人教版 (2019)选择性必修 第二册3 利用传感器制作简单的自动控制装置综合训练题

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．对于常见的可燃气体浓度的检测，现在一般用催化燃烧检测器．它的原理如下：传感器的核心为一惠斯通电桥，其中一桥臂上有催化剂，当与可燃气体接触时，可燃气体在有催化剂的电桥上燃烧，该桥臂的电阻发生明显变化，其余桥臂的电阻不变化，从而引起整个电路的输出发生变化，而该变化与可燃气体的浓度成比例，从而实现对可燃气体的检测．由此可推断有催化剂的桥臂上的电阻材料为(　   　)

A．铜 B．合金 C．半导体 D．绝缘体

2．关于发光二极管，下列说法正确的是（　　）

A．发光二极管能发光，不具有单向导电性

B．发光二极管能直接把光能转化为电能

C．发光二极管只要在两端加有正向电压，就可以发光

D．发光二极管只有加正向电压时，才有可能发光

3．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

4．如图所示为一种温度自动报警器的原理图，在水银温计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的（）

A．温度升高至74℃时，灯亮报警

B．温度升高至74℃时，灯亮报警

C．温度升高至78℃时，灯亮报警

D．温度升高至78℃时，灯亮报警

5．下列关于传感器的结论中错误的是（　　）

A．热敏电阻可以作为温度传感器

B．电子秤使用应变片作为测力传感器

C．话筒是一种常见的红外线传感器

D．电熨斗内一般装有双金属片温度传感器

6．如图所示，用小灯泡模仿光控电路，之间为斯密特触发器，为光敏电阻，为可变电阻；为继电器的线圈，为它的常开触点。下列说法错误的是（　　）

A．天色变暗时，端输入高电平，继电器吸引，路灯点亮

B．要想在天色更暗时路灯才会点亮，应把的阻值调大些

C．要想在天色更暗时路灯才会点亮，应把的阻值调小些

D．二极管的作用是继电器释放时提供自感电流的通路，防止损坏集成电路

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．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

9．下列情况中，应用了温度传感器的是(       )

A．夜间自动打开的路灯

B．商场里的自动玻璃门

C．电视遥控器

D．自动恒温冰箱

10．随着科学的发展与生活水平的提高，传感器已经进入日常生活．如图所示为某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，为光敏电阻（随光照强度的增强，阻值减小）、为定值电阻，接监控装置．则下列说法正确的是

①当有人通过遮蔽光线时，之间的电压升高

②当有人通过遮蔽光线时，之间的电压降低

③当仅增大的阻值时，之间的电压升高

①当仅减小的阻值时，之间的电压升高

A．①③ B．①④ C．②③ D．②④

11．如图所示是一种烟雾报警器的控制电路图，其简化原理是调节可变电阻使，当有烟雾时，开始触发工作，其中是光敏电阻，由此可知，要使开始工作，则应满足（　　）

A． B． C． D．无法判断

12．如图所示为某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻、R2为定值电阻，A、B接监控装置，则下列说法正确的是

①当有人通过而遮蔽光线时，A、B间的电压增大

②当有人通过而遮蔽光线时，A、B间的电压减小

③当仅增大R2的阻值时，A、B间的电压增大

④当仅减小R2的阻值时，A、B间的电压增大

A．①③ B．①④ C．②③ D．②④

13．在如图所示的电路中，电池的电动势为E，内阻为r，R1为金属电阻、R2为光敏电阻、R3为热敏电阻．设电流表A的读数为I，电压表V1的读数为U1，电压表V2的读数为U2，三个电阻中仅有一个电阻的阻值发生变化，则下面的分析正确的是（     ）

A．给R1升温，I变小，U1变小

B．用光照R2，I变小，U2变大

C．给R3降温，I变大，U1变大

D．给R1降温，I变小，U1变小

14．如图所示的电路中，R1、R2、R3分别是热敏电阻、可变电阻、光敏电阻，热敏电阻随着温度的升高电阻减小，光敏电阻随着光照的增强电阻减小，L1、L2是两个相同的灯泡，闭合电键K后，两个灯泡均能正当发光，电源的电动势、内阻恒定，过一会儿，发现两个灯泡都变亮了，可能原因是

A．对R3的光照变强了

B．环境的温度变高厂

C．可变电阻R2的阻值变大了

D．可变电阻R2的阻值变小了

15．如图所示为温度自动报警器的工作原理图，图中1是电磁铁、2是衔铁，5是水银温度计（水银导电）。常温下3触点处于断开状态4触点处于闭合状态，则下列说法正确的是（　　）

