高中物理人教版 (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同步训练题
展开第五章 传感器
3 利用传感器制作简单的自动控制装置
【基础巩固】
1.现代生活中,人们越来越离不开手机,为通信而创造的智能手机装有多种传感器.当人们接通电话,将手机放在耳边时,原本亮着的屏幕会熄灭,这是由于屏幕上方安装了 ( )
A.温度传感器 B.加速度传感器
C.压力传感器 D.距离传感器
解析:当人们接通电话,将手机放在耳边时,距离传感器发出的超声波遇到物体后反射回传感器,传感器收到信号后自动计算出物体与传感器的距离,当小于系统设置的临界点时,原本亮着的屏幕会熄灭,故选项D正确,选项A、B、C错误.
答案:D
2.下图为用电源、电磁继电器、滑动变阻器、绿灯泡、小电铃、负温度系数的热敏电阻、开关、导线等组成的一个高温报警器的电路图,正常情况绿灯亮,温度超过设定值时电铃报警.图中甲、乙、丙分别是 ( )
A.小电铃、热敏电阻、绿灯泡
B.绿灯泡、热敏电阻、小电铃
C.热敏电阻、小电铃、绿灯泡
D.热敏电阻、绿灯泡、小电铃
解析:甲所在电路应为控制电路,甲为热敏电阻;热敏电阻温度升高时,电阻减小,电路电流增大,继电器工作,衔铁被吸下,乙被接通,乙是小电铃;正常情况,热敏电阻温度低、电阻大,控制电路电流小,丙接通,丙应是绿灯泡.
答案:C
3.(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中产生电流时,电流经放大器放大后,使电磁铁吸起铁质开关K,从而切断家庭电路.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,穿过L2的磁通量为0
B.家庭电路中使用的用电器增多时,穿过L2的磁通量不变
C.家庭电路发生短路时,开关K将被电磁铁吸起
D.地面上的人接触火线发生触电时,开关K将被电磁铁吸起
解析:当家庭电路正常工作时,电流经火线流入用电器,再经零线流回.由于火线和零线并行绕在铁芯左侧,火线和零线中的电流反向,合磁通量为0,故选项A、B正确.短路后,火线和零线中电流仍然等大、反向,穿过铁芯的磁通量为0,开关不会被电磁铁吸起,选项C错误.当地面上的人触电时,火线中的电流经人体流入大地,绕在铁芯左侧的零线中的电流小于和它并行的火线中的电流,穿过铁芯的磁通量发生变化,L2产生感应电流,电流经放大器放大后,使电磁铁吸起铁质开关K,从而切断家庭电路,选项D正确.
答案:ABD
4.传感器担负着信息采集的任务,在自动控制中发挥着重要作用,传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量),例如温度传感器,主要应用了半导体材料制成的热敏电阻,热敏电阻阻值随温度变化的图线如图甲所示,图乙是用热敏电阻R1作为传感器制作的简单自动报警器原理图.
甲 乙
(1)为了使温度过高时报警器报警,开关应接在 (选填“a”或“b”)处.
(2)若使启动报警的温度提高些,则应将滑动变阻器的滑片P向 (选填“左”或“右”)移动.
解析:(1)由题图乙可知,温度过高时,热敏电阻阻值较小,通电螺线管的磁性增强,将与弹簧相连的金属导体向左吸引,要使报警器所在电路接通并报警的话,开关应接在a处.
(2)要实现温度更高时,即热敏电阻阻值更小时才将报警器电路接通,应该将滑动变阻器连入电路的阻值调大,即P向左移动.
答案:(1)a (2)左
5.一台臭氧发生器的电阻为10 kΩ,当供电电压等于24 V时能产生臭氧,否则不产生臭氧.现要用这种臭氧发生器制成自动消毒装置,要求它在有光照时能产生臭氧,在黑暗时不产生臭氧.拟用一个光敏电阻R1对它进行控制,R1的阻值在有光照时为100 Ω,黑暗时为1 000 Ω,允许通过的最大电流为3 mA;电源的电动势E为36 V,内阻不计;另有一个滑动变阻器R2,阻值为0~100 Ω,允许通过的最大电流为0.4 A;一个开关S和导线若干.臭氧发生器和光敏电阻R1的符号如图所示.
