高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第2节 科学制作: 简单的自动控制装置同步测试题

这是一份高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第2节 科学制作: 简单的自动控制装置同步测试题，共13页。试卷主要包含了下列器件是应用力传感器的是等内容，欢迎下载使用。

基础过关练
题组一 自动门——红外线传感器
1.在电梯门口放置一障碍物,会发现电梯门不停地开关,这是由于在电梯门上装有的传感器是( )
A.光传感器B.温度传感器
C.声传感器D.压力传感器
2.当出现新冠疫情时,在机场、车站等交通出入口,使用红外线热像仪,红外线热像仪通过红外线遥感,可检测出经过它时的发热病人,从而可以有效控制疫情的传播。关于红外线热像仪,下列说法正确的是( )
A.选择红外线进行检测,主要是因为红外线具有荧光效应
B.红外线热像仪通过发射红外线照射人体来检测
C.红外线热像仪同时还具有杀菌作用
D.一切物体都能发射红外线,而且物体在不同温度下发射红外线的频率和强度不同
题组二 压力传感器
3.下列器件是应用力传感器的是( )
A.鼠标B.火灾报警器
C.测温仪D.电子秤
4.下列情况不可能是由于全自动洗衣机水位控制装置损坏引起的是( )
A.洗衣机不加水B.洗衣机加水不能自动停止
C.洗衣机不排水D.洗衣机不洗衣
题组三 指纹识别器——电容传感器
5.随着生活质量的提高,自动干手机已进入家庭。洗手后,将湿手靠近自动干手机,机内的传感器便驱动电热器加热,有热空气从机内喷出,将湿手烘干。手靠近干手机能使传感器工作,是因为( )
A.改变了湿度B.改变了温度
C.改变了磁场D.改变了电容
6.(多选)电容式话筒的保真度比动圈式话筒好,其工作原理如图所示。Q是绝缘支架,薄金属膜片M和固定电极N形成一个电容器,被直流电源充电,当声波使膜片M振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流。在膜片M向右运动的过程中,下列说法正确的是( )
A.电容变大
B.电容变小
C.导线AB中有向左的电流
D.导线AB中有向右的电流
题组四 传感器与机器人
7.机器人装有作为眼睛的“传感器”,犹如大脑的“控制器”,以及可以行走的“执行器”,在它碰到障碍物前会自动避让并及时转弯。则该机器人的“眼睛”为( )

A.力传感器 B.光传感器
C.温度传感器 D.声音传感器
8.驱动中国网站在2018年6月19日发布消息,京东的智慧物流有20余台配送机器人上阵,开启了全球首次全场景常态化配送运营。该配送机器人能够识别红绿灯信号、规避道路障碍和来往车辆、主动礼让行人。机器人主动礼让行人,是利用了( )
A.力传感器B.光传感器
C.温度传感器D.声传感器
题组五 简单的自动控制装置
9.如图所示的装置为一监测锅炉内的压力大小的报警器,在压力小于某个安全值时,绿灯亮;当压力超过这个安全值时,红灯亮、电铃响、进行报警。试说明其工作原理。
能力提升练
题组一 压力传感器
1.(2019福建福州高二检测,)传感器是把非电学量(如速度、温度、压力等)的变化转换成电学量的一种元件,在自动控制中有着相当广泛的应用。有一种测量人体重的电子秤,其测量部分的原理图如图中的虚线框所示,它主要由压力传感器R(电阻会随所受压力大小发生变化的可变电阻),显示体重大小的仪表A(实质是理想的电流表)组成,压力传感器表面能承受的最大压强为1×107 Pa,且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如表所示。设踏板和压杆的质量可以忽略不计,接通电源后,压力传感器两端的电压恒为4.8 V,请回答:
(1)把R写成关于F的函数关系:R= 。
(2)该秤零起点(即踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘上示数为 mA处。
(3)如果某人站在该秤踏板上,电流表刻度盘的示数为20 mA,则这个人体重为 N。
题组二 电容传感器
2.(2019山东青州二中高二上月考,)(多选)电容式传感器是用来将各种非电信号转变为电信号的装置。由于电容器的电容C取决于极板正对面积S、极板间距离d以及极板间的电介质这几个因素,当某一物理量发生变化时就能引起上述某个因素的变化,从而又可推出另一个物理量的变化。如图所示是四种电容式传感器的示意图,关于这四种传感器的作用,下列说法正确的是 ( )
A.甲图的传感器可以用来测量角度
B.乙图的传感器可以用来测量液面的高度
C.丙图的传感器可以用来测量压力
D.丁图的传感器可以用来测量速度
题组三 温度传感器
3.(2019山西太原期中,)传感器在日常生活中的应用越来越广泛,温度传感器(实质是自动开关)是其中的一种。某一食品消毒柜就是利用温度传感器来自动控制电路的。常温下,该温度传感器是闭合的;当温度达到某一设定值时,传感器自动断开,从而切断整个电路。下列关于该消毒柜的几种电路图中(图中S为电源开关),连接正确的是( )
