高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第五章 传感器3 利用传感器制作简单的自动控制装置课后复习题

5.3利用传感器制作简单的自动控制装置专题复习2021—2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第二册

一、选择题（共15题）

1．利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况．如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感器记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光．每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系如图乙所示．若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2m，则下述说法正确的是（　　）

A．该传送带每小时输送1800个工件 B．该传送带每小时输送7200个工件

C．传送带运动的速度是0.2m/s D．传送带运动的速度是0.1m/s

2．温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的.图甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势，内电阻不计，G为灵敏电流表，其内阻保持不变；R为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示.闭合开关S，当R的温度等于时，电流表示数；当电流表的示数时，热敏电阻的温度是（　　）

A． B． C． D．

3．如图所示，R是光敏电阻，当它受到的光照强度增大时，电阻减小，则(        )

A．灯泡L变暗

B．光敏电阻R上的电压增大

C．电压表V的读数增大

D．电容器C的带电荷量增大

4．霍尔元件是实际生活中的重要元件之一，广泛应用于测量和自动控制等领域.如图所示为一长度一定的霍尔元件，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于霍尔元件的工作面向下，在元件中通入图示从E到F方向的电流I，其中元件中的载流子是带负电的电荷，下列说法中正确的是（ ）

A．该元件能把电学量转化为磁学量

B．该元件C面的电势高于D面的

C．如果用该元件测赤道处地磁场的磁感应强度，应保持工作面水平

D．如果流过霍尔元件的电流大小不变，则元件C、D面的电势差与磁场的磁感应强度成正比

5．夜间，居民楼的楼道里只是偶尔有人经过，“长明灯”会造成浪费.科研人员利用“光敏” 材料制成“光控开关”——天黑时自动闭合，天亮时自动断开；利用“声敏”材料制成“声控 开关”——当有人走动发出声音时自动闭合，无人走动时自动断开.若将这两种开关配合 使用，就可以使楼道里的灯变的“聪明”.这种“聪明”的电路是图中的（）

A． B．

C． D．

6．用于火灾报警的离子烟雾传感器如图所示,在网罩Ⅰ内有电极Ⅱ和Ⅲ,a、b端接电源,Ⅳ是一小块放射性同位素镅241,它能放射出一种很容易使气体电离的粒子.平时,镅放射出的粒子使两个电极间的空气电离,在a、b间形成较强的电流.发生火灾时,烟雾进入网罩内,烟尘颗粒吸收空气中的离子和镅发出的粒子,导致电流发生变化,电路检测到这种变化从而发生警报.下列有关这种报警器的说法正确的是

A．镅241发出的是α粒子,有烟雾时电流减弱

B．镅241发出的是α粒子,有烟雾时电流增强

C．镅241发出的是β粒子,有烟雾时电流减弱

D．镅241发出的是β粒子,有烟雾时电流增强

7．关于传感器，下列说法正确的是（　　）

A．自动门上安装的是温度传感器

B．干簧管是将磁感应强度转换为电阻的一种元件

C．话筒内有传感器，该传感器是根据电磁感应原理工作的

D．交警使用的酒精测试仪是一种物理传感器，是靠吹气的压力来工作

8．传感器是一种采集信息的重要器件，图为测定压力的电容式传感器，将电容器、灵敏电电流表、电源连接．施加力的作用使电极发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流计指针偏转．在对膜片开始施加恒定的压力到膜片稳定，灵敏电流表指针的偏转情况为（电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏）

A．向右偏到某一刻度后不动 B．向左偏到某一刻度后不动

C．向右偏到某一刻度后回到零刻度 D．向左偏到某一刻度后回到零刻度

9．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，指示灯亮、电铃报警

D．温度低于警戒温度时，指示灯亮、电铃不响

10．霍尔元件是一种应用霍尔效用的磁传感器，有一个沿y轴方向的磁场，磁感应强度（B0、k均为正的常数），将一传感器固定在霍尔元件上，沿y轴方向元件的厚度为d，保持通过霍尔元件的电流I不变（方向如图中箭头所示）．当元件沿y轴方向移动时，a、b是垂直于z轴方向上元件的前后两侧面，在这两个侧面产生的电势差为U，则下列说法正确的是

