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第六章水平测试本试卷分第Ⅰ卷(选择题)和第Ⅱ卷(非选择题)两部分，满分100分，考试时间90分钟。第Ⅰ卷(选择题，共40分)一、选择题(本大题共10小题，每小题4分，共40分。在第1～6题给出的四个选项中，只有一个选项正确；在第7～10题给出的四个选项中，有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。)1．下列说法正确的是()A．凡将非电学量转化为电学量的传感器都是物理传感器B．湿敏传感器只能是物理传感器C．物理传感器只能将采集到的信息转化为电压输出D．物理传感器利用的是物质的物理性质和物理效应解析除了物理传感器，还有化学、生物传感器也可将非电学量转化为电学量，故A错误；湿敏传感器也可能是化学传感器，故B错误；传感器既可将信息转化为电压输出，也可转化为电流、电阻等输出，故C错误；由物理传感器定义知D正确。2．某小型电磁继电器，其中L为含铁芯的线圈。P为可绕O点转动的衔铁，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱。电磁继电器与传感器结合，可完成自动控制的要求，如图所示，其工作方式是()A．A与B接信号电压，C与D跟被控电路串联B．A与B接信号电压，C与D跟被控电路并联C．C与D接信号电压，A与B跟被控电路串联D．C与D接信号电压，A与B跟被控电路并联解析A、B接电磁继电器线圈，所以A、B应接信号电压，线圈电流随信号电压变化使电磁继电器吸合或释放衔铁，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用，故正确答案为A。3．如图是用电流传感器(相当于电流表，其电阻可以忽略不计)研究自感现象的实验电路，图中两个电阻的阻值均为R，L是一个自感系数足够大的自感线圈，其直流电阻值也为R。图中是某同学画出的在t0时刻开关S由闭合变为断开，通过传感器的电流随时间变化的图象。关于这些图象，下列说法中正确的是()A．甲图是通过传感器1的电流随时间变化的情况B．乙图是通过传感器1的电流随时间变化的情况C．丙图是通过传感器2的电流随时间变化的情况D．丁图是通过传感器2的电流随时间变化的情况解析开关S由闭合变为断开，传感器1中的电流立刻变为零，如丁图；传感器2中的电流由于线圈的自感作用，电流反向并逐渐减小，如丙图，故C正确，A、B、D错误。4.在光控电路实验中，某同学按如图所示电路将元件安装完毕后，发现将装置置入黑暗环境中接通电源时，LED灯不发光，原因不可能是()A．二极管两极接反B．R1与RG位置颠倒C．R1阻值太小D．LED灯被断路解析由题可知，若二极管两极接反，光线暗时，二极管上为负向电压，无法导通，LED灯不亮，选项A可能；若R1与RG位置颠倒，则光线较暗时，Y端为高电平，二极管不导通，LED灯不发光，选项B可能；若R1阻值太小，Y端一直为低电平，LED灯一直发光，选项C不可能；LED灯断路时无法发光，选项D可能；故选C。5.在一些学校的教室里，为了保证照明条件，采用了智能照明系统，在自然光不足时接通电源启动日光灯，而在自然光充足时，自动关闭日光灯。其原理图如图所示，R为一光敏电阻，L为一带铁芯的螺线管。在螺线管上方有一用细弹簧悬着的轻质衔铁，衔铁的一端用铰链固定使其可以自由转动，另一端用一绝缘棒连接两动触头。关于该智能照明系统的工作原理，下列描述错误的是()A．光照较强时，光敏电阻的阻值较小，衔铁被吸引下来B．光线不足时，光敏电阻的阻值较大，所在电路电流较小，衔铁被弹簧拉上去，日光灯接通C．上面的两接线柱应该和日光灯电路连接D．下面的两接线柱应该和日光灯电路连接解析由光敏电阻的特性可知，光照强度较强时，电阻较小，电流较大，衔铁被吸引下来，日光灯电路断开；光线不足时，电阻较大，电流较小，衔铁被弹簧拉上去，日光灯电路接通。因此，上面的两接线柱应该和日光灯电路连接。选项A、B、C正确，故选D。6．如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图。