高中物理3 利用传感器制作简单的自动控制装置课时训练

这是一份高中物理3 利用传感器制作简单的自动控制装置课时训练，共11页。
基础达标练
1．(多选)热敏电阻与光敏电阻在生活中有很多应用，如图为一个智慧农场利用热敏电阻与光敏电阻感应大棚内温度与光照强度变化的简单电路原理图，RT为负温度系数热敏电阻(阻值随温度升高而减小)，R1为光敏电阻(阻值随光照强度升高而减小)，R2和R3均为定值电阻，电源电压保持不变，V为理想电压表。若发现电压表的示数增大，可能发生的情况是( AD )
A．大棚内温度升高
B．大棚内温度降低
C．大棚内光照强度增强
D．大棚内光照强度减弱
解析：大棚内温度升高，RT阻值减小，根据串反并同可知与它串联的电压表示数增大，故A正确；大棚内温度降低，RT阻值增大，根据串反并同可知与它串联的电压表示数减小，故B错误；大棚内光照强度增强，R1阻值减小，根据串反并同可知与它并联的电压表示数减小，故C错误；大棚内光照强度减弱，R1阻值增大，根据串反并同可知与它并联的电压表示数增大，故D正确；故选AD。
2．为了节能环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件。照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx(勒克斯)。
(1)某光敏电阻R在不同照度下的阻值如下表，根据表中已知数据，在图所示的坐标系中描绘出了阻值随照度变化的曲线。
(2)如图甲所示是街道路灯自动控制模拟电路，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电。请设计电路能达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，并用笔画线代替导线完成电路连接。
(3)用多用电表“×10 Ω”挡，按正确步骤测量图中电磁铁线圈电阻时，指针示数如图乙所示，则线圈的电阻为_140__ Ω。已知当线圈中的电流大于或等于2 mA时，继电器的衔铁将被吸下。图中直流电源的电动势E＝6 V，内阻忽略不计，滑动变阻器有三种规格可供选择：R1( 0～10 Ω，2 A)、R2(0～200 Ω，1 A)、R3( 0～1 750 Ω，0.1 A)。要求天色渐暗照度降低至1.0 lx时点亮路灯，滑动变阻器应选择_R3__ (选填“R1”“R2”或“R3”)。为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地_减小__(选填“增大”或“减小”)滑动变阻器的电阻。
答案：(2)如图所示 (3)140 R3 减小
解析：(2)光敏电阻的电阻值随照度的增大而减小，所以白天时光敏电阻的电阻值小，电路中的电流值大，衔铁将被吸住，动触点与C接通；晚上时的光线暗，光敏电阻的电阻值大，电路中的电流值小，所以动触点与A接通。所以要达到晚上灯亮，白天灯灭，则路灯应接在A、B之间。
(3)欧姆表的读数是先读出表盘的刻度，然后乘以倍率，表盘的刻度是14，倍率是“×10 Ω”，所以电阻值是14×10 Ω＝140 Ω；天色渐暗照度降低至1.0 lx时点亮路灯，此时光敏电阻的电阻值是2.0 kΩ，电路中的电流是2 mA，R＝eq \f(E,I)－R光＝eq \f(6,2×10－3) Ω－2 000 Ω＝1 000 Ω，所以要选择滑动变阻器R3。由于光变暗时，光敏电阻阻值变大，分得的电压变大，所以为使天色更暗时才点亮路灯，应适当地减小滑动变阻器的电阻。
能力提升练
3．(2023·山东枣庄高二期中)电子眼又称电子警察，它采用感应线来感应路面上汽车传来的压力。感应线实质是一个压电薄膜传感器，压电薄膜在受压时两端产生电压，压力越大电压越大，压电薄膜与电容器C和电阻R组成图甲所示的回路。如果汽车的前、后轮先后经过感应线，回路中产生两脉冲电流，如图乙所示。当十字路口红灯亮时，电子警察系统启动，若回路中产生两脉冲电流，电子眼拍照，认定为“闯红灯”。则当红灯亮时( A )
A．车轮停在感应线上时，电阻R上的电流为零