A．若图中霍尔元件是电子导电，则后侧面电势高

B．若I不变，电势差U越大，则该处的磁感应强度B越小

C．若磁感应强度B不变，前后两侧面的电势差U越小，则电流I取值越大

D．k越大，传感器灵敏度越高

11．某学习小组的同学在用“多用电表研究热敏电阻特性”的实验中，安装好如图所示的装置.向杯内加入冷水，此时温度计的示数为20℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值.然后向杯内加入热水，当温度计的示数为60℃时，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是（）

A．多用电表应选用电流挡，温度升高时换用大量程测量

B．多用电表应选用电流挡，温度升高时换用小量程测量

C．多用电表应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡测量

D．多用电表应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡测量

12．火警报警器的电路示意图如图所示。其中，RT为用半导体热敏材料制成的传感器，这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而减小。电流表为值班室的显示器，电源两极之间接一报警器。当传感器RT所在处出现火情时，通过显示器的电流I、报警器两端的电压U的变化情况是（　　）

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

13．图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.与门关闭时相比，门打开时两灯的发光情况以及两端的电压变化情况分别是（）

A．红灯亮，变大

B．绿灯亮，变大

C．绿灯亮，变小

D．红灯亮，变小

14．图甲为一种家用门磁防盗报警器，由磁条和主机组成，门窗均可使用。乙图为其简化示意图，安装时，将磁条固定在门框上，主机安装在与其等高的门板边缘，门关上时，两者刚好靠在一起。当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声。下列有关说法正确的是（　　）

A．触发器内是一个开关，当主机与磁条靠近时，开关是断开的

B．触发器可以由铜制成

C．磁条的两极对调后，该报警器不能正常工作

D．本装置是利用电流的磁效应工作的

15．如图是电熨斗的结构图，下列说法不正确的是（　　）

A．双金属片上层金属的膨胀系数小于下层金属

B．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离

C．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

D．双金属片温度传感器的作用是控制电路的通断

二、填空题（共4题）

16．智能化自动控制系统通常由______、______和______组成。使用模块电路进行楼道自动灯控制，要求白天灯不亮、夜晚有声响时灯才亮，则其输入端需要使用______传感器和______传感器。

17．图是一种自动控制水温的装置，加热电路的两个端点P、Q应棒在触头间a、b之间还是c、d之间__________.热敏电阻两端M、N应接在哪两个触头之间_______.

18．在实际应用中有多种自动控温装置，以下是其中两种控温装置：图（a）为某自动恒温箱原理图，箱内的电阻R1=2kΩ，R2=1.5kΩ，R3=4kΩ，Rt为热敏电阻，其电阻随温度变化的图象如图（b）所示．当a、b两点电势Ua＜Ub时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当Ua＞Ub时，电压鉴别器会使S断开，停止加热

​

（1）则恒温箱内的稳定温度为______℃；恒温箱内的电热丝加热时Rt的取值范围为_______．

（2）有一种由PTC元件做成的加热器，它产生的焦耳热功率PR随温度t变化的图象如图（c）所示．该加热器向周围散热的功率为PQ=k（t﹣t0），其中t为加热器的温度，t0为室温（本题中取20℃），k=0.1W/℃．

①当PR=PQ时加热器的温度即可保持稳定，则该加热器工作的稳定温度为________℃；

②某次工作中，该加热器从室温升高至稳定温度的过程中，下列温度变化过程用时最短的是_____

（A）20℃～24℃          （B）32℃～36℃       （C）48℃～52℃       （D）60℃～64℃

19．常见的一种力传感器由弹簧钢和应变片组成，其结构示意图如图甲所示。弹簧钢右端固定，在其上、下表面各贴一个相同的应变片。若在弹簧钢的自由端施加向下的作用力F，则弹簧钢发生弯曲，上应变片被拉伸，下应变片被压缩。应变片采用半导体材料制成，其阻值与长度成正比。给上、下应变片提供相等且恒定不变的电流，上应变片两端电压为，下应变片两端电压为，传感器把这两个电压的差值输出，用来反映力F的大小。半导体应变片的阻值随温度会发生变化，其变化情况如图乙所示。为消除气温变化对测量精度的影响，需分别给上、下应变片串联一合适的电阻，进行温度补偿。串联合适的电阻后，测量结果不再受温度影响。

