物理选择性必修 第二册第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测试题

这是一份物理选择性必修 第二册第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测试题，共15页。试卷主要包含了2科学制作，5A时，便触发报警器，4×10-3 70等内容，欢迎下载使用。
2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第二册5.2科学制作：简单的自动控制装置 课时练（解析版）1．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___________。2．光敏电阻在自动化装置中有很多应用，街道路灯自动控制就是其应用之一，图示电路为其模拟电路，其中干电池的内阻可忽略不计，A处接电磁继电器，B为三极管（当时，间的电阻R可忽略不计，当时，R可视为无穷大），b点的电势由与的比值决定，、中有一个是定值电阻，另一个是光敏电阻，阻值随光照强度增强而减小，C为电磁继电器，D为路灯。为了达到日出路灯熄，日落路灯亮的效果，请回答下列问题：(1)是___________（选填“光敏电阻”或“定值电阻”）；(2)请用笔画线代替导线，将实物连接成正确的电路。（________）3．目前有些居民区内楼道灯的控制，使用的是一种延时开关，该延时开关的简化原理如图所示．图中D是红色发光二极管(只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光)，R为限流电阻，K为按钮式开关，虚线框内S表示延时开关电路，当按下K接通电路瞬间，延时开关触发，相当于S闭合，这时释放K后，延时开关S约在1 min后断开，灯泡熄灭．根据上述信息和原理图，我们可推断：按钮开关K按下前，发光二极管是________(填“发光的”或“熄灭的”)，按钮开关K按下再释放后，灯泡L发光持续时间约________ min.这一过程中发光二极管是________．限流电阻R的阻值和灯丝电阻RL相比，应满足R________RL的条件． 4．热敏电阻阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是用热敏电阻作为传感器制作的简单自动报警器原理图。（1）由图甲可知，热敏电阻的阻值随着温度的升高而______（选填“增大”域“减小”）；（2）闭合开关、，为了使温度过高时报警器铃响，开关c应接在______（选填“”或“”）处；（3）保持开关、闭合，若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器的滑片P向______（选填“左”或“右”）移动。5．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。将热敏电阻安装在需要探测温度的地方，当环境温度正常时，继电器与上触点接触，下触点分离，指示灯亮；当环境温度超过某一值时，继电器与下触点接触，上触点分离，警铃响。图甲中继电器的供电电压，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻为。当线圈中的电流大于等于时，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。（1）由图乙可知，当环境温度升高时，热敏电阻阻值将___________，继电器的磁性将___________（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。（均选填“”或“”）。（3）请计算说明，环境温度在大于___________℃时，警铃报警。6．某同学想通过实验探究一个热敏电阻的特性。（1）为探究热敏电阻的特性，设计了如图甲所示的电路，R0为电阻箱，R为热敏电阻，开关S、S1、S2先断开，滑动变阻器的滑片移到最___________（选填“左”或“右”）端。（2）实验时，温控室的温度为t0，闭合S、S1，调节滑动变阻器的滑片，使电流表有合适的示数I0，现断开S1闭合S2，滑动变阻器的滑片不动，调节电阻箱R0的阻值R0=90Ω时，电流表的示数也为I0，则此室温的热敏电阻值为___________Ω。多次改变温控室的温度，重复上述实验过程，测得多组热敏电阻在不同温度t下对应的电阻值R，作出R-t图像，如图乙所示，室温t0为___________℃。（3）把这个热敏电阻接入如下丙图所示的电路中，可以制作温控报警器。已知电源电压为9V，内阻r=2Ω，R2=50Ω；当图中的电流表A达到或超过0.5A时，便触发报警器（图中未画出）报警。若要求开始报警时环境温度为80℃，图中R1阻值为___________Ω（保留2位有效数字）。
