2020-2021学年3 利用传感器制作简单的自动控制装置练习题

5.3利用传感器制作简单的自动控制装置同步练习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16题）

1．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

2．利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况．如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感器记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光．每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系如图乙所示．若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2m，则下述说法正确的是（　　）

A．该传送带每小时输送1800个工件 B．该传送带每小时输送7200个工件

C．传送带运动的速度是0.2m/s D．传送带运动的速度是0.1m/s

3．如图所示，会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图:罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时光电三极管接收不到LED发出的光,呈现高阻状态．发生火灾时，下列说法正确的是(　　)

A．进入罩内的烟雾遮挡住了光线，使光线三极管电阻更大,检测电路检测出变化发出警报

B．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报

C．光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报

D．以上说法均不正确

4．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

5．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

6．许多楼道灯具有这样的功能，天黑时，出现声音就开启，而在白天时，即使有声音它也没有什么反应．它的控制电路中接入的两个传感器是

A．温度传感器和声传感器

B．温度传感器和力传感器

C．光传感器和力传感器

D．光传感器和声传感器

7．2007年法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔由于发现巨磁电阻(GMR)效应而荣获了诺贝尔物理学奖．如图所示是利用GMR设计的磁铁矿探测仪原理示意图，图中GMR在外磁场作用下，电阻会发生大幅度减小．下列说法正确的是（ ）

A．若存在磁铁矿，则指示灯不亮；若将电阻R调大，该探测仪的灵敏度提高

B．若存在磁铁矿，则指示灯不亮；若将电阻R调小，该探测仪的灵敏度提高

C．若存在磁铁矿，则指示灯亮；若将电阻R调大，该探测仪的灵敏度提高

D．若存在磁铁矿，则指示灯亮；若将电阻R调小，该探测仪的灵敏度提高

8．许多楼道照明灯具有这样的功能：天黑时，出现声音它就开启，而在白天，即使有声音它也没有反应．它的控制电路中可能接入的传感器是(  )

A．温度传感器和光电传感器

B．光电传感器和声音传感器

C．声音传感器和热电传感器

D．温度传感器和热电传感器

9．某楼梯口的电灯开关装有传感器，天黑时，出现声音才能发光，而白天即使有声音，电灯也不能发光，该开关中有两种传感器，它们可能是(       )

A．光敏电阻和驻极体话筒 B．金属热电阻和光敏电阻

C．热敏电阻和霍尔元件 D．热敏电阻和光敏电阻

10．下列有关传感器的说法错误的是（　　）

A．光电门能够记录遮光条的挡光时间，应用的是位移传感器

B．电子秤利用的是压力传感器

C．电饭煲能自动加热和保温而不会把饭烧焦，应用的是温度传感器

D．走近自动门时，门会自动打开，应用的是红外传感器

11．某学习小组的同学在用“多用电表研究热敏电阻特性”的实验中，安装好如图所示的装置.向杯内加入冷水，此时温度计的示数为20℃，多用电表选择适当的倍率，读出热敏电阻的阻值.然后向杯内加入热水，当温度计的示数为60℃时，发现多用电表的指针偏转角度较大，则下列说法正确的是（）

A．多用电表应选用电流挡，温度升高时换用大量程测量

B．多用电表应选用电流挡，温度升高时换用小量程测量

C．多用电表应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率大的挡测量

D．多用电表应选用欧姆挡，温度升高时换用倍率小的挡测量

12．传感器是一种采集信息的重要器件，图为测定压力的电容式传感器，将电容器、灵敏电电流表、电源连接．施加力的作用使电极发生形变，引起电容的变化，导致灵敏电流计指针偏转．在对膜片开始施加恒定的压力到膜片稳定，灵敏电流表指针的偏转情况为（电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏）

A．向右偏到某一刻度后不动 B．向左偏到某一刻度后不动

C．向右偏到某一刻度后回到零刻度 D．向左偏到某一刻度后回到零刻度

13．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

14．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．设定程式，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

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

A．温度升高至时，亮灯报警 B．温度升高至时，亮灯报警

C．温度升高至时，亮灯报警 D．温度升高至时，亮灯报警

16．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

二、填空题（共4题）

17．如图所示是小明设计的一种自动测定水箱内水位的装置，R是一种滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端，从水位表指针所指的刻度就可知道水箱内水位的高低，从图中可知：水位表是由________改装而成．当水面上升时，滑片________（填向上移动或者向下移动），滑动变阻器连入电路电阻________，电流________，水量表示数________．

18．如图所示的电路中，当受到强光的照射下，小灯L__________发光；当用遮光板盖住时，小灯L__________发光。（均选填“不会”或“会”）

19．如图的光控电路用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻，当有较强的光照在RG上，LED二极管___________。如果要想在天更暗时路灯才会亮，应将的阻值调___________。

20．现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过120 ℃时，系统报警。提供的器材有：

热敏电阻（该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，在120 ℃时阻值为700.0 Ω）；报警器（内阻很小，流过的电流超过Ic时就会报警，Ic约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏）；

电阻箱（最大阻值为999.9 Ω）；

直流电源（输出电压为U约为18 V，内阻不计）；

滑动变阻器R1（最大阻值为1000 Ω）；

滑动变阻器R2（最大阻值为2000 Ω）；

单刀双掷开关一个，导线若干。

在室温下对系统进行调节，调节的报警系统原理电路图如图所示。

（1）电路中应选用滑动变阻器________（填“R1”或“R2”）。

（2）按照下列步骤调节此报警系统：

①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为______ Ω；滑动变阻器的滑片应置于________（填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是________。

②将开关向________（填“c”或“d”）端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至________。

（3）滑动变阻器滑片的位置________（不变、向左滑动、向右滑动），将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用。

（4）若要将此系统改为光敏电阻控制的报警系统，要求当光敏电阻的光照达到或超过某一特定值时，系统报警，且光敏电阻在这一特定值时的电阻为650Ω，则需将上述电路中的_______换成光敏电阻，并将电阻箱的阻值调到______ Ω，然后重复上述操作即可。

三、综合题（共4题）

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。

22．一热敏电阻阻值随温度变化的图像如图甲所示．请用这一热敏电阻设计一控制电路．当温度高于某一值后红色指示灯亮，当温度低于这一值时绿色指示灯亮．

甲　　　　　　　　　　　　乙

给你的器材有：如图乙所示的继电器一个(a、b为常闭触点．c、d为常开触点)、热敏电阻一只、滑动变阻器一只、红绿色指示灯各一个、两个独立的电池组、开关两个、导线若干等．

23．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。

24．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？

参考答案：

1．A

2．C

3．B

4．C

5．D

6．D

7．C

8．B

9．A

10．A

11．D

12．C

13．A

14．C

15．D

16．D

17．     电流表     向下移     变小     变大     变大

18．     会     不会

19．     熄灭     大

20．     R2     700.0     b     接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏     c     报警器开始报警     不变     热敏电阻     650

21．(1)ad；(2)；(3)个

22．

23．

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。

24．

(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。