资源简介

第四章　电磁振荡与电磁波　
第五章　传感器
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7小题,每小题4分,共28分。每小题只有一个选项符合题意)
1.以下四幅图中的元件,能够感知磁场的是(　　)
　　　
2.如图为电磁波谱图,判断下列说法正确的是(　　)
A.图中波长最长的是γ射线　　　　　　　
B.图中频率最大的是γ射线
C.图中能量最低的是γ射线　　　　　　　
D.紫外线不能在真空中传播
3.2025年央视春晚,某款机器人惊艳亮相。这款人形机器人配置了AI驱动的全身运动控制技术,安装了大量的传感器,其中一种电容式传感器,当某待测量发生变化时,能引起电容器的电容变化。如图是四个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.图a的传感器可直接测量速度
B.图b的传感器可直接测量液体的密度
C.图c的传感器可测量压力
D.图d的传感器可直接测量加速度
4.图甲为收音机中的调谐电路,图乙为一种LC振荡电路,下列有关说法正确的是(　　)
A.收音机为了接收更高频率的电磁波,需将甲图中电容器的电容调大
B.在甲图中,接收电路产生电谐振时,电路中产生的振荡电流最弱
C.乙图中某一时刻电流为顺时针方向且在减小,该时刻电容器上极板带负电
D.乙图中某一时刻线圈的自感电动势为最大值,该时刻电容器带电荷量也最大
5.如图所示,电源的电动势为E,内阻为r,R0为保护电阻,光敏电阻RL的阻值随光照强度增大而减小,灯泡的电阻可视为定值电阻,其功率达到一定值才能发光。闭合开关,灯泡不亮,现改变光照强度,使灯泡逐渐变亮。关于这个过程,下列说法正确的是(　　)
A.光照强度逐渐增大　　　　　　　B.电流表A的示数逐渐减小
C.电压表V的示数逐渐减小　　　　　　　D.电源的总功率增大
6.如图所示,单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电。t=0时,开关S打到b端,t=0.02 s时,LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值。若以顺时针电流为正,则LC电路中电流随时间变化的图像是(　　)
　　　　　　　
　　　　　　　
7.如图(a)所示为某种空气湿度控制仪的原理图。R1和R2中有一个是定值电阻,另一个是湿敏电阻,湿敏电阻的阻值R与空气湿度RH的关系曲线如图(b)所示。当空气湿度太大,a、b两端的电压大于U1时,控制开关自动开启干燥机;当空气湿度太小,a、b两端的电压小于U2时,控制开关自动开启加湿器。下列说法正确的是(　　)
　　　
A.U1B.R1为湿敏电阻
C.要在空气湿度更大时开启干燥机,可以适当增大定值电阻的阻值
D.要在空气湿度更小时开启加湿器,可以适当增大定值电阻的阻值
二、多项选择题(本题共3小题,每小题6分,共18分。每小题有多个选项符合题意,全部选对的得6分,选对但不全的得3分,有选错或不答的得0分)
8.上海光源是一台同步辐射光源,其内部加速到接近光速的电子在磁场中偏转时会沿轨道切线发出波长连续的电磁波,被广泛用于各种前沿科学研究。已知普朗克常量为h=6.626×10-34 J·s,下列说法正确的是(　　)
　　
A.若磁场磁感应强度B随时间t按如图乙变化,则该磁场可产生电磁波
B.X射线可以用来加热理疗,红外线可用于广播信号的传播
C.利用红外线遥感技术可以监测农作物生长情况,这利用了红外线的热效应
D.若某X射线的能量子为2.0×10-19 J,则其频率的数量级为1018
9.如图,为测量储物罐中不导电液体的高度,有人设计了一个监测液面高度变化的传感器。将与储物罐外壳绝缘的两块平行金属板构成的电容器C置于储物罐中,电容器C可通过开关S与电感线圈L或电源相连,当开关从a拨到b时,由电感线圈L和电容器C构成的电路中产生振荡电流。通过检测振荡电流的频率变化,可以推知液面的升降情况。关于此装置下面说法正确的是(　　)