4.(2020吉林实验中学检测,)许多饮水机,可以保证出水温度恒定,采取的方法是( )
A.持续加温
B.设定程序,固定各次加温时间及加热时间间隔
C.水温低于设定温度时加热,达到设定温度时,停止加热
D.人工控制加温按钮
5.(2019辽宁大连检测,)(多选)家用电热灭蚊器电热部分的主要部件是PTC元件,PTC元件是由钛酸钡等导体材料制成的电阻器,其电阻率ρ与温度t的关系如图所示。由于这种特性,PTC元件具有发热、控温双重功能,若电热灭蚊器环境温度低于t1,以下判断正确的是( )
A.通电后,其电功率先增大后减小
B.通电后,其电功率先减小后增大
C.当其产生的热量与散发的热量相等时,温度保持在t1或t2不变
D.当其产生的热量与散发的热量相等时,温度保持在t1~t2间的某一值不变
6.(2019河北邢台第八中学高二下期中,)(多选)如图所示为电熨斗的结构图,下列关于电熨斗的说法正确的是( )
A.电熨斗能自动控制温度主要利用了双金属片,两片金属的膨胀系数相同
B.常温下,上下触点是接触的,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.电熨斗中的双金属片是一种半导体材料
题组四 简单的自动控制装置
7.如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,两者刚好靠近在一起。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(深度解析)
甲
乙
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
8.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;门关闭时会遮蔽红外线源(红外线源没有画出)。经实际试验,灯的亮、灭情况的确能反映门的开、关状态。门打开时两灯的发光情况及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
9.(2019河北保定唐县第一中学高二下期中,)图为用电源、电磁继电器、滑动变阻器、绿灯泡、小电铃、半导体热敏电阻、开关、导线等组成的一个高温报警器电路图,要求是:正常情况绿灯亮,有险情时电铃报警,则图中的甲、乙、丙分别是( )
A.小电铃、热敏电阻、绿灯泡
B.热敏电阻、小电铃、绿灯泡
C.绿灯泡、小电铃、热敏电阻
D.热敏电阻、绿灯泡、小电铃
10.(2019天津新华中学高二检测,)小明利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”,如图甲所示。将热敏电阻R安装在需要探测温度的地方,当环境温度正常时,继电器的上触点接触,下触点分离,指示灯亮;当环境温度超过某一值时,继电器的下触点接触,上触点分离,警铃响。图甲中继电器的供电电压U1=3 V,继电器线圈用漆包线绕成,其电阻R0为30 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,警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像。
甲
乙
(1)由图乙可知,当环境温度为40 ℃时,热敏电阻阻值为 Ω。当环境温度升高时,热敏电阻阻值将 ,继电器的磁性将 (后两空均选填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)图甲中警铃的接线柱C应与接线柱 相连,指示灯的接线柱D应与接线柱 相连(均选填“A”或“B”)。
(3)图甲中线圈下端P的磁极是 (选填“N”或“S”)极。
(4)请计算说明,环境温度在什么范围内时,警铃报警。
答案全解全析
第2节 科学制作:简单的自动控制装置
第3节 大显身手的传感器
基础过关练
1.A 在电梯门口放置一障碍物,电梯门不停地开关,说明电梯门口装有光传感器,故选项A正确。
2.D 红外线热像仪是根据物体发射的红外线的频率和强度不同而工作的,故D正确。
3.D 鼠标中的传感器是光传感器;火灾报警器中的传感器是光传感器;测温仪用的是温度传感器;电子秤的敏感元件是应变片,是力传感器,选项D正确。
4.C 全自动洗衣机水位控制装置正常时,才能正常加水,且加到合适的水位后自动停止,若损坏可能导致一直不加水,或一直不停地加水或加足水后洗衣机仍然不洗衣,故A、B、D可能,C不可能。
5.D 人是导体,可以与其他导体构成电容器,手靠近干手机时,改变了设置在干手机内的电容式传感器的电容,干手机开始工作。能否用湿度和温度来驱使电热器工作,理论上是可行的,但作为干手机,这种传感器的设置有很大缺陷。因为干手机周围的环境(如湿度和温度)一年四季都在变化,与手的靠近无关,假如湿度、温度发生变化,干手机就马上工作,那就成了“室内烘干机”,故选项D正确。
