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精品同步训练题

5.3利用传感器制作简单的自动控制装置人教版（    2019）高中物理选择性必修二同步练习

学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

第I卷（选择题）

一、单选题（本大题共7小题，共28.0分）

1. 某种角速度计的结构如图所示．当整个装置绕竖直轴转动时，元件相对于转轴发生位移并通过滑动变阻器输出电压，电压传感器传感器内阻无限大接收相应的电压信号．已知的质量为，弹簧的劲度系数为、自然长度为，电源的电动势为、内阻不计．滑动变阻器总长也为，电阻分布均匀，装置静止时滑片在变阻器的最左端处，当系统以角速度转动时，则 (    )

A. 电路中电流随角速度的增大而增大
B. 弹簧的伸长量为
C. 输出电压与的函数关系为
D. 此装置能测量的角速度最大不超过

2. 用下图所示实验装置进行相应实验，能达到实验目的的是

A. 用所示的操作可检查装置的气密性
B. 用所示的装置制取少量的
C. 用所示的装置干燥、、等
D. 用所示装置制取

3. 图为用电源、电磁继电器、滑动变阻器、绿灯泡、小电铃、半导体热敏电阻、开关、导线等组成的一个高温报警器电路图，要求是：正常情况绿灯亮，有险情时电铃报警，则图中的甲、乙、丙分别是(    )

A. 小电铃、热敏电阻、绿灯泡 B. 热敏电阻、小电铃、绿灯泡
C. 绿灯泡、小电铃、热敏电阻 D. 热敏电阻、绿灯泡、小电铃

4. 如图所示，是温度自动报警器的工作原理图，图中是电磁铁、是衔铁、是触点、是水银温度计水银导电。则下列说法正确的是(    )

A. 温度高于警戒温度时，电铃不报警、指示灯亮
B. 温度低于警戒温度时，电铃报警、指示灯熄灭
C. 温度高于警戒温度时，指示灯亮、电铃报警
D. 温度低于警戒温度时，指示灯亮、电铃不响

5. 如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。乙图为其简化示意图。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，两者刚好靠近在一起。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。下列有关说法正确的是(    )

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

6. 如图甲所示为在温度为左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻，、，为热敏电阻，它的电阻值随温度变化的图线如图乙所示。当、两点间的电压时，电压鉴别器会令开关接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当、两点间的电压时，电压鉴别器会令开关断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在  (    )

A.  B.  C.  D.

7. 如图是监控汽车安全带使用情况的一种简化报警电路。汽车启动时，开关闭合；驾驶员系好安全带时，开关将断开。是报警指示灯，是蜂鸣报警器，为安装在座垫下方的压敏元件电阻值与所受压力大小成反比，是一种触发开关当、两端电压升高时，、两个端口间将像普通开关一样直接接通，从而连通、所在支路，则(    )

A. 当驾驶员坐在座位上启动汽车但未系安全带时，电阻变大，、两端电压升高，指示灯点亮，蜂鸣器报警
B. 当驾驶员坐在座位上启动汽车未系安全带时，电阻变大，，两端口间接通
C. 当驾驶员坐在座位上启动汽车并系上安全带时，、两端电压降低，指示灯熄灭
D. 当驾驶员坐在座位上启动汽车并系上安全带时，、两端口间接通，指示灯熄灭

二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）

8. 如图所示为某商厦安装的光敏电阻自动计数器的示意图。其中为光源，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一次高电压就计数一次

9. 如图所示为电熨斗的结构图，下列关于电熨斗的说法正确的是(    )

A. 电熨斗能自动控制温度主要利用了双金属片，两片金属的膨胀系数相同
B. 常温下，上下触点是接触的，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. 电熨斗中的双金属片是一种半导体材料

10. 家用电热灭蚊器电热部分的主要部件是元件，元件是由钛酸钡等导体材料制成的电阻器，其电阻率与温度的关系如图所示。由于这种特性，元件具有发热、控温双重功能，若电热灭蚊器环境温度低于，以下判断正确的是 (    )

A. 通电后，其电功率先增大后减小
B. 通电后，其电功率先减小后增大
C. 当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在或不变
D. 当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在间的某一值不变