A.电源电动势越小,则振荡电流的频率越低
B.当电路中电流最大时,电容器两端的电压最小
C.开关从a拨到b瞬间,电感线圈的自感电动势为零
D.检测到振荡电流的频率增加,说明液面高度在降低
10.如图是苹果自动分拣装置的示意图,该装置能够按一定质量标准自动分拣大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在一个以O1为转动轴的杠杆上,杠杆末端压在电阻R1上,R1的阻值随压力的变化而变化。小苹果通过托盘秤时,R2两端的电压较小,分拣开关在弹簧向上弹力作用下处于水平状态,小苹果进入上面通道;当大苹果通过托盘秤时,R2两端能够获得较大电压,电磁铁吸动分拣开关的衔铁,打开下面通道,让大苹果进入下面通道。设定进入下面通道的大苹果最小质量m0为该装置的分拣标准,下列说法正确的是(　　)
A.压力越小,R1越小
B.调节R2的大小可以改变筛选苹果的标准
C.若电源内阻变小,会提高分拣标准m0
D.若电源电动势变大,会降低分拣标准m0
三、非选择题(本题共5小题,共54分)
11.(8分)利用电流和电压传感器,以及信息系统强大的数据处理能力和实时显示功能,可以为电学量的观察与测量带来便捷。电路中的电流传感器(相当于电流表)与计算机相连,可以显示电路中电流随时间的变化关系。图甲中直流电源电动势E=12 V,内阻忽略不计,实验前电容器不带电。
　　　
(1)先使S与“1”端相连给电容器充电,充电结束后,使S与“2”端相连,直至放电完毕。计算机记录的电流随时间变化的i-t曲线如图乙所示。若计算机测得图乙中阴影面积S1=1.2×103 mA·s,则电容器C的电容为　　　　F,由甲、乙两图可判断阻值R　　　　R0(选填“>”“<”或“=”)。
(2)先使S与“1”端相连给电容器充电,充电结束后,使S与“3”端相连,此时t=0,经过时间t1=时,该电路中的磁场能为　　　　(选填“0”“最大”或“最小”),若抽出电感线圈上的铁芯重复上述实验,则LC振荡电路的频率将　　　　(选填“变大”“变小”或“不变”)。
12.(8分)热敏电阻可分为正温度系数热敏电阻(简称PTC电阻)和负温度系数热敏电阻(简称NTC电阻),前者的阻值随温度的升高而增大,后者的阻值随温度的升高而减小。某恒温箱温控电路和高温报警装置电路分别如图甲、乙所示,两图中R1、R2均为热敏电阻。
　
(1)R1应为　　　　,R2应为　　　　。在汽车电路中,常将热敏电阻与其他元件串联接入电路,以防止其他元件两端的电压过大,从而保护电路和设备,则该热敏电阻为　　　　。(均选填“PTC电阻”或“NTC电阻”)
(2)在图乙中,若要让蜂鸣器在更低温度时响起,应将图中滑动变阻器滑片向　　　　(选填“左”或“右”)移动少许。
13.(10分)为使校园智慧农场里的蔬菜长得更好,某小组设计了自动补光系统。
(1)该系统核心元件为光敏电阻RG,其阻值随光照强度增大而减小。小组成员首先对光敏电阻RG进行研究。
①在自然光照下利用多用电表粗测RG的阻值,图甲为多用电表示意图,下列操作正确的是　　　　。
A.测量前调节S2,使指针指在左端的“0”刻度位置
B.欧姆调零时,将红、黑表笔短接,调节S1,使指针指在右端的“0”刻度位置
C.测量过程中,若指针偏角过小,应换用更大倍率挡并重新欧姆调零
D.测量结束后,应将选择开关旋至“OFF”挡或交流电压最高挡
②在自然光照下测得光敏电阻RG阻值约为1.3 kΩ,为精确研究RG的阻值,该小组设计了如图乙所示的实验电路(部分连接)。提供的器材有:待测光敏电阻RG、直流电源E(电动势3.0 V,内阻不计)、电压表V(量程0~3 V、内阻约2 kΩ)、电流表A(量程0~10 mA、内阻约10 Ω)、滑动变阻器R(0~20 Ω)、开关S、导线若干。
ⅰ.请根据实验目的,用笔画线代替导线连接完整图乙中的实物电路。
ⅱ.实验测得两不同光照强度下RG的伏安特性曲线如图丙中A、B所示,图示中光照强度较小条件下,RG的电阻值为　　　　Ω。
　