设计一个满足上述要求的电路图,图中各元件要标上字母代号,其中滑动变阻器两固定接线柱端分别标上字母A、B.(电路图画在虚线框内)
解析:臭氧发生器有光照时能产生臭氧,黑暗时不产生臭氧,而光敏电阻有光照时电阻小,无光照时电阻大,可以利用光敏电阻与臭氧发生器串联,调节臭氧发生器两端的电压.由于臭氧发生器正常工作需要的电压为24 V,若电路中无其他电阻,光敏电阻阻值最大时,臭氧发生器两端电压仍大于24 V,需将滑动变阻器接成分压式接入电路,电路图如图所示.
答案:见解析图.
【拓展提高】
6.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.图乙为其简化示意图,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.下列说法正确的是 ( )
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
解析:门关上时,磁条与主机刚好靠在一起,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,说明此时触发器内开关是闭合的,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,选项B错误;无论磁条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;本装置是利用磁体能够吸引磁性物体的特点工作的,选项D错误.
答案:A
7.电饭煲的工作原理如图所示,可分为两部分:控制部分,由S2、R1和黄灯组成;工作(加热)部分,由发热电阻R3、R2和红灯组成.S1是一个磁钢限温开关,手动闭合,当此开关的温度达到居里点(103 ℃)时,自动断开,且不能自动复位(闭合).S2是一个双金属片自动开关,当温度达到70~80 ℃时,自动断开;低于70 ℃时,自动闭合.红灯、黄灯是指示灯,通过它们的电流必须较小,所以R1、R2起 作用,R3是发热电阻,由于煮饭前温度低于70 ℃,所以S2是 (选填“断开的”或“闭合的”).接通电源并闭合S1后,黄灯不亮红灯亮,R3发热,当温度达到70~80 ℃时,S2断开;当温度达到103 ℃饭煮熟时,S1断开;当温度降到70 ℃以下时,S2闭合,电饭煲处于保温状态.由以上描述可知R2 (选填“<”“=”或“>”)R3,若用电饭煲烧水,直到水被烧干S1才会断开,试解释此现象.
解析:R1、R2的作用是限流,防止指示灯因电流过大而烧毁,S2是自动控制温度的开关,当温度低于70 ℃时自动闭合,当温度达到70~80 ℃时又自动断开,由于R3的功率较大,R2>R3.当温度达到103 ℃时S1才自动断开,而标准大气压下水的沸点为100 ℃,因此用电饭煲烧水时,直到水被烧干S1才会断开.
答案:限流 闭合的 > 解释见解析.
8.图甲为一测量光敏电阻特性的实验电路,电源电压恒定,电流表内阻不计,开关闭合后,调节滑动变阻器滑片,使小灯泡发光逐渐增强,测得流过光敏电阻的电流和光照强度的关系曲线如图乙所示.
甲 乙
某同学根据光敏电阻的这一特性设计的路灯自动控制电路如图所示,请简要说明该电路是如何对路灯实现自动控制的.
答案:由光敏电阻的特性曲线可以看出,当光照增强时,光敏电阻的阻值减小,流过光敏电阻的电流增大.由题中电路可知,当光照较强时,经过光敏电阻的电流经过放大器被放大,驱动电磁继电器的电磁铁吸引衔铁,右侧电路触点断开,路灯熄灭;当光照较弱时,经过光敏电阻的电流减小,放大器输出电流减小,电磁继电器释放衔铁,右侧电路触点接通,控制路灯电路接通,路灯被点亮.调节继电器的弹簧可以决定路灯在天色暗到什么程度时被自动点亮.
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