B．车轮经过感应线的过程中，电容器C的电荷量一直增大
C．车轮经过感应线的过程中，电容器C两极板间的电场强度保持不变
D．汽车前轮越过感应线后，又倒回到线内，不会被电子眼拍照
解析：车轮停在感应线上时，压力不变，则电压不变，电容器不充电，也不放电，电阻R上没有电流，故A正确；由乙图可知，当车轮经过时电流先增大后减小，然后再反向增大最后减小，因电压是在受压时产生的，说明电容器先充电后放电，故B错误；车轮经过感应线的过程中，压电薄膜受到的压力变化，其产生的电压变化，则电容器两端电压变化，产生的电场强度发生变化，故C错误；若汽车前轮越过感应线，又倒回线内，则前轮两次压线，仍形成两个脉冲电流，符合拍照条件，电子眼仍可拍照，故D错误。
4．(2022·山东德州市高二期中)某学校物理兴趣小组的同学用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”，它由热敏电阻RT和继电器组成。如图甲所示，将热敏电阻RT安装在需要探测温度的地方，当测温区温度正常时，某一指示灯亮；当测温区温度达到或超过报警温度时，另一个指示灯亮。图甲中继电器的供电电源电动势E1＝10 V，内阻不计，继电器线圈用漆包线绕成，线圈电阻为40 Ω，当线圈中的电流大于等于50 mA时，继电器的衔铁将被吸合。图乙是热敏电阻RT的阻值随温度变化的图像。

(1)当测温区温度升高时，继电器的磁性将_增大__(选填“减小”“不变”或“增大”)；
(2)如果要使报警电路在测温区温度超过40 ℃报警，需要把可变电阻的阻值调节为_90__ Ω；当测温区温度超过40 ℃时，指示灯_A__亮(选填“A”或“B”)；
(3)若要设置报警电路在更高的温度报警，下列方案可行的是_BC__。
A．适当增大电源电动势E1
B．适当减小电源电动势E1
C．适当调大可变电阻R1的阻值
D．适当调小可变电阻R1的阻值
解析：(1)电磁铁电路是一个串联电路，根据串联电路中总电阻与各个电阻阻值之间的关系，当环境温度升高时，从坐标图中可以看出R1阻值变小，总电阻也变小，电源电压不变，通过电磁铁的电流变大，因此继电器的磁性会增强。
(2)由图乙可知测温区温度40 ℃时，热敏电阻的阻值R＝70 Ω
由闭合电路的欧姆定律可得E1＝I(R1＋R＋r)
解得可变电阻的阻值R1＝eq \f(E1,I)－R－r＝90 Ω
当测温区温度超过40 ℃时，继电器的衔铁将被向上吸合，指示灯A亮。
(3)若要设置报警电路在更高的温度报警，热敏电阻阻值更小，而报警电流为50 mA不变，由I＝eq \f(E1,R1＋R＋r)，可知应适当降低E1值或增大R1的值，故B、C正确，A、D错误。
5．(2022·湖南高平高二期中)初中物理学习了电磁继电器，某同学学习了高中物理的传感器后，用电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关、导线等仪器设计了一个高温报警器，要求是：正常情况绿灯亮，温度过高时电铃报警。电路如图所示，图中仪器还不完整。请完成以下问题：
(1)图中的甲还需要放入的元件是_B__；
A．随温度升高电阻阻值增大的热敏电阻
B．随温度升高电阻阻值减小的热敏电阻
(2)电路正确连接之后，该同学调试过程发现报警时温度比预期偏高了一点点。为了安全起见，要求在温度更低一点时就开始报警，则需要调节滑动变阻器的滑片往_右__(选填“左”或“右”)移动一点。
解析：(1)由题意，正常情况绿灯亮，此时电磁继电器不工作，即电磁铁磁性较小，通过电磁铁的电流较小，所以在正常温度时，甲的电阻较大；当温度过高时，甲的电阻应减小，从而使通过电磁铁的电流增大，使电磁继电器工作，所以图中的甲还需要放入的元件是随温度升高电阻阻值减小的热敏电阻，故选B。
(2)要求在温度更低一点时就开始报警，需要电流在温度更低一点就达到原先报警时的电流，则需要减小滑动变阻器接入电路的阻值，调节滑动变阻器的滑片往右移动一点。
照度/lx
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
电阻/kΩ
5.8
3.7
2.8
2.3
2.0
1.8