鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第3节 电磁波谱课时练习

第5章　传感器及其应用

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

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.(2021福建三明三校联考高二下期中,)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.(2021江苏盐城射阳第二中学高二开学考试,)传感器是把非电学物理量(如位移、速度、压力、角度等)转换成电学物理量(如电压、电流、电荷量等)的一种元件。如图所示的甲、乙、丙、丁是四种常见的电容式传感器,下列说法正确的是              (　　)

A.甲图中两极间的电荷量不变,若电压减小,可判断出h变小

B.乙图中两极间的电荷量不变,若电压增大,可判断出θ变小

C.丙图中两极间的电压不变,若有电流流向传感器的负极,则x变小

D.丁图中两极间的电压不变,若有电流流向传感器的正极,则F变大

题组三　温度传感器

3.(2021福建泉州高一下期中,)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.(2021全国高二课时练习,)(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

6.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

7.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

8.(2021山东济南高二下期中,)(多选)某同学设计的家庭电路保护装置如图所示,铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成。当右侧线圈L2中产生感应电流时,电流经电流放大器放大后,使电磁铁吸起铁质开关S而切断家庭电路,仅考虑L1在铁芯中产生的磁场,下列说法正确的有              (　　)

A.家庭电路正常工作时,L2中的磁通量为零

B.家庭电路中使用的电器增多时,L2中的磁通量将增加

C.家庭电路中的电器发生短路时,开关S将被电磁铁吸起

D.地面上的人接触火线发生触电时,开关S将被电磁铁吸起

9.(2021山东泰安高二月考,)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5章　传感器及其应用

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-F　(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==-

解得R=300-F

(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==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'== 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.D　题图甲中两极间的电荷量不变,若电压减小,则由C=可知,电容增大,由C=可知两极板正对面积增大,故h变大,A错误;题图乙中两极间的电荷量不变,若电压增大,则由C=可知,电容减小,由C=可知,极板正对面积减小,故θ变大,B错误;题图丙中两极间的电压不变,若有电流流向传感器的负极,说明电容器在放电,电荷量减小,由C=可知,电容减小,由C=可知,电介质向外移动,则x变大,C错误;题图丁中两极间的电压不变,若有电流流向传感器的正极,说明电容器在充电,电荷量增加,由C=可知,电容增大,由C=可知,极板间距离减小,则F变大,D正确。

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.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。

6.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。

7.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=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。

8.AD　分析题意可知,火线和零线中电流等大反向,并行绕制时,线圈L1中产生的磁通量相互抵消,合磁通量为零,线圈L1、L2绕制在同一铁芯上,即使用的电器增多时,线圈L2中的磁通量同样为零,故A正确,B错误;家庭电路中的电器发生短路时,根据闭合电路欧姆定律可知,火线和零线中的电流同时增大,合磁通量为零,开关S不会被电磁铁吸起,故C错误;地面上的人接触火线发生触电时,火线中的电流和零线中的电流大小不相等,线圈L1中的磁通量不为零,线圈L2中的磁通量发生变化,产生感应电流,电磁铁将开关S吸起,故D正确。

9.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== 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。