Rx≤70 Ω,解得R≤30 Ω,故选R2。
(2)①电路接通前,先将电阻箱调为30.0 Ω,然后开关向a端闭合,由图甲可知,电压表此时指针对应的刻度线应标记为0.2 mg/mL。
②电压表示数UR与电阻箱电阻R'的关系为UR=×R,可知UR与R'是非线性关系,所以此表刻度线上对应的酒精含量值是非均匀变化的。
(3)电压表的读数为2 V,所以UR=×R=2 V,解得R1=10 Ω,由图甲可知,此时的酒精含量为0.8 mg/mL,已经达到了醉驾标准。
15.答案　(1)0.02 A　(2)1 450 N　(3)I=(0≤F≤1 450 N)
解析　(1)空载时有F=0,根据图像可知此时电阻为R=300 Ω(2分)
可得电流表的示数为I== A=0.02 A(2分)
(2)当电流表示数最大时,压力传感器的阻值最小,
根据欧姆定律有Rmin== Ω=10 Ω(2分)
由R-F图像有R=300-0.2F (2分)
联立可得Fmax=1 450 N(1分)
(3)根据R-F图像有R=300-0.2F (1分)
根据欧姆定律可得R== (2分)
联立可得电流表示数I与压力F的关系式为
I=(0≤F≤1 450 N) (2分)
16.答案　(1)图见解析　(2)60 Ω　(3)2 Ω　72 W
解析　(1)要求温度高于45 ℃时,电热丝停止加热,温度低于45 ℃时,电热丝开始加热,所以电磁铁应与温度计连接,温度高于45 ℃,温度计与电路接通,电磁铁将衔铁吸下,电热丝所在的电路立刻断开,停止加热;当温度低于45 ℃时,温度计液面下降,电路断开,电磁铁失去磁性,衔铁被松开,C、D触点会接触,加热电路会接通,电热丝加热。电路图如下:
　　　　 (4分)
(2)当滑动变阻器的滑片调至最左端时,接入电路的电阻为零,此时电路中只有水银温度计达到45 ℃时的等效电阻,根据欧姆定律,此时电路中的电流为I== (2分)
当滑动变阻器调至R=20 Ω、E1'=8 V时,电接点水银温度计达到45 ℃,电路中的电流为I== (2分)
联立解得R等=60 Ω(1分)
(3)当电源E2=24 V、内阻r2=2 Ω时,
电热丝的发热功率为P=I2R热=R热= (2分)
当电热丝的电阻R热=r2=2 Ω时,电热丝的功率最大, (2分)
最大功率为Pm== W=72 W(1分)
17.答案　(1)80 ℃　(2)a.10 Ω　b.25 ℃　c.I=
解析　(1)毫安表的最大测量值为10 mA,电路的总电阻最小值为Rmin== Ω=150 Ω(1分)
可知此时热敏电阻的阻值为R=Rmin-RA=150 Ω-40 Ω=110 Ω(1分)
由R-t图像可知R=150-0.5t(Ω) (1分)
解得所能测的最高温度t=80 ℃(1分)
(2)a.将该热敏电阻R做防水处理后放入100 ℃的沸水中,由图像可知此时热敏电阻R的阻值为100 Ω; (2分)
过一段时间后闭合开关,调节滑动变阻器R1,使毫安表指针满偏,
此时滑动变阻器接入电路的阻值为
R1=Rmin-RA-R=150 Ω-40 Ω-100 Ω=10 Ω(2分)
b.当毫安表的示数为8.0 mA时,电路的总电阻R总== Ω=187.5 Ω(2分)
热敏电阻的阻值为R=187.5 Ω-40 Ω-10 Ω=137.5 Ω(1分)
可得温度为t= ℃=25 ℃(1分)
c.由题意可得-40 Ω-10 Ω=150 Ω-0.5t (2分)
毫安表的电流值I(单位:mA)和温度t(单位:℃)的关系式为
I= (2分)

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