门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭会遮蔽红外线源(红外线源没有画出)。经实际试验，灯的亮灭能反映门的开、关状态。门打开时两灯的发光情况以及R2两端电压UR2与门关闭时相比()A．红灯亮，UR2变大B．绿灯亮，UR2变大C．绿灯亮，UR2变小D．红灯亮，UR2变小解析门打开时R3减小，导致R总减小，I总增加，Ur和UR1变大，UR2＝E－(UR1＋Ur)，减小，IR3＝I总－UR2R2，增大，电磁继电器磁性增强，把衔铁拉下，红灯亮，绿灯灭，A、B、C均错误，D正确。7.如图所示为一种自动跳闸的闸刀开关，O是转轴，A是绝缘手柄，C是闸刀卡口，M、N接电源线，闸刀处于垂直纸面向里、磁感应强度B＝1T的匀强磁场中，C、O间距离为10cm。当磁场力为0.2N时，闸刀开关会自动跳开。则要使闸刀开关能跳开，CO中通过的电流的大小和方向为()A．电流方向C→OB．电流方向O→CC．电流大小为2AD．电流大小为1A解析只有当OC受到向左的安培力时，闸门才能自动跳开，根据左手定则知电流的方向是O→C，CO所受安培力大小为F安＝BIL＝1×I×0.1N＝0.2N，从而解得I＝2A。8.振弦型频率传感器的结构如图所示，它由钢弦和永磁铁两部分组成，钢弦上端用固定夹块夹紧，下端的夹块与一膜片相连接，且夹块始终对膜片有压力。当弦上的张力越大时，弦的固有频率越大。这种装置可以从线圈输出电压的频率确定膜片处压力的变化。下列说法正确的是()A．当软铁块与磁铁靠近时，a端电势高B．当软铁块与磁铁靠近时，b端电势高C．膜片上的压力较小时，线圈中感应电动势的频率高D．膜片上的压力较大时，线圈中感应电动势的频率高解析当铁块靠近磁铁时，线圈中的磁通量增加，根据楞次定律可得，b端电势比a端电势高，选项B正确；膜片上压力越小时，钢弦上的张力越大，振动频率越高，线圈中感应电动势的频率越高，所以选项C正确。9．氧化锡传感器主要用于汽车尾气中一氧化碳浓度的检测。它的电阻随一氧化碳浓度的变化而变化，在如图甲所示的电路中，不同的一氧化碳浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表的指针就与一氧化碳浓度有了对应关系，观察仪表指针就能判断一氧化碳浓度是否超标。有一种氧化锡传感器，其技术资料中给出的传感器电导(即电阻的倒数)—CO浓度曲线如图乙所示，请判断，电压表示数U0与一氧化碳浓度c之间的对应关系不可能是图丙中的()解析当一氧化碳浓度增大时，传感器的电导增大，电阻R传减小，由闭合电路欧姆定律知，电路中的电流I＝ER0＋R＋R传＋r增大，电压表示数U0＝IR0＝ER0R0＋R＋R传＋r增大，故选项C、D错误。由图乙知，传感器的电阻R传与浓度成反比，即R传＝kc，则U0＝ER0R0＋R＋r＋kc，所以电压表示数U0与一氧化碳浓度之间的关系图线并不是直线，选项A错误，B最可能，故选A、C、D。10．巨磁电阻(GMR)电流传感器可用来准确检测大容量远距离直流输电线路中的强电流，其原理利用了巨磁电阻效应。巨磁电阻效应是指某些磁性材料的电阻R在一定磁场作用下随磁感应强度B的增加而急剧减小的特性。如图所示为检测电路的原理图，设输电线路电流为I(不是GMR中的电流)，GMR为巨磁电阻，R1、R2为定值电阻。已知输电线路电流I在巨磁电阻GMR处产生的磁场的磁感应强度B的大小与I成正比，下列有关说法正确的是()A．如果I增大，电压表示数减小，电压表示数增大B．如果I增大，电流表示数减小，电压表示数增大C．如果I减小，电压表示数增大，电压表示数增大D．如果I减小，电流表示数减小，电压表示数减小解析如果I增大，巨磁电阻(GMR)电流传感器处磁场的磁感应强度B增大，巨磁电阻的电阻减小，总电阻减小，巨磁电阻中电流增大，电流表示数增大，电压表示数增大，内电压增大，路端电压减小，即电压表示数减小，选项A正确B错误；如果I减小，巨磁电阻(GMR)电流传感器处磁场的磁感应强度B减小，巨磁电阻的电阻增大，总电阻增大，巨磁电阻中电流减小，电流表示数减小，电压表示数减小，内电压减小，路端电压增大，即电压表示数增大，选项D正确、C错误。