高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第二册第三节 用传感器制作自动控制装置习题

2021-2022学年粤教版（2019）选择性必修第二册

5.3用传感器制作自动控制装置 同步练习（解析版）

1．下列说法正确的是（　　）

A．穿过闭合电路的磁通量发生变化时，这个闭合电路中就有感应电流产生

B．只要导体相对磁场运动，导体中一定会产生感应电流

C．话筒是一种能够将电信号转换为声音信号的传感器

D．热敏电阻能把热量这个热学量转换为电阻这个电学量

2．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学利用压敏电阻设计了判断小车运动状态的装置，其工作原理如图所示，将压敏电阻和一块挡板固定在绝缘小车上，中间放置一个绝缘重球。小车向右做直线运动过程中，电流表示数如图所示，下列判断正确的是（　　）

A．从t1到t2时间内，小车做匀速直线运动

B．从t1到t2时间内，小车做匀加速直线运动

C．从t2到t3时间内，小车做匀速直线运动

D．从t2到t3时间内，小车做匀加速直线运动

3．如图是智能称重地磅，它使用方便快捷、计量精度高、反应速度灵敏、移动方便，这种地磅安装了应变式力传感器，下列关于应变式力传感器的说法不正确的是（  ）

A．应变片是由半导体材料制成

B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小

C．传感器输出的是应变片上的电压

D．外力越大，输出的电压差值也越大

4．传感器已广泛应用在生产、生活中，下列关于传感器的说法正确的是（　　）

A．给货车称重的地磅使用了光传感器 B．酒店大厅的自动门使用了力传感器

C．空调的控温系统使用了温度传感器 D．夜间自动打开的路灯使用了红外线传感器

5．酒精测试仪用于对机动车驾驶人员是否酒后驾车及其他严禁酒后作业人员的现场检测，它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器。酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化，在如图所示的电路中，不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻，这样，显示仪表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系。如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r′的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么，电压表示数U与酒精气体浓度c之间的对应关系正确的是（　　）

A．U越大，表示c越大，c与U成正比 

B．U越大，表示c越大，但是c与U不成正比

C．U越大，表示c越小，c与U成反比 

D．U越大，表示c越小，但是c与U不成反比

6．如图是电熨斗的结构图，下列说法不正确的是（　　）

A．双金属片上层金属的膨胀系数小于下层金属

B．常温下，上下触点接触；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．双金属片温度传感器的作用是控制电路的通断

7．如图所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、电键K与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中。两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电荷量为＋q的小球。K断开时传感器上有示数，K闭合时传感器上恰好无示数。则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是（　　）

A．正在增加，

B．正在增加，

C．正在减弱，

D．正在减弱，

8．机器人可以通过外部传感器来感知外部环境和外界事物，下列说法有误的是（　　）

A．温度传感器让其感知温度变化，此传感器是热敏电阻，阻值一定随温度升高而增大

B．光电传感器可以作为眼睛，此传感器若是光敏电阻，阻值一定随光亮度增加而减小

C．超声波传感器可以作为耳朵，让其听到常人听不到的声音

D．压力传感器可以使其有“手感”

9．传感器的种类多种多样，其性能也各不相同，空调机在室内温度达到设定的温度后，会自动停止工作，空调机内使用的传感器是(　　  )

A．生物传感器 B．红外传感器 C．温度传感器 D．压力传感器

10．下列生活中的传感器，把光信号变成电信号的是（　　）

A．走廊照明灯的声控开关 B．自动洗衣机中的压力传感装置

C．控制电视机开关的遥控器 D．电饭煲中控制加热和保温的温控器

11．许多饮水机可以保证出水温度恒定，采取的方法是（　　）

A．水温低于设定温度时加热，达到设定温度时，停止加热

B．设定程序，固定各次加温时间及加热时间间隔

C．人工控制加温按钮

D．持续加温

12．街道务的路灯江海里的航标灯都要求夜晚亮白天关闭利用半导体的电学特性制成了自动点亮、熄天的装置，实现了自动控制，这是利用半导体的（　　）

A．压敏性 B．光敏性 C．热敏性 D．三特性都利用了

13．在新冠肺炎疫情防控期间，测量体温成为重要的防疫措施之一。医学上常用的水银体温计可以在家庭中使用，红外测温枪在居民区、办公楼、商场等公共场所广泛应用。某同学查阅资料，获得以下信息：自然界中任何高于绝对零度的物体都在随时随地的向外辐射能量。单位时间内，物体表面单位面积上所发射的总辐射能叫辐射功率，辐射功率与该物体的温度有确定的关系，非接触式温度测量即是测量辐射功率的大小，并由此得到一个与该物体温度成一定关系的信号。红外测温枪是能够测量物体辐射功率大小并转化为物体温度的仪器。根据以上信息和学过的知识，他做出如下判断。其中正确的是（　　）