(1)力F越大，弹簧钢的弯曲程度越______（选填“大”或“小”），传感器输出的电压U越______（选填“大”或“小”）；

(2)外力为时，上、下应变片的电阻分别是、；外力为时，上、下应变片的电阻分别是、。若，则、、、从大到小的排列是______；

A． B．

C． D．

(3)如果未进行温度补偿，自由端受到相同的力F作用，该传感器下应变片两端的电压冬天比夏天______（选填“大”或“小”）；

(4)进行温度补偿时，给下应变片串联的电阻最合适的是下列选项图中的______。

A．       B． C． D．

三、综合题（共4题）

20．工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事故，工厂中大都是利用光电控制设备来避免事故发生的。如图所示为光控继电器的示意图，它由电源、光电二极管（当有光照射时，二极管导通，没有光照时，二极管截止）、放大器、电磁继电器等几部分组成。这样，当工人不慎将手伸入危险区域时，由于遮住了光线，光控继电器衔铁立即带动开关，使机床停止工作，避免事故发生。请简述光控继电器的原理。

21．用负温度系数的热敏电阻作为传感器，设计一个简单的自动控制装置，可供选择的器材如下：热敏电阻、小灯泡（或门铃）、电池组、继电器、滑动变阻器、开关，导线等。要求：温度高时，灯泡亮或门铃报警。请选出需要的器材，画出原理图，并作简要说明。

22．角速度计可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度，其结构如图所示，当系统绕OO′轴转动时，元件A发生位移并输出电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源，已知A的质量为m，弹簧劲度系数为k、自然长度为l，电源电动势为E、内阻不计，滑动变阻器总长度为l，电阻分布均匀，系统静止时P在a点，当系统以角速度ω转动时，推导输出电压U和ω的函数关系式．

23．某同学设计了一个加速度计，如图所示。较重的滑块2可以在光滑的框架1中平移，滑块两侧用弹簧3拉着；R为滑动变阻器，4是滑动片，它与电阻器任一端之间的电阻值都与它到这端的距离成正比。这个装置就是一个加速度传感器。两个电池E的电压相同。按图连接电路后，电压表指针的零点位于表盘中央，当P端的电势高于Q端时，指针向零点右侧偏转。将框架固定在运动的物体上，当物体具有图示方向的加速度a时，电压表的指针将向哪个方向偏转？简述你分析的过程。

参考答案：

1．C

2．D

3．D

4．D

5．D

6．A

7．C

8．C

9．D

10．D

11．D

12．D

13．D

14．A

15．A

16．     传感器     控制器     执行器     光     声

17．     a,b之间；     e,f之间；

18．     25     ＞3kΩ     70     B

19．     大     大     D     大     B

20．当光照射光电二极管时，二极管导通，电路中通电流，经放大器放大后把M磁化，将衔铁吸住，使开关闭合，使机床工作；当将手伸入危险区域时，由于遮住了光线，二极管截止，电路断开，没有电流，此时M失去磁性，对衔铁没有吸引力，衔铁在弹簧弹力的作用下离开M，开关断开，机床停止工作。

21．原理图如图所示，其工作过程是：闭合开关S，把继电器、热敏电阻和电池组接通，由于热敏电阻的温度较低，它的阻值较大，使通过继电器的电流较小，不足以把铁片吸下来，所以小灯泡中没有电流通过，是熄灭的；当热敏电阻的温度升高到某一特定值后，它的阻值迅速减小，使通过继电器的电流迅速增大，电磁铁产生较强的磁场将铁片吸下来与触点P连接，将小灯泡与电池组接通，小灯泡发光。当热敏电阻的温度降到某特定温度以下时，它的电阻值迅速增大，使通过继电器的电流减小，铁片被弹簧拉动而离开触点P，小灯泡熄灭。这样，由热敏电阻的温度变化可引起继电器回路的电流变化，从而达到控制小灯泡亮、灭的目的。

22．

23．左侧