11. 温控电路常用于恒温箱、自动孵化器等，如图所示为一温控电路的工作原理图，主要由电磁继电器、热敏电阻、滑动变阻器、电源、电炉丝、开关组成，其中为衔铁，为金属触点，闭合开关后，当温度低于时，电炉丝自动通电供热，当温度超过时，又可以自动断电。则下列说法中正确的是(    )

A. 该热敏电阻的阻值随温度的升高而增大
B. 该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小
C. 要使升高，可将滑动变阻器滑片向右移动
D. 要使升高，可将滑动变阻器滑片向左移动

第II卷（非选择题）

三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）

12. 现要组装一个酒精测试仪，它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器，此传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化，规律如图甲所示。目前国际公认的酒驾标准是“酒精气体浓度”，醉驾标准是“酒精气体浓度”，提供的器材有：
                     图甲

A.二氧化锡半导体型酒精传感器                                               
B.直流电源电动势为，内阻不计
C.电压表量程为，内阻非常大，作为浓度表使用               
D.电阻箱最大阻值为
E.定值电阻阻值为                                                    
F.定值电阻阻值为

G.单刀双掷开关一个，导线若干

图乙是酒精测试仪电路图，请在图丙中完成实物连线；

电路中应选用定值电阻_________选填或；

为便于识别，按照下列步骤调节此测试仪：

电路接通前，先将电阻箱调为，然后开关向__________选填“”或“”端闭合，将电压表此时指针对应的刻度线标记为__________；

逐步减小电阻箱的阻值，电压表的示数不断变大，按照图甲数据将电压表上“电压”刻度线标为“酒精浓度”；

将开关向另一端闭合，测试仪即可正常使用。

某同学将调适好的酒精测试仪靠近酒精瓶口，发现电压表指针满偏，则测量的酒精浓度__________选填“有”或“没有”达到醉驾标准。

13. 传感器担负着信息的采集任务，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热敏传感器，主要是应用了半导体材料制成的热敏电阻将热学量转换为电学量，热敏电阻随温度变化的图象如图甲所示，图乙是由热敏电阻作为传感器制作的简单自动报警器线路图，问：

为了使温度过高时报警器铃响，应接在_________填“”或“”．

若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片点向______移动填“左”或“右”．

直流电源电动势为内阻不计，热敏电阻达到电阻大小为流过热敏电阻的电流超过时就会报警，为，则滑动变阻器应选择________

A.                 

四、计算题（本大题共3小题，共30.0分）

14. 如图所示为检测某传感器的电路图，传感器上标有“”的字样传感器可看作一个纯电阻，滑动变阻器上标有“ ”的字样，电流表的量程为，电压表的量程为。

根据传感器上的标注，计算该传感器的电阻和额定电流。

根据技术资料可知，如果传感器的电阻变化超过，则该传感器就失去了作用。实际检测时，将一个电压恒定的电源加在图中、之间，闭合开关，通过调节来改变电路中的电流和两端的电压。检测记录如下：

若不计检测电路的变化对传感器电阻的影响。通过计算分析，你认为这个传感器是否仍可使用？此时、间所加的电压是多少？

15. 某同学设计了一种测定风力的装置，其原理如图所示，迎风板与一轻弹簧的一端相接，穿在光滑的金属杆上。弹簧是绝缘材料制成的，其劲度系数，原长，均匀金属杆用电阻率较大的合金制成，迎风板面积，工作时总是正对着风吹来的方向。电路中左端导线与金属杆端相连，右端导线接在点并可随迎风板在金属杆上滑动，且与金属杆接触良好。限流电阻的阻值，电源的电动势，内阻。合上开关，没有风时，弹簧长度为原长，电压表的示数；如果某时刻由于风吹使迎风板向左压缩弹簧，电压表示数为，求：

金属杆单位长度的电阻；

此时作用在迎风板上的风力大小。

16. 如图所示是加速度计的示意图，被广泛地应用于飞机、潜艇、导弹、航天器等装置制导的信息源．系统加速时，由两弹簧连接在光滑支架上的敏感元件也处于加速状态，它下端连接的金属臂与敏感元件绝缘在滑动变阻器上可自由滑动，转换为电压信号输出．已知敏感元件质量为，两弹簧劲度系数均为，电源电动势为，无内阻，滑动变阻器总电阻为，有效长度为静止状态时，两弹簧处于原长，输出电压为．
    求：当系统加速度水平向左、向右两种情况时，加速度与输出电压的关系式．