A．水银体温计可以用来测量沸水的温度

B．水银体温计离开人体后，水银迅速流回水银泡

C．红外测温枪向人体发射红外线，从而测量人体温度

D．红外测温枪测量人体温度时，离人体越远，显示温度越低

14．传感器是一种采集信息的重要器件，如图所示是一种测定压力的电容式传感器，当待测压力F作用于可动膜片电极上时，可使膜片产生形变，引起电容的变化。将电容器、灵敏电流计和电源串接成闭合电路，那么以下说法正确的是（　　）

A．当F向上压膜片电极时，电容将减小

B．若电流计有示数，则压力F发生变化

C．若电流计有向右的电流通过，则压力F在增大

D．若电流计有向右的电流通过，则压力F在减小

15．如图是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为时，下列说法中正确的是（　　）

A．常温下感温磁体具有较强的磁性

B．当温度超过时，感温磁体的磁性较强

C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过，这时开关按钮会跳起

D．常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到，开关按钮就不会自动跳起

16．如图所示为某商厦安装的光敏电阻自动计数器的示意图。其中A为光源，B为由电动机带动匀速运行的自动扶梯，为光敏电阻，为定值电阻。每当扶梯上有顾客经过挡住由A射向的光线时，计数器就计数一次。下列说法正确的是（　　）

A．当有光照射时，信号处理系统获得低电压

B．当有光照射时，信号处理系统获得高电压

C．信号处理系统每获得一次低电压就计数一次

D．信号处理系统每获得—次高电压就计数一次

17．如图是某电子秤的原理图，人只要站在踏板上，仪表G就能显示人的体重，踏板下面的传感器R实质是一个阻值可随压力大小而变化的电阻，显示体重的仪表G实质是理想电流表，如果不计踏板的质量，电阻R随人的体重G变化的函数关系式为R=a-kG（a、k是常量，G和R的单位分别是N和Ω）．下列说法正确的是（　　）

A．传感器R是一个力电传感器

B．闭合电路测量时，电路中的电流随人的体重均匀变化

C．该秤零刻度线即踏板空载时的刻度线应标在电流表G刻度盘的零刻度处

D．如果要扩大电子秤的量程，滑动变阻器接入电路中的电阻应调大

18．下列关于电饭锅的说法正确的是（）

A．电饭锅中的温度传感器的主要组件是铁氧体

B．铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性

C．用电饭锅烧水，水开时能自动断电

D．用电饭锅煮饭时，当温控开关自动断电后，它不能自动复位

19．双金属温度传感器是将两种具有不同热膨胀系数的金属贴合在一起制成的。当它温度升高时，两种金属伸长不一样而发生弯曲变形，使触点接通或断开。日光灯启动器里就有一个双金属温度传感器（如图）。取一个报废的日光灯启动器，去掉外壳，在充有氖气的玻璃泡内，有一个U形的双金属片，其旁边有一根直立的金属丝，两者构成一对触点。常温下两触点是分离的，温度升高时，双金属片因形变而与金属丝接触。敲碎氖泡的玻璃，调节两触点之间的距离，使温度升高到60℃时两触点恰好接通。请你利用这个双金属温度传感器，设计一个电热水器自动加热的控制方案。当水温低于60℃时自动通电加热，高于60℃时自动断电。

20．图为电熨斗构造的示意图，其中温度敏感元件是双金属片，在温度升高时上层金属的膨胀大于下层金属，可造成双金属片的形变。观察电熨斗的构造，并回答下列问题：

(1)常温下，电熨斗的上下触点应当是接触的还是分离的？当温度过高时双金属片将怎样起作用？

(2)熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，这是如何利用调温旋钮来实现的？

21．加速度计是测定物体加速度的仪器。在现代科技中，它已成为导弹、飞机、潜艇或宇宙飞船等制导系统的信息源。如图为应变式加速度计的示意图。当系统加速时，加速计中的敏感元件也处于加速状态。敏感元件由两弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件的下端可在滑动变阻器R上自由滑动，当系统加速运动时，敏感元件发生位移并转换为电信号输出。已知敏感元件的质量为m，两侧弹簧的劲度系数均为k，电源电动势为E，电源内阻不计，滑动变阻器的总电阻值为R，有效长度为l，静态时，输出电压为U0，试推导加速度a与输出电压U的关系式。