 7．为了消防安全，一些生产车间会使用温控报警系统。该系统核心元件可采用热敏电阻来控制。某实验兴趣小组想自制简易温控报警系统。（1）该实验小组的同学首先对该热敏电阻的温度特性进行研究，可能用到以下实验器材：A．热敏电阻RT（常温下的阻值约为30Ω）B．烧杯、热水、温度计C．电流表（量程0～0.6A，内阻r1=5Ω）D．电压表（量程0～6V，内阻约15kΩ）E．滑动变阻器（最大阻值为10Ω，额定电流2A）F．滑动变阻器（最大阻值为500Ω，额定电流0.5A）G．电源（电动势6V，额定电流2A，内阻不计）H．开关一个，导线若干（2）要求通过热敏电阻的电流从零开始增大为使测量尽量准确，则滑动变阻器应选择______；（填器材前的字母标号）（3）请你按照实验要求用笔画线代替导线在实物图甲中完成余下导线的连接______；（4）在探明该热敏电阻特性的基础上，接着该实验小组利用其自制简易温控报警系统。如图丙所示，当1、2两端所加电压降低至1V时，温控控制开关自动启动报警系统，请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当温度升高至约50℃时启动报警系统。提供的器材如下：直流电源E（电动势3V，内阻不计）；定值电阻：R1=10Ω，R2=40Ω，R3=80Ω；开关S及导线若干；则定值电阻应该选择：______；（填写字母符号）（5）请在在虚线框内完成电路原理图______。（不考虑开关S对所设计电路的影响）8．家用电热水壶上端有一双金属片，当热水壶内的水沸腾时，产生的蒸汽进入蒸汽开关。蒸汽开关中的双金属片受到蒸汽作用时温度会发生变化，进而变形，自动切断电源，停止加热。某课外实验小组欲利用如图甲所示的实验电路图，制作一可显示温度的控温器。提供的实验器材有：灵敏电流表（量程为3.0mA，内阻为300Ω），学生电源（输出电压为U=6.0V，内阻不计），滑动变阻器R1（最大阻值为3000Ω），滑动变阻器R2（最大阻值为1000Ω），单刀双掷开关，热敏电阻RT，双金属片（温度为90℃时会使电路断开，复位温度未知），导线若干。若热敏电阻的阻值与摄氏温度t（℃）的关系为R=(5t+50）Ω。请回答下列问题。（1）实验步骤如下，请补充完整。a、按照图甲电路连接好实验器材；b、为了不烧坏灵敏电流表，将滑动变阻器的滑片P调整到a端；然后将单刀双掷开关掷于c，调节滑动变阻器，使灵敏电流表指针指在___________（选填“中央刻线”或“满刻线”）位置，并在以后的操作中使滑片P___________（选填“位置不变”“置于a端”或“置于b端”）；c、把热敏电阻RT和双金属片置于可变的温度环境中，将单刀双掷开关掷于d，随着环境温度的升高，记录若干组灵敏电流表的示数，达到取高温度时，电路断开，断开后，随着环境温度的降低，刚好到达某个温度时，电路闭合，此时灵敏电流表的示数如图乙所示。d、根据热敏电阻随温度变化的特性，计算出各个电流对应的温度，重新绘制灵敏电流表的刻度盘。（2）根据实验过程，电路中的滑动变阻器应选___________（选填“R1”或“R2”）。（3）灵敏电流表的电流I与热敏电阻和双金属片所处环境温度t之间的函数关系式为I=___________A，温度最高时该灵敏电流表的示数为___________A，双金属片的复位温度为___________℃。9．人体接近传感器又称无触点接近传感器（简称传感器），是理想的电子开关量传感器，广泛应用于各种自动控制电路中，例如写字楼的自动门、公寓的楼道灯等。兴趣小组找到一只传感器，欲先确定其对人体接近的感应特性，设计了测量电路如图（）所示，并将传感器安置在轴上距离原点处，一人从原点处沿轴运动，测得通过电流表的电流与人的位置的关系如图（），其中传感器的动作电流，接近传感器时电流时人到传感器的距离为动作距离，远离传感器时电流时人到传感器的距离为释放距离。