6.AC 膜片向右运动的过程中,M、N间距减小,电容变大,A正确,B错误;M、N间的电压不变,由Q=CU知Q变大,继续充电,则导线AB中有向左的电流,C正确,D错误。
7.B 机器人遇到障碍物会绕开,说明机器人的“眼睛”是光传感器,故选项B正确,选项A、C、D错误。
8.C 人体是有温度的,机器人主动礼让行人就是利用了温度传感器,故C正确,A、B、D错误。
9.答案 见解析
解析 当锅炉内的压力超过安全值时,活塞推动金属片使1、2触点连接,电磁铁通电把衔铁吸下来,使3、5触点接通,红灯亮、电铃响,从而起到报警的作用。
能力提升练
1.答案 (1)300-325F (2)16 (3)500
解析 (1)当F=0时,R=300 Ω;当F=1 000 N时,R=180 Ω
所以ΔFΔR=1 000180-300=-253
解得R=300-325F
(2)由题表中压力传感器R的电阻与所受压力的关系可得,F=0时,R=300 Ω,由闭合电路欧姆定律得I=UR=1.6×10-2 A=16 mA,即该秤零起点(踏板空载时)的刻度线应标在电流表刻度盘16 mA处。
(3)由闭合电路欧姆定律得R'=UI'=4.820×10-3 Ω=240 Ω,由表中数据得此时压力F=500 N,如果某人站在该秤踏板上,电流表刻度盘的示数为20 mA,则此人体重为500 N。
2.ABC 题图甲角度变化能导致极板正对面积变化;题图乙高度变化能导致极板正对面积变化;题图丙压力F变化能导致极板间距变化;题图丁物体位置变化导致电介质位置变化。所以,甲、乙、丙、丁分别测量角度、液面高度、压力、位移,故A、B、C正确,D错误。
3.A 选项B、C、D的电路中,电源开关S闭合后,整个电路短路。选项A的电路中,电源开关S闭合后,消毒柜开始工作,当温度达到某一设定值时,传感器自动断开,整个电路也断开,所以选项A正确。
4.C 饮水机温度控制系统以调节饮水机温度为目的,其输入参数主要是水温信号和设置的设定温度,输出信号主要是温度显示、声光报警和执行加热。工作时传感器将温度传给单片机,当水温低于设定温度时,单片机控制加热模块加热,当温度高于设定温度,继电器断开,加热停止,从而实现控制温度的目的。故选C。
5.AD 从题中图线上可以看出,如果通电前PTC的温度tt2时,温度会降低。故温控点在t1~t2之间,即温度保持在t1~t2间的某一值,选项A、D正确。
6.BC 电熨斗主要是利用双金属片的膨胀系数不同而自动控制温度的,选项A错误;常温下,上下触点是接触的,温度过高时,双金属片发生弯曲使上下触点分离,选项B正确;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,选项C正确;电熨斗中的双金属片是金属材料,选项D错误。
7.A 门关上时,磁条与触发器刚好靠近在一起,此时报警器不工作,说明电路是断开的;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,说明此时开关是闭合的,选项A正确;触发器与磁条之间存在磁力的作用,所以触发器不可能是铜制成的,因为铜没有磁性,选项B错误;磁条无论哪个磁极靠近触发器,都存在磁力作用,所以两极对调后,该报警器仍能正常工作,选项C错误;本装置利用的是磁体能够吸引磁性物体的特点,选项D错误。
方法技巧 当房门正常关闭时,报警器不出声;当房门打开时,报警器发出声音,根据此判断其工作状态。
8.D 当门打开时,R3受红外线照射,电阻减小,从而使并联电路电阻减小,总电阻减小,电路中总电流I增大,R2两端电压UR2=U并=E-I(R1+r)减小,R2中电流IR2=UR2R2减小,所以R3中电流IR3=I-IR2增大,线圈产生的磁场增强,把衔铁吸下,红灯亮,选项D正确。
9.B 甲在控制电路,所以甲是热敏电阻,根据要求,在常温下热敏电阻甲阻值较大,电磁铁磁性较弱,不能将衔铁吸下,此时绿灯所在电路接通,绿灯亮,所以丙为是绿灯泡;有险情时,温度升高,热敏电阻阻值较小,控制电路电流增大,电磁铁磁性增强,将衔铁吸下,丙所在电路断开,乙所在电路接通,电铃响,所以乙为小电铃。故选B。
10.答案 (1)70 减小 增大 (2)B A (3)S (4)见解析
解析 (1)分析题图乙可知,40 ℃时,热敏电阻对应的阻值为70 Ω。温度升高时,热敏电阻阻值减小,根据欧姆定律可知,电路中电流增大,电磁铁的磁性增大。
(2)当环境温度超过某一值时,继电器的下触点接触,上触点分离,警铃响,所以警铃的接线柱C应与接线柱B连,指示灯的接线柱D应与接线柱A相连。
(3)分析电流的流向,根据安培定则可得到线圈的下端P的极性是S极。
(4)当线圈中的电流I=50 mA=0.05 A时,继电器的衔铁将被吸合,警铃报警。此时控制电路的总电阻为R总=U1I=30.05 Ω=60 Ω。热敏电阻阻值为R=R总-R0=60 Ω-30 Ω=30 Ω,由题图乙可知,此时t=80 ℃,即当温度t≥80 ℃时,警铃报警。
压力F/N
0
250
500
750
1 000
1 250
1 500
…
电阻R/Ω
300
270
240
210
180
150
120
…