物理选择性必修 第二册第三节 用传感器制作自动控制装置巩固练习

课时跟踪检测（十八）  用传感器制作自动控制装置

1．如图所示为小型电磁继电器的构造示意图，其中L为含铁芯的线圈，P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱。电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求，其工作方式是(　　)

A．A与B接信号电压，C与D跟被控电路串联

B．A与B接信号电压，C与D跟被控电路并联

C．C与D接信号电压，A与B跟被控电路串联

D．C与D接信号电压，A与B跟被控电路并联

解析：选A　由题图可知A、B是电磁继电器线圈，所以A、B应接信号电压，线圈随信号电压变化使电磁继电器开关闭合或断开，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用，故选项A正确。

2．(多选)世界首台500 kV高温超导限流器在南方电网调试成功，标志着我国在超高压超导电力应用领域取得重大突破。高温超导限流器如图所示，超导限流器由超导部件和限流电阻并联组成，超导部件有一个超导临界电流Ic，当通过限流器的电流I＞Ic时，将造成超导体“失超”，即从超导态(本题认为电阻为零)变为正常状态(本题认为是一个纯电阻)，以此来限制电力系统故障电流，已知超导部件正常电阻R1＝3 Ω，超导临界电流Ic＝1.2 A，限流电阻R2＝6 Ω，小灯泡L上标有“6V　6W”，电源电动势E＝8 V，内阻r＝2 Ω。原来电路正常工作，现在L突然短路，则(　　)

A．短路前通过超导部件的电流为 A

B．超导部件将由超导态转变为正常态

C．短路后通过超导部件的电流为 A

D．短路后通过超导部件的电流为2 A

解析：选BC　小灯泡上标有“6 V　6 W”，故该灯泡的电阻RL＝6 Ω，短路前超导部件处于超导态，电路的总电阻R＝RL＋r＝8 Ω，总电流I＝＝1 A，通过超导部件的电流为I1＝1 A，选项A错误。短路后超导部件处于正常状态，R1＝3 Ω，超导部件与R2并联后的总电阻为2 Ω，电路的总电阻R′＝4 Ω，总电流I′＝＝2 A，通过超导部件的电流I1′＝I′＝ A，选项B、C正确，选项D错误。

3．(1)如图甲所示为某宾馆的房卡，只有把房卡插入槽中，房间内的灯和插座才会有电。房卡的作用相当于一个________(填电路元件名称)接在干路上。

(2)如图乙所示，当房客进门时，只要将带有磁铁的卡P插入盒子Q中，这时由于磁铁吸引簧片，开关B就接通，通过继电器J使整个房间的电器的总开关接通，房客便能使用室内各种用电器。当继电器工作时，c、d相吸，a、b便接通。请你将各接线端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10适当地连接起来，构成正常的电门卡电路。

解析：(1)房卡可以控制房间内的灯和插座，不插入槽中，所有房间内的灯和插座都不工作，所以房卡相当于干路上的开关。

(2)将开关B与电源E、线圈连成一个回路；将三个灯泡所在电路与交流电流接成回路，即按8—7,4—5,6—9,1—3,2—10连接起来，构成正常的电门卡电路如图所示。

答案：(1)开关　(2)见解析图

4.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，电灯熄灭。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，电灯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。

解析：开关K按下前，S为断开，有电流经过发光二极管，故发光二极管是发光的。当按下开关K后，延时开关S闭合，二极管和R被短路，二极管不发光，由于延时开关S约1 min后断开，故电灯L能持续发光1 min，由于R为限流电阻，且二极管只要有很小的电流通过就能发光，故应满足R≫RL。

答案：发光的　1　熄灭的　≫

5．用压敏电阻可制成压力传感器，它受到的压力越大，输出的电压就越大，用它可以对汽车称重。经实测，某压力传感器输出电压与力的关系式为U＝×10－5F，将该压力传感器水平放置，并和电阻箱R′(最大电阻999.9 Ω)及部分其他器材组成了如图所示的电路，闭合开关S，当线圈中的电流I≥20 mA时，电磁继电器的衔铁被吸合。已知继电器线圈的电阻为30 Ω，继电器控制电路的电压由传感器的输出电压U提供。(假设U不受继电器电路影响)