“与”门真值表输入输出000010100111(1)若人行走的速度为，自动门从动作到能让人通过需要的时间为；有一条长的楼梯。则此传感器适合做___________；A．自动门的自动控制系统，并将传感器安装在门上方B．楼梯灯的自动控制系统，并将传感器安装在楼梯中间墙壁上(2)传感器能提供的电流很小，不足以驱动控制电路正常工作，往往需要配合开关电路才能提供较大控制电流。有一种“与”门开关电路，符号和真值表如上表，，为两个输入端，为输出端，真值表中“0”表示与电源负极间电势差较小（低于某值，称为低电平），电路处于断开状态，“1”表示与电源负极间电势差较大（大于某值，称为高电平），电路处于接通状态。、输入端由“0”转为“1”的电压叫开门电压，由“1”转为“0”的电压叫关门电压，若此“与”门电路的开、关门电压均为，当、时，输出端处于___________（填“断开”或“接通”）状态；(3)楼梯灯控制系统需要同时满足两个条件才能点亮：即有人接近和光线较暗。兴趣小组欲使用上述传感器和“与”门电路制作一个楼梯灯控制系统，还需要一只光敏电阻（阻值随光照强度增大而减小）和几个定值电阻、灯等，设计的电路如图（），门电路对线路电阻没有影响，若其中为定值电阻，则为___________；、中接入定值电阻的是___________。若要求当光线较暗、人到达传感器动作距离时楼梯灯亮，则与传感器串联的电阻阻值约为___________。
 10．有一种路灯自动控制装置，用光敏电阻作为传感器，自动控制路灯的接通与断开。光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强（如白天）时电阻几乎为0；照射光较弱（如黑天）时电阻接近于无穷大。利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑夜打开。电磁开关的内部结构如图所示。1、2两接线柱连接励磁线圈，3、4两接线柱相当于路灯的开关，分别与弹簧片和触点连接。当励磁线圈中电流大于某个值时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；当励磁线圈中电流小于某个值时，3、4接通。现有以下器材：励磁线圈电源、路灯电源、路灯灯泡、励磁线圈限流保护电阻、光敏电阻、电磁开关、导线开关等。利用以上器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图。画电路图时，光敏电阻符号是，电磁开关符号是，其他器材使用规范的电路符号。11．某实验小组利用伏安法进行“探究热敏电阻的温度特性”实验，部分实验器材如下：A．电源（电动势，内阻不计）；                    B．电流表（量程0~500，内阻约为）；C．电流表（量程0~0.6，内阻为）；        D．开关、导线若干。(1)因为需要一个量程为的电压表，上述器材中可以用来改装成电压表的电流表为________（选填选项前的字母），还需要一个阻值为________的定值电阻与所选电流表串联进行改装。(2)改装好电压表后，采用如图甲所示电路，根据不同温度下电压表和电流表的读数比值，得到不同温度下热敏电阻的阻值，描绘出如图乙中的曲线，由于系统误差，图乙中由实验得到的数据描绘出的实际曲线与理论曲线相比有一定的差异，图乙中标记为Ⅰ的图线是________（选填“实际曲线”或“理论曲线”）。(3)兴趣小组利用该热敏电阻制作了一个检测油箱警戒液位的低油位报警装置，如图丙所示。给热敏电阻通以一定的电流，热敏电阻会发热，当液面高于热敏电阻的高度，热敏电阻上产生的热量会被液体带走，温度基本不变，当液体减少、热敏电阻露出液面时，热敏电阻的温度将_________（选填“升高”或“降低”），阻值会________（选填“增加”或“减小”），指示灯会亮，就知道液面低于设定值。若根据图乙中Ⅱ的图线数据来设定油箱警戒液位值，实际工作中指示灯亮的时间点将________（选填“延迟”“不变”或“提前”）。                                      参考答案1．熄灭    大    【详解】[1][2]该门电路有一输入端总是输入低电势，有较强的光照时，电阻比较小，光敏电阻两端的电势差比较小，则输入门电路为低电势，最后熄灭，如果要想在天更暗时路灯才会亮，应将R1的阻值调大。2．光敏电阻        【详解】(1)[1]由于光敏电阻阻值随着光照强度的增大而减小，为使路灯正常工作，在白天时电磁继电器的触点断开，电磁铁通电，，变小或变大，而白天时光敏电阻阻值变小，所以是光敏电阻；(2)[2]根据题述分析可知，A处与继电器相连，路灯与火线、零线相连接，开关应接在火线上，画导线时要避免交叉电路图如图所示3．发光的    1    熄灭的    ≫    【详解】[1]．如图所示，按钮开关K 按下前，发光二极管、限流电阻与灯泡串联，有小电流通过发光二极管，因此发光二极管处于发光状态．
[2][3]．当按钮开关K 按下再释放后，由于通电路瞬间延时开关触发，相当于S闭合，二极管被短路，所以处于熄灭状态；由于延时开关S约在1分钟后断开，电灯才熄灭，则知电灯L 发光持续时间约1min．