第Ⅱ卷(非选择题，共60分)二、实验题(本大题共2小题，每小题6分，共12分，把答案填在题中横线上或按题目要求作答。)11．如图(a)所示是汽车过桥时对不同类型的桥面压力的实验。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；(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________(填“a”“b”或“c”)；(3)如增大小球在斜槽上的高度，则在图(b)中大致画出小球通过凸形桥甲时的压力图线。压力c答案(3)图线与c相比较，最低点更低一点(图略)解析该传感器把力信号转化为电信号，属于压力传感器；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；增大小球在斜槽上的高度，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。12．热敏电阻是传感电路中常用的电子元件，现用伏安法研究热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整。已知常温下待测热敏电阻的值为4～5Ω。热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水，其他备用的仪表和器具有：盛有热水的热水瓶(图中未画出)、电源(3V，内阻可忽略)、直流电流表(内阻约1Ω)、直流电压表(内阻约5kΩ)、滑动变阻器(0～20Ω)、开关、导线若干。甲(1)在图甲的方框中画出实验电路图，要求测量误差尽可能小；(2)根据电路图，在图乙的实物上连线；(3)简要写出完成接线后的主要实验步骤。答案见解析解析(1)因为要求测热敏电阻在不同温度下的电阻值，且要求特性曲线尽可能完整，即变化范围尽可能大，所以变阻器必须用分压接法；又因为待测热敏电阻阻值为4～5Ω，远小于电压表内阻5kΩ，故电流表必须外接，实验电路图如图1所示。(2)实物接线如图2所示。(3)主要实验步骤：①往保温杯中加入一些热水，待温度稳定时读出温度计的值；②调节滑动变阻器，快速测出几组电流表和电压表的值；③重复①②，测量不同温度下的数据；④绘出各测量温度下热敏电阻的伏安特性曲线。三、计算题(本大题共4小题，共48分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位。)13．(10分)全自动洗衣机中，排水电磁阀是由程序控制器控制其动作的。当洗衣机进行排水和脱水程序时，电磁铁的线圈通电，使电磁铁的铁芯2动作，牵引排水阀的活塞打开，排出污水。牵引电磁铁的结构如图所示。当程序控制器的控制电流通过线圈时，线圈和铁芯1产生一个强的磁场，使铁芯2磁化，由于磁体相互作用，将铁芯2吸入线圈，此时铁芯2将拉动阀门使阀门打开排水。同样，控制器不输出控制电流时，电磁铁将失去磁性，弹簧(图中未画)将铁芯2拉回原位，从而关闭阀门。想一想：(1)某时刻输入控制电流时，a为正，b为负，则铁芯2中A端和B端分别为什么磁极？(2)a、b处输入的是正、负交变电流，铁芯2是否仍然吸入线圈？与恒定电流相比会有什么不同？答案见解析解析(1)利用安培定则判断，A端为S极，B端为N极。(2)仍能吸入线圈，因为铁芯仍能被磁化，且磁化后的磁性总是与线圈发生相吸的作用。但与恒定电流产生的磁场相比，交变磁场强弱有变化，当磁性减弱的时刻弹簧会将铁芯2拉离线圈，因而会有振动而产生噪声。14．(12分)一水平放置的圆盘绕竖直固定轴转动，在圆盘上沿半径开有一条宽度为2mm的均匀狭缝。将激光器与传感器上下对准，使二者间连线与转轴平行，分别置于圆盘的上下两侧，且可以同步地沿圆盘半径方向匀速移动，激光器连续向下发射激光束。在圆盘匀速转动过程中，当狭缝经过激光器与传感器之间时，传感器接收到一个激光信号，并将其输入计算机，经处理后画出相应图线。图甲为该装置示意图，图乙为所接收的光信号随时间变化的图线，横坐标表示时间t，纵坐标表示接收到的激光信号强度I，图中Δt1＝1.0×10－3s，Δt2＝0.8×10－3s。(1)利用图乙中的数据求1s时圆盘转动的角速度；(2)说明激光器和传感器沿半径移动的方向，并说理由