(1)当压力增加到一定程度时，电铃报警，说明汽车超载，则图中电铃应接在________(选填“A、B”或“C、D”)两端。

(2)为使车重G≥3.6×105 N时启动报警系统，则电阻箱R′的电阻应调节到________Ω。

(3)通过调整电阻箱R′的阻值，可以调整报警车重，能使该装置报警的最小车重为________N。

解析：(1)当压力增大到一定程度时，压力传感器输出电压达到一定数值，线圈中电流大于或等于20 mA时，电磁继电器的衔铁被吸合，C、D间的电路就会被接通，因此电铃应接在C、D之间。

(2)当F＝3.6×105 N时，由U＝×10－5F，可得U＝3 V，而使得电磁继电器的衔铁被吸合的最小电流为20 mA，故电路总电阻R总＝ Ω＝150 Ω，所以电阻箱接入电路的阻值R′＝R总－R线＝150 Ω－30 Ω＝120 Ω。

(3)因为使电磁继电器衔铁被吸合的最小电流I＝20 mA＝0.02 A，继电器线圈的电阻R线＝30 Ω，所以要使该装置报警，压力传感器输出的电压最小值为U最小＝IR线＝0.02 A×30 Ω＝0.6 V，由公式可知，输出电压为0.6 V时，对应的压力为7.2×10 4 N。

答案：(1)C、D　(2)120　(3)7.2×104

6．电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度，将光敏电阻Rx和定值电阻R0接在9 V的电源上，光敏电阻阻值随照度变化关系如表所示：

“照度”是表示光的强弱的物理量，单位为勒克斯(lx)

(1)当强度为4 lx时光敏电阻Rx的阻值大小为______Ω。

(2)其原理是光照增强，光敏电阻Rx阻值变小，施加于玻璃两端的电压降低，玻璃透明度下降，反之则玻璃透明度上升。若电源电压不变，R0是定值电阻，则下列电路图中符合要求的是________(填序号)。

解析：(1)由表格数据可知，光敏电阻Rx与照度的乘积均为18 Ω·lx不变，则当照度为4 lx时，光敏电阻的阻值：Rx＝ Ω＝4.5 Ω。

(2)由题意可知，光敏电阻Rx与定值电阻R0串联连接，光照增强时，光敏电阻Rx阻值减小，电路中的总电阻减小，由I＝可知，电路中的电流增大，由U＝IR可知，R0两端的电压增大，因串联电路中电压等于各分电压之和，所以Rx两端的电压减小，反之，光照减弱时，光敏电阻Rx阻值增大，R0两端的电压减小，Rx两端的电压增大，则玻璃并联在R0两端时不符合，玻璃并联在Rx两端时符合，故A项错误，C项正确；若玻璃与电源并联，光照变化时，玻璃两端的电压不变，故B、D项错误。

答案：(1)4.5　(2)C

7．高二物理课外兴趣小组的一同学在科技创新大赛中根据所学物理知识设计了一种“闯红灯违规证据模拟记录器”，如图(a)所示，它可以通过拍摄照片来记录机动车辆闯红灯时的情景。它的工作原理是：当光控开关接收到某种颜色光时，开关自动闭合，且当压敏电阻受到车的压力，它的阻值变化引起电流变化达到一定值时，继电器的衔铁就被吸下，工作电路中的电控照相机就工作，拍摄违规车辆。光控开关未受到该种光照射就自动断开，衔铁不被吸引，工作电路中的指示灯发光。

(1)要记录违规闯红灯的情景，光控开关应在接收到________光(填“红”“绿”或“黄”)时自动闭合。

(2)已知控制电路电源电动势为6 V，内阻为1 Ω，继电器电阻为9 Ω，当控制电路中电流大于0.06 A时，衔铁会被吸下。则只有质量超过________kg的车辆违规时才会被记录。(重力加速度取10 m/s2)

解析：(1)因是“闯红灯违规证据模拟记录器”，故光控开关应在接收到红光时自动闭合。

(2)由闭合电路欧姆定律I＝可得，≥0.06 A，其中继电器电阻R1＝9 Ω，电源内阻r＝1 Ω，可解出R≤90 Ω，再由R­F图像可读出当R＝90 Ω时F＝4 000 N，由G＝ mg可求出m＝400 kg，故只有质量超过400 kg的车辆违规时才会被记录。

答案：(1)红　(2)400