[4]．只有当限流电阻R的阻值比灯丝电阻RL大得多时，通过发光二极管的电流才很小，确保二极管不烧坏．【点睛】解决本题的关键是根据延时开关的闭合和断开时，电路的连接方式正确进行分析即可．4．减小    a    左    【详解】(1)[1]由图甲可知，温度升高热敏电阻阻值减小；(2)[2]左边控制电路电流变大，电磁铁磁性变强，开关接触a点，要使温度过高时报警器报警，则c应接在a处；(3)[3]滑片P向左移，滑动变阻器接入电路的阻值变大，在温度更高时控制电路才能有足够大电流，使磁铁有足够大引力吸引开关，因此滑片向左移。5．减小    增大    B    80℃    【详解】（1）[1][2]分析图乙图像发现：温度升高时，热敏电阻阻值减小。根据欧姆定律，热敏电阻阻值减小，电路中电流就会增大，电磁铁的磁性就会增大。（2）[3]因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）[4]当线圈中的电流I=50mA=0.05A时，继电器的衔铁将被吸合，警铃报警控制电路的总电阻热敏电阻由图乙可知，此时所以当温度时，警铃报警。6．左    90    30    20    【详解】(1)[1]为保护用电器的使用安全，滑动变阻器的滑片移到最左边，确保闭合开关瞬间，流过电表的电流为零。(2)[2]试验中，用电阻箱代替热敏电阻，二者阻值相等。[3]在乙图中找到纵轴坐标为90Ω的图线上对应的横轴坐标为30℃。(3)[4]在乙图中读出环境温度为80℃时热敏电阻的阻值为30Ω，根据闭合电路欧姆定律有带入数据，得7．E        R2        【详解】（2）[1]电源电动势为6V，热敏电阻常温下的阻值约为30Ω，故电流最大约为0.2A，为了让电流从零开始增大应采用分压接法，故滑动变阻器应选择总阻值较小的E；（3）[2]本实验中采用滑动变阻器分压接法，同时因电流表内阻已知，故电流表采用内接法，完成电路图如图所示：（4）[3]串联电阻两端电压与电阻阻值成正比，电源电动势E=3V，当温度升高至约50℃时，由图线知，此时光敏电阻为，，则串联电阻分压所以则有故选定值电阻R2。（5）[4]电路图如图所示：8．满刻线    位置不变    R1        2.4×10-3    70    【详解】（1）[1] [2] 为了不烧坏灵敏电流表，回路总电阻应始终满足不小于 ，因热敏电阻阻值是可以变化的，为了保证回路总电阻始终满足不小于，必须在不接入热敏电阻的情况下让滑动变阻器调至满足总电阻为并保持不变，则应将滑动变阻器的滑片P调整到a端后将单刀双掷开关掷于c，调节滑动变阻器使灵敏电流表指针指在满刻度并在以后的操作中保持滑片位置不变。（2）[3]因为需要滑动变阻器接入电路的阻值为故应选择滑动变阻器R1。（3）[4]根据闭合电路欧姆定律可知[5]当温度最高90℃时代入电流表示数表达式可得此时电流表示数为2.4×10-3A；[6]由图乙可知复位时电流表示数为2.5×10-3A，带入电流表示数表达式可得复位时温度为70℃。9．B    断开    传感器            【详解】(1)[1]由图（）可知，传感器的动作距离约为人在内行走的距离为所以若作为自动门的控制系统，则人到达门所在位置时不能通过门，故只能作为楼梯灯的控制系统故选B；(2)[2]当，时，只满足一个输入端为“1”状态，因此输出端为“0”，即为断开状态；(3)[3][4]门电路对线路电阻没有影响，则与串联，与串联，在光线较暗时人接[5]近传感器灯要点亮，则、电压均高于，所以通过两支路的电流均增大，则为传感器，为光敏电阻，为定值电阻；人到达传感器的动作距离时，通过传感器的电流为则串联电阻10．【详解】将光敏电阻R1 保护电阻R2、电磁开关1、2与电源E1串联，起控制作用。将灯泡L、电磁开关3、4与电源E2串联。白天光照射强时，光敏电阻值几乎为0，所以电磁铁线圈中的电流较大，磁场较强，因而吸引铁片，电磁开关3、4间断开，灯泡不发光。黑夜光照弱，光敏电阻的阻值很大，电磁铁线圈中电流几乎为0，磁场极弱，一次铁片断开，电磁开关3、4间接通，灯泡发光。电路如图11．C    4900    理论曲线    升高    减小    延迟    【详解】(1)[1]要将电流表改装成电压表，需要选择内阻已知且为确定值的电流表。故选C。[2]根据可得(2)[3]图甲所示测量电路采用电流表外接法，由于系统误差，同一温度下热敏电阻阻值的测量值偏小，故图乙中标记为Ⅱ的图线是由实验得到数据描绘出的实际曲线，标记为Ⅰ的图线是理论曲线。(3)[4] 当液体减少、热敏电阻露出液面时，水吸收热敏电阻的热减小，热敏电阻温度升高。[5]根据图乙所知，热敏电阻得阻值随着温度的升高而降低。[6]根据图乙中Ⅱ的图线数据来设定油箱警戒液位值，热敏电阻阻值比真实值小，警戒液位值将被设定得比理论值大，因此指示灯亮的时间点将延迟。