(2)基于上述研究,小组设计了如图丁所示的自动补光电路。控制电路由电源、光敏电阻RG、滑动变阻器R和电磁继电器组成;工作电路由电源和补光灯L组成。继电器线圈有一定电阻,当光照强度低于设定值时,电磁继电器吸合衔铁,触点接通,补光灯L自动点亮。在某次调试过程中,发现当光照强度已低于设定值时,补光灯L仍未点亮,为使系统正常工作,应将滑动变阻器R的滑片P向　　　　(选填“左”或“右”)端适当移动。
14.(12分)研究表明,有些金属电阻的阻值会随温度的变化而变化,物理学中利用这类金属的特性制成金属电阻温度计,它可以用来测量很高的温度,其原理如图所示。图中电流表的量程为0~15 mA(不计其电阻),电源电压恒为3 V,内阻不计,R'为滑动变阻器,金属电阻作为温度计的测温探头,在t≥0 ℃时,其阻值Rt随温度t的变化关系为Rt=100+0.5t(单位: Ω)。
(1)若要把该测温探头放入温度为0 ℃处进行测量,使电流表恰好满偏,即电流为15 mA,求此时滑动变阻器R'接入电路的阻值;
(2)保持(1)中滑动变阻器R'接入电路的阻值不变,当被测温度为600 ℃时,求电路消耗的电功率;
(3)若把电流表的电流刻度盘换为对应的温度刻度盘,则温度刻度是否均匀 并说明理由。
15.(16分)如图所示,线圈的自感系数L= μH,电容器的电容C= pF,电源电动势E=4 V、内阻r=1 Ω,电阻的阻值R=9 Ω,不计线圈和电流表的内阻,闭合开关S,待电路中电流稳定后断开S,已知c=3×108 m/s。
(1)求从断开S到电容器上极板带正电荷最多所经历的时间。
(2)求断开开关S后,电流表的示数(保留两位小数)。
(3)已知单端天线的长度为接收的电磁波波长的四分之一时,电磁波在天线中产生的感应电动势将达到最大值。当感应电动势达到最大值,求该单端天线应设计的长度。
答案与分层梯度式解析
第四章　电磁振荡与电磁波　第五章　传感器
1.A 2.B 3.C 4.D 5.B
6.C 7.D 8.AC 9.BD 10.BD
1.A　当磁体靠近干簧管时,两个簧片被磁化而接通,干簧管起到开关的作用,干簧管是一种能够感知磁场的元件,A符合题意;光敏电阻是一种对光敏感的元件,其阻值会随着光照强度的变化而变化,主要用于感知光信号,而不是磁场,B不符合题意;发光二极管是一种可以将电能转化为光能的半导体器件,在正向导通时能够发光,主要用于发光显示等,与感知磁场无关,C不符合题意;三极管是一种具有电流放大作用的半导体器件,主要用于放大电信号、开关电路等,不能感知磁场,D不符合题意。
2.B　由电磁波谱图可知,γ射线的波长最短,由公式λ=可知,γ射线的频率最大,故A错误,B正确;根据光子的能量ε=hν可知,γ射线的频率最大,能量最高,故C错误;电磁波都可以在真空中传播,因此紫外线可以在真空中传播,故D错误。
3.C　图a的传感器通过转动动片改变电容器两极板的正对面积来改变电容,可以用来测量角度和角速度,不能直接测量速度,A错误;图b的电容器的两个极板分别是金属芯线和导电液体,是通过改变电容器两极板间正对面积使电容变化,可以用来测量液面的高度,不可直接测量液体的密度,B错误;图c的传感器是通过改变极板间的距离来改变电容,可以用来测量压力,C正确;图d的传感器通过改变电介质插入极板间的长度来改变电容,可以用来测量位移,不能直接测量加速度,D错误。
4.D　当收音机中的LC振荡电路的频率等于要接收到的无线电波的频率时,才会产生电谐振,从而接收到该频率的电台信号,根据振荡电路的频率公式f=,收音机为了接收更高频率的电磁波,需将甲图中电容器的电容调小,A错误;接收电路产生电谐振时,电路中产生的振荡电流最强,B错误;若电流在减小,则为电容器的充电过程,又因为电流为顺时针方向,因此电容器的上极板应该带正电,C错误;若自感电动势最大,说明瞬时电流为零,则该时刻电容器充电完毕,电容器带电荷量最大,D正确。