参考答案

1．A

【详解】

A．穿过闭合电路的磁通量发生变化时，这个闭合电路中就有感应电流产生，选项A正确；

B．只有当闭合电路的部分导体切割磁感线运动时，导体中才会产生感应电流，选项B错误；

C．话筒是一种能够将声音信号转换为电信号的传感器，选项C错误；

D．热敏电阻是由半导体制成的，电阻随温度的升高而减小；从而把温度这个热学量转换为电阻这个电学量；故D错误；

故选A。

2．D

【详解】

AB．在t1～t2内，I变大，阻值变小，压力变大，根据牛顿第二定律可知，小车做变加速运动，故AB错误；

CD．在t2～t3内，I不变，压力恒定，且电流比初始电流大，因此小车做匀加速直线运动，故C错误，D正确。

故选D。

3．C

【详解】

A．应变片多用半导体材料制成，A正确，不符合题意；

B．当应变片拉伸时，其电阻变大，B正确，不符合题意；

CD．传感器输出的是上、下两应变片上的电压差值，并且随着外力的增大，输出的电压差值也就越大，C错误，符合题意、D正确，不符合题意。

故选C。

4．C

【详解】

A．给货车称重的地磅使用了力传感器，上下应变片发生形变，电阻变化，输出两个应变片电压差值反映力的大小，故A错误；

B．酒店大厅的自动门使用了光传感器，故B错误；

C．空调的控温系统使用了温度传感器，符合客观实际，故C正确；

D．夜间自动打开的路灯使用了光传感器，故D错误。

故选C。

5．B

【详解】

传感器电阻r′的倒数与酒精浓度c是正比关系，即

电路中的电流为

电压表示数

可见电压与酒精浓度的关系不是正比关系，但随酒精浓度的增加而增加，选项B正确。

故选B。

6．A

【详解】

AB．由电路可知：温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离，因此双金属片上层金属的膨胀系数应大于下层金属，A错误，B正确；

C．需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，双金属片虽发生弯曲也不使触点分离，应使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移，C正确；

D．利用双金属片热胀冷缩是控制电路的通断，D正确；

故选A。

7．B

【详解】

K闭合时传感器上恰好无示数，说明小球所受电场力和重力平衡，由于小球带正电，所以电容器上极板为负，由楞次定律，可知线圈中的磁场B正在增加。根据分析列出方程

解得

故选B。

8．A

【详解】

A．温度传感器能够将温度转化为电学量，即感知温度变化，此传感器有热敏电阻、金属热电阻，金属热电阻阻值一定随温度升高而升高，热敏电阻阻值一定随温度升高而降低，故A错误，符合题意；

B．光电传感器可以作为眼睛，此传感器若是光敏电阻，阻值一定随光亮度增加而减小，故B正确，不符合题意；

C．超声波传感器是将声强转化为电学量，可以作为耳朵，让其听到常人听不到的声音，故C正确，不符合题意；

D．压力传感器可以将压力转化为电学量，可以使物体有“手感”，故D正确，不符合题意；

故选A。

9．C

【详解】

空调机根据温度调节工作状态，所以内部使用了温度传感器，故C正确，ABD错误。

故选C。

10．C

【详解】

A．声控开关是声音传感器，将声音信号变成电信号，故A错误；
B．压力传感装置将压力信号转化为电信号，故B错误；
C．电视机遥控器是光传感器，将光信号变成电信号，故C正确；
D．温控器是将温度信号转化为电路的通断，故D错误。
故选C。

11．A

【详解】

饮水机可以保证出水温度恒定，主要是内部应用了温度传感器，当水温低于设定温度时加热，达到设定温度时，停止加热。

故选A。

12．B

【详解】

根据题意可知灯要求夜晚亮白天熄，说明电路和光照有关，所以这是利用了半导体的光敏性，压敏性与压力有关，热敏性与温度有关，均不符合题意，ACD错误，B正确。

故选B。

13．D

【详解】

A．水银体温计量程不高于40℃，则不可以用来测量沸水的温度，选项A错误；

B．体温计存储水银的玻璃泡上方有一段缩口。测量体温时，水银膨胀通过该处上升，当体温计离开人体后，水银因温度降低而收缩，水银柱便在该处断开，使上面的水银柱不能退回玻璃泡中，选项B错误；

C．红外测温枪接收人体发射出来的红外线，从而测量人体温度，选项C错误；

D．红外测温枪测量人体温度时，离人体越远，接收到人体辐射出来的功率越少，显示温度越低，选项D正确。

故选D。

14．BC

【详解】

A．当F向上压膜片电极时，板间距离减小，由电容的决定式

得到，电容器的电容将增大。故A错误；
B．当F变化时，电容变化，而板间电压不变，由Q=CU，故带电荷量Q发生变化，电容器将发生充、放电现象，回路中有电流，电流计有示数，选项B正确。
C．当F增大时，d减小，电容增大，而板间电压不变，由Q=CU，故带电荷量Q变大，电容器将发生充电现象，电流计中有向右的电流。故C正确；
D．当F减小时，d增大，电容减小，而板间电压不变，由Q=CU，故带电荷量Q变小，电容器将发生放电现象，电流计中有向左的电流，D错误。
故选BC。