A．当温度低于警戒温度时电磁铁磁性增强，3触点闭合4触点断开

B．此装置为低温报警装置，温度低于警戒温度时，电铃报警

C．此装置为高温报警装置，温度高于警戒温度时，指示灯亮

D．要提高报警时的警戒温度应使导线AB短些

二、填空题（共4题）

16．图a是热敏电阻R1的阻值随 温度变化的图象，图b是由热敏电阻R1做为传感器制作的简单自动报警器线路图． 

（1）为了使温度过高时报警器铃响，开关应接在________（填“a”或“b”）

（2）若使启动报警的温度降低些，应将滑动变阻器的滑片P点向_________移动（填“左”或“右”）．

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．如图所示，电路的连接和用电器均完好，合上、，发现小灯泡不亮，原因是 _______ ；用电吹风对NTC热敏电阻吹一会儿热风，会发现小灯泡 _______ ，原因是 _______ ；停止吹风，会发现 _______ ；把热敏电阻放入冷水中会发现 _______ .

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．电饭锅中应用了温度传感器，它的主要元件是感温铁氧体，其特点是：常温下感温铁氧体具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约103℃时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了。这个温度在物理学中称为该材料的“居里点”。电饭锅的结构如图所示，请结合温度传感器的特点回答以下问题：

(1)开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个按钮是否会恢复到图示状态？为什么？

(2)煮饭时水沸腾后锅内还有一定水分时，为什么锅的温度会保持100℃而不会持续升高？

(3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作？

(4)如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？

21．有一种半导体材料称为“霍尔材料”，用它制成的元件称为霍尔元件，这种材料有可定向移动的电荷，称为载流子，每个载流子的电荷量大小为。霍尔元件在自动检测，控制领域得到广泛应用，如录像机中用来测量录像磁鼓的转速，电梯中用来检测电梯门是否关闭以自动控制升降电动机的电源的通断等。在一次实验中，一块“霍尔材料”制成的薄片宽，长，厚，水平放置在竖直向上的磁感应强度的匀强磁场中，bc方向通有的电流，如图所示，由于磁场的作用，稳定后，在沿宽度方向上产生的横向电压。

(1)都假定载流子是电子，ad、bc两端面中哪端电势较高；

(2)薄板中形成电流I的载流子定向运动的速率多大；

(3)这块“霍尔材料”中单位体积内的载流子个数为多少。

22．全自动洗衣机设有多段式水位自动感应装置，该装置采用的可能是下列哪种类型的传感器？简述你的理由。

A．温度传感器

B．压力传感器

C．生物传感器

D．红外线传感器

23．如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻不计，不称物体时，滑动触头P在A端，滑动变阻器接入电路中的有效电阻最大，电流较小；称重物时，在压力作用下滑动触头下移，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大。这样把电流对应的质量值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的质量，若滑动变阻器上A、B间长度为l，最大阻值为，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k。

（1）试导出所称重物重力G与电路中电流I的函数关系

（2）该装置达到最大量程时电流表示数是多少？

参考答案：

1．C

2．D

3．A

4．D

5．C

6．C

7．C

8．D

9．D

10．C

11．A

12．C

13．B

14．A

15．D

16．     a,     右

17．     a,b之间；     e,f之间；

18．     略     亮了     略     小灯泡不会立即熄灭     小灯泡熄灭

19．     大     大     D     大     B

20．

(1)开始煮饭时，用手压下开关按钮，使永磁体与感温磁体相吸；手松开后，按钮不再恢复到图示状态，因此时感温铁氧体相吸会吸引永磁体，电路接通，电饭锅加热；

(2)在1标准大气压下水的沸点是100℃，即水在沸腾后温度为100℃，此时继续吸热，温度不会升高；

(3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会上升至103℃；此时感温铁氧体便失去了铁磁性会自动断电；

(4)如果在1标准大气压下用电饭锅烧水，水在沸腾后温度为100℃，不会自动断电。

21．(1)ad；(2)；(3)个

22．B，

洗衣机工作时衣物温度没有明显变化（除非启动加热功能），所以不是温度传感器。洗衣机和，衣物里也没有利用到生物活性物质，所以不是生物传感器或红外线传感器。由于洗衣机在不同段式水位压力不同，故其中有多段式水位自动感应装置，可能采用了压力传感器。

23．（1）（2）