5.B　灯泡逐渐变亮,则通过灯泡的电流变大,由“串反并同”知,光敏电阻的阻值增大,说明光照强度逐渐减小,A错误;光敏电阻的阻值增大,则总电阻增大,干路电流减小,电流表A的示数逐渐减小,B正确;光敏电阻的阻值增大,则并联部分总电阻增大,分压增多,则电压表V的示数增大,C错误;电源的总功率P=EI,因干路电流减小,则总功率减小,D错误。
6.C　单刀双掷开关S先打到a端让电容器充满电,电容器上极板带正电荷。在一个周期内,电容器充电两次,放电两次,t=0时开关S打到b端,t=0.02 s时LC回路中电容器下极板带正电荷且电荷量第一次达到最大值,0~0.02 s内,电容器经历了充、放电各一次,故LC回路的周期为T=0.04 s,A、B错误;t=0时回路中电流方向为逆时针,电流为负,C正确,D错误。
7.D　由图(b)可知,湿敏电阻的阻值R随空气湿度增大而减小,若R1为湿敏电阻,当空气湿度增大时,其电阻减小,干路电流增大,则R1两端电压U=E-I(r+R2)减小,与题中要求“当空气湿度太大,a、b两端的电压大于U1时,控制开关自动开启干燥机”不符,故R2为湿敏电阻,B错误;对图(a),控制开关两端电压U=·R1,湿敏电阻R2的阻值随空气湿度增大而减小,当空气湿度较大,湿敏电阻R2=R0时,a、b两端电压U=·R1=U1,当空气湿度较小,湿敏电阻R2=R'0时,a、b两端电压U'=·R1=U2,根据湿敏电阻特性知R0U2,A错误;要在空气湿度更大时开启干燥机,即此时湿敏电阻阻值更小,R1两端电压才等于U1,根据串联分压关系可知,可以适当减小定值电阻R1的阻值,C错误;要在空气湿度更小时开启加湿器,即此时湿敏电阻阻值更大,R1两端电压才等于U2,根据串联分压关系可知,可以适当增大定值电阻R1的阻值,D正确。
8.AC　图乙中磁感应强度B随时间t周期性变化,磁场可产生电磁波,A正确;X射线能量较高,主要用于医学成像、工业探伤,不能用于加热理疗,红外线的热效应较强,可用于加热理疗,广播信号的传播通常使用无线电波,不使用红外线,B错误;红外线具有良好的热效应,可用于遥感探测植被温度、监测农作物生长情况,C正确;由ε=hν得ν== Hz≈3.02×1014 Hz,其频率的数量级为1014 Hz,D错误。
9.BD　振荡电流的频率为f=,则振荡频率与电源电动势无关,故A错误;当电路中电流最大时,电容器放电完毕,此时电容器两端电压最小,故B正确;开关从a拨到b瞬间,电路中电流最小,电流变化率最大,电感线圈的自感电动势最大,故C错误;检测到振荡电流的频率增加,说明电容器的电容减小,根据C=,可知εr减小,即液面高度在降低,故D正确。
10.BD　小苹果通过托盘秤时,R1所受压力较小,由题可知此时R2两端的电压较小,根据串联分压规律可知,此时R1电阻值较大,即压力越小,R1越大,A错误;当R2两端获得较大电压时,电磁铁吸动分拣开关的衔铁,打开下面通道,让大苹果进入下面通道,可知,当苹果质量一定时,R1所受压力一定,R1电阻值一定,此时如果R2电阻值越大,R2两端电压越大,达到一定值时电磁铁将吸动分拣开关的衔铁,打开下面通道,即调节R2的大小可以改变筛选苹果的标准,B正确;若电源内阻变小,当苹果质量一定且较小时,R1所受压力一定,R1电阻值一定,此时回路中电流增大,R2两端电压变大,达到一定值时,电磁铁将能吸动分拣开关的衔铁,打开下面通道,即若电源内阻变小,会降低分拣标准m0,C错误;若电源电动势变大,当苹果质量一定且较小时,R1所受压力一定,R1电阻值一定,此时回路中电流增大,R2两端电压变大,达到一定值时,电磁铁将能吸动分拣开关的衔铁,打开下面通道,即若电源电动势变大,会降低分拣标准m0,D正确。
11.答案　(1)0.1(2分)　>(2分)　(2)最大(2分)　变大(2分)
解析　(1)由图乙知,图线与t轴围成的面积表示电容器所带电荷量,已知阴影面积S1=1.2×103 mA·s=1.2 A·s=1.2 C,即电容器充电结束后的带电荷量Q=1.2 C。充电结束后电容器两端电压等于电源电动势,即U=E=12 V,由电容定义式得C== F=0.1 F。放电初始时刻,电容器两端电压等于E,初始电流I=,由图乙得初始电流大小I=5 mA;充电初始时刻电容器不带电,初始充电电流I0=,由图乙得初始电流大小I0=7 mA;由电路规律可知,放电初始电流小于充电的初始电流,即<,因此R>R0。