答案和解析

1.【答案】 

【解析】系统在水平面内以角速度转动时，无论角速度增大还是减小，的电阻不变，根据闭合电路欧姆定律可知，电路中电流保持不变，与角速度无关，故A错误．设系统在水平面内以角速度转动时，弹簧伸长的长度为，则对元件，根据牛顿第二定律得，解得，故B错误．输出电压，解得，故C错误．当时角速度最大，则由，解得，故D正确．
 

2.【答案】 

【解析】

【分析】
本题考查化学实验方案的设计与评价，掌握常见物质的制备、气体的干燥、装置气密性的检查是解答关键。

【解答】
A.长颈漏斗的下端有一段水柱，形成密闭空间，因此可以通过抽拉注射器活塞检验该装置的气密性，A正确；
B.一氧化氮可以和空气中的氧气反应，不能用排空气法收集，B错误；
C.氨气可以和浓硫酸反应，不可以用该装置来干燥氨气，C错误；
D.可用稀硫酸与铁反应生成氢气和硫酸亚铁，氢气将装置中的氧气赶出，由于装置的结构，氢气不能将产生的硫酸亚铁赶入氢氧化钠溶液中，D错误。

3.【答案】 

【解析】甲在控制电路，所以甲是热敏电阻，根据要求，在常温下热敏电阻甲阻值较大，电磁铁磁性较弱，不能将衔铁吸下，此时绿灯所在电路接通，绿灯亮，所以丙为是绿灯泡；有险情时，温度升高，热敏电阻阻值较小，控制电路电流增大，电磁铁磁性增强，将衔铁吸下，丙所在电路断开，乙所在电路接通，电铃响，所以乙为小电铃。故选B。
 

4.【答案】 

【解析】

【分析】
该图中，温度控制电路的通断，当温度高于警戒温度时，电路接通；通路状态指示灯与电铃二者在显示电路中分属不同的支路，由此分析即可。
该题考查电磁继电器的应用，理解电磁继电器实质上是由电磁铁控制的开关，以及其原理是关键。
【解答】
、温度高于警戒温度时，控制电路的电磁铁中有电流通过，电磁铁有磁性，此时电铃通过常闭触点与工作电路接通，电路报警，此时通路状态指示灯的电路中没有电流，灯不亮，故AC错误；
、温度低于警戒温度时，控制电路处于开路状态，电磁铁没有电流通过，电磁铁没有磁性，此时指示灯通过常闭触点与工作电路接通，通路状态指示灯亮，电路不报警，故B错误，D正确。
故选：。  

5.【答案】 

【解析】门关上时，磁条与触发器刚好靠近在一起，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，因为铜没有磁性，选项B错误；
磁条无论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；
本装置利用的是磁体能够吸引磁性物体的特点，选项D错误。
 

6.【答案】 

【解析】由题意可知，恒温箱内温度恒定的条件是临界状态，设电路路端电压为，当时，有，解得，由题图乙得对应的温度为，选项C正确，、、D错误。
 

7.【答案】 

【解析】解：、当驾驶员坐在座位上启动汽车但未系安全带时，开关闭合；驾驶员对座位的压力增大，则电阻变小，根据欧姆定律可得通过的电流增大，则、两端电压升高，、两个端口直接接通，连通、所在支路，指示灯点亮，蜂鸣器报警，故AB错误；
、当驾驶员坐在座位上启动汽车并系上安全带时，开关断开；驾驶员对座位的压力增大，则电阻变小，根据欧姆定律可得通过的电流增大，则、两端电压升高，、两个端口直接接通，但、所在支路短路，指示灯熄灭，蜂鸣器不会报警，故C错误、D正确。
故选：。
 

8.【答案】 

【解析】当光线照射时，阻值减小，减小，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，所以选项A错误，B正确；
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，所以选项C正确，D错误。
 

9.【答案】 

【解析】电熨斗主要是利用双金属片的膨胀系数不同而自动控制温度的，选项A错误；
常温下，上下触点是接触的，温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离，选项B正确；
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，选项C正确；
电熨斗中的双金属片是金属材料，选项D错误。
 