15．ACD

【详解】

AB．感温磁体在常温下磁性较强，当温度超过“居里温度”时会突然失去磁性，A项正确，B项错误；

CD．只要锅底的温度超过103℃，感温磁体就失去磁性，开关按钮会跳起，但常压下烧水，不会超过103℃．所以水开后开关按钮不会自动跳起，要想自动跳起，只有水被烧干后，选项CD正确．

故选ACD。

16．BC

【详解】

AB．当光线照射时，阻值减小，减小，且电源电压不变，由闭合电路欧姆定律得

电路中的电流增大， 是定值电阻，

两端电压增大，信号处理系统获得高电压，故A错误；B正确；

CD．根据前面分析可知，每当有人经过时，即没有光照时，信号处理系统获得低电压，信号处理系统计数一次，即信号处理系统每获得一次低电压就计数一次，故C正确；D错误。

故选BC。

17．AD

【详解】

A．R是将压力信号转换成电信号的传感器，即力电传感器，故A正确；

B．闭合电路测量时，电路中的电流：

显然与人的体重不成线性关系，故B错误；

C．当重力为零时，电流最小，但不为零，故C错误；

D．由

可知

kGm=a+r+R′-

因此变阻器接入电路中的电阻调大，可以测量的人的最大体重增大，故D正确；

故选AD．

【点睛】

本题关键是明确电子秤的工作原理，然后结合闭合电路欧姆定律和电阻R随人的体重G变化的函数关系式列式分析．

18．ABD

【详解】

电饭锅应用了温度传感器，它的主要元件感温铁氧体，故A正确；在常温下具有铁磁性，但温度升高到103℃时便失去了铁磁性，不能被磁铁吸引．这个温度称为这种材料的“居里温度”或“居里点”，故B正确；水的沸点为100℃，由B可知不能自动断电，故C错误；用电饭锅煮饭时，若温控开关断电后，它不能自动复位，故D正确；

【点睛】

电饭锅应用了温度传感器，它的主要元件感温铁氧体，特点：在常温下具有铁磁性，但温度升高到103℃时便失去了铁磁性，不能被磁铁吸引．这个温度称为这种材料的“居里温度”或“居里点”．

19．见解析

【详解】

控制电路如图所示

A为调节后的U形的双金属片，一端固定在金属杆上，另一端固定与金属丝b构成一对触点。将它密封在玻璃罩B内，成为温度传感器，浸入电热水器C的水中。J为电磁继电器的线圈，a为该继电器的常闭触点，R为大功率电热元件。闭合开关S，若水的温度低于60℃，双金属片A与触点b分离，继电器触点a闭合，电热元件通电发热。当水温升高到60℃时双金属片A因温度升高而与触点b接触，则触点a断开，加热电路断开，就停止对水的加热了。水温下降到60℃以下时，A与b又断开，触点a闭合，加热电路闭合再度给水加热。

20．（1）常温下，电熨斗上的触点是接触的，当温度过高，由于上层金属的膨胀大于下层金属，使双金属片向下弯曲，弯曲到一定程度时，触点分离，电路断开，电热丝不在加热；
（2）熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，调温旋钮应该向下旋，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，调温旋钮应该向上旋。

【详解】

(1)常温下，电熨斗上的触点是接触的，这样接通电源后能进行加热。当温度过高，由于上层金属的膨胀大于下层金属，使双金属片向下弯曲，弯曲到一定程度时，触点分离，电路断开，电热丝不在加热，当温度降低后，双金属片恢复原状，电路接通继续加热；

(2) 熨烫棉麻衣物需要设定较高的温度，调温旋钮应该向下旋，使得双金属片弯曲较大时，触点点才分离，这样保证了较高的温度，熨烫丝绸衣物需要设定较低的温度，调温旋钮应该向上旋，使得双金属片弯曲较小时，触点就分离，这样保证了温度不会过高。

21．

【详解】

设静态时滑动变阻器的滑片距左端为x，则敏感元件的输出电压为

设系统向右加速时,滑片左移Δx，敏感元件两侧的弹簧形变量都为Δx，且方向相同，则敏感元件的动力学方程为

此时敏感元件的输出电压为

综合可得

向右加速运动时

设系统向左加速时,滑片右移Δx，敏感元件两侧的弹簧形变量都为Δx，且方向相同，则敏感元件的动力学方程为

此时敏感元件的输出电压为

综合可得

向右加速运动时

综合可得

若U>U0，系统的加速度方向水平向左；

若U<U0，系统的加速度方向水平向右。