(2)LC振荡电路的周期T=2π,t1==T,经过恰好反向放电完毕,电路中电流达到最大,电场能全部转化为磁场能,因此磁场能最大。抽出电感线圈上的铁芯,自感系数L变小,由频率公式f==,知振荡频率变大。
12.答案　(1)NTC电阻(2分)　PTC电阻(2分)　PTC电阻(2分)
(2)右(2分)
解析　(1)恒温箱温控电路应确保加热器加热后,温度升高至某温度时继电器中电流达到临界值使得衔铁被吸下,加热电路断开,即温度升高,温控电路中电流增大,因此R1应为NTC电阻。高温报警装置电路在温度较低时衔铁被吸下,温度升高至某临界温度时衔铁被释放,蜂鸣器所在电路接通,因此继电器所在电路中的电流应随温度的升高而减小,R2应为PTC电阻。同理,在汽车电路中,为防止其他元件两端的电压过大即电流过大,应选择阻值随温度升高而增大的热敏电阻,即PTC电阻接入汽车电路。
(2)在题图乙中,若要让蜂鸣器在更低温度时响起,即PTC电阻的阻值更小时衔铁被释放,需增大滑动变阻器接入电路的电阻,应将滑片向右移动少许。
13.答案　(1)①CD(2分)　②图见解析(3分)　1 000(3分)
(2)左(2分)
解析　(1)①多用电表测电阻时,测量前机械调零需调节S1(机械调零旋钮),使指针指左端电流零刻度,A错误;欧姆调零时红、黑表笔短接,调节S2(欧姆调零旋钮)使指针指右端欧姆零刻度,B错误;测量时指针偏角过小,说明被测电阻阻值较大,应换用更大倍率挡位,并重新欧姆调零,C正确;测量结束后,需将选择开关旋至“OFF”挡或交流电压最高挡,D正确。
②待测光敏电阻RG≈1.3 kΩ,滑动变阻器的最大阻值20 Ω远小于RG,限流式接法电压调节范围极小,因此采用分压式接法;比较得>RVRA,因此采用电流表内接法误差更小。
光敏电阻阻值随光照强度增大而减小,I-U图线斜率k==,斜率越小电阻值越大,因此光照强度较小条件对应图线B,得RG== Ω=1 000 Ω。
(2)光照强度低于设定值时,光敏电阻RG阻值偏大,此时电流较小,继电器无法吸合,补光灯不亮;要增大控制电路电流,需要减小总电阻,即减小滑动变阻器R接入电路的阻值;由题图丁可知,应将滑动变阻器的滑片P向左端适当移动可使继电器吸合,系统正常工作。
14.答案　(1)100 Ω　(2)0.018 W　(3)见解析
解析　(1)由题中所给Rt=100+0.5t(单位:Ω),温度为0 ℃时,Rt=100 Ω(2分)
则滑动变阻器接入电路的阻值R'=-Rt= Ω-100 Ω=100 Ω(2分)
(2)当被测温度为600 ℃时,Rt=400 Ω(2分)
电路消耗的电功率P== W=0.018 W(2分)
(3)由I=及Rt=100+0.5t(单位:Ω)(1分)
可得I=(单位:A)(2分)
可知电流表指针偏转角度越大(电流I越大),对应的温度越低,由于电流I与温度t不是线性关系,所以温度刻度不均匀。(1分)
15.答案　(1)×10-9 s(n=0,1,2,…)　(2)0.28 A　(3)0.1 m
解析　(1)根据T=2π(1分)
有T=2π s=×10-9 s(2分)
当S断开时,电容器上的带电荷量为零,然后线圈向电容器充电,由于流过线圈的电流方向不变,故电容器下极板带正电(2分)
由于电磁振荡具有周期性,故从断开S到电容器上极板带正电荷最多所经历的时间为t=nT+T=×10-9 s(n=0,1,2,…)(2分)
(2)断开开关S瞬间,电路中的电流最大,最大电流为Im==0.4 A(2分)
振荡电路产生的是正弦式交流电,电流表的示数等于正弦式交流电的有效值,故电流表的示数为I== A≈0.28 A(2分)
(3)设单端天线应设计的长度为l,接收的电磁波波长为λ,频率为f,则f==7.5×108 Hz(2分)
又知c=λf,l=(1分)
联立解得l=0.1 m,单端天线应设计的长度为l=0.1 m(2分)

展开更多......

收起↑