10.【答案】 

【解析】从题中图线上可以看出，如果通电前的温度，通电后由于发热，温度升高致使电阻率减小，发热功率将进一步增大，形成正反馈效应，致使温度大于，随着温度的升高，电阻率增大，功率将减小，形成负反馈效应，发热功率的减小制约了温度的进一步升高。从以上分析可知时，温度会升高；时，温度会降低。故温控点在之间，即温度保持在间的某一值，选项A、D正确。
 

11.【答案】 

【解析】解：、热敏电阻阻值会随温度的变化而变化，电流也随之发生变化，当温度升高时、电流增大，当温度超过时，电磁继电器将会把衔铁吸下，电炉丝断开连接，故该热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，故A错误、B正确；
、电磁铁吸引衔铁时的电流是一定的，则此时电路的总电阻是一定的，是当滑动变阻器向右移动时，滑动变阻器阻值变大，对应的热敏电阻阻值减小，故温度升高；反之，当滑动变阻器向左移动时，温度降低，故C正确、D错误。
故选：。
 

12.【答案】连接图见解析；；；；有 

【解析】

【分析】
根据电路图连接实物图；
根据电压表的量程为，即当浓度最大时，不能超过量程，从而确定定值电阻的范围；
根据原理分析，结合甲图明确电压表的示数对应的酒精浓度刻度线标记；
根据实验原理结合电路结构和甲图分析。
本题是电压表改装为酒驾测试仪的应用及调试安装，要从题目所给的各种信息中找出有用的信息，根据欧姆定律和电路连接的各种关系，分调式、安装两大步进行完成。
【解答】
根据电路图连接实物图，如图所示：
；
由于电压表量程为，本实验电压表并联在定值电阻两端，由欧姆定律可得，定值电阻两端的电压为，  由图甲可知，，又，  得，解得，故选；
本实验采用替代法，用电阻箱的阻值替代传感器的电阻，先将电阻箱调到，结合中电路，开关应向端闭合；由图甲知对应的酒精气体浓度为，所以将电压表此时指针对应的刻度线标记为；
电压表指针满偏时，对应的半导体阻值，由甲图可知酒精气体浓度，达到了醉驾标准。  

13.【答案】；
左；
。 

【解析】

【分析】
本题考查学生对生活中半导体具体实例的了解情况。此外本题通过影响电阻的因素的实验，考查学生识图能力以及分析问题和解决问题的能力；分析清楚图示图象与图示电路图是解题的前提与关键。
当温度过高时报警铃响，此时报警铃所在电路为通路，分析图示图象与图示电路图确定应接在什么位置；
若使启动报警的温度提高些，即当温度较高时报警电路才接通，分析图示电路图判断滑片的移动方法；
根据题意应用欧姆定律求出报警铃响时电路电流，然后应用串联电路特点求出此时滑动变阻器的阻值，然后选择滑动变阻器；
【解答】
由图甲所示图象可知，随温度升高热敏电阻阻值减小，为了使温度过高时发送报警信；由图乙所示电路图可知，当热敏电阻阻值减小时，控制电路电流增大，线圈产生磁场变强，与弹簧相连的导线被吸到处，此时报警铃响，报警电路是通路，因此应接在处。
由图甲所示图象可知，温度升高热敏电阻阻值变小，要使启动报警器的温度提高，则热敏电阻阻值更小时才启动报警电路，此时滑动变阻器接入电路的阻值变小，由图乙所示电路可知，滑动变阻器应将点向左移动。
开始报警时控制电路总电阻为，此时滑动变阻器接入电路的阻值为：，滑动变阻器应选择。  

14.【答案】解：

 传感器的电阻 传感器的额定电流

传感器的电阻不变，但与额定电阻相比不同 设实际检测时加在、间的电压为，传感器的实际电阻为。 根据第一次检测记录数据有  根据第二次检测记录数据有  联立解得， 传感器的电阻变化 所以此传感器仍可使用，此时、间所加电压为。

【解析】见答案
 

15.【答案】解：

 设无风时金属杆接入电路的电阻为，风吹时接入电路的电阻为，由题意得

无风时 得 设金属杆单位长度的电阻为，则。

有风时 得 此时，弹簧长度 压缩量 则此时风力大小。

【解析】见答案
 

16.【答案】解：设静态时滑动变阻器的滑片距左端为处，加速时离开，静态时

运动时

联立解得

【解析】见答案