高中物理人教版 (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优秀综合训练题

这是一份高中物理人教版 (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优秀综合训练题，共8页。试卷主要包含了知识掌握，巩固提高等内容，欢迎下载使用。


模块一 知识掌握
知识点一 门窗防盗报警装置
【重难诠释】
1.实验器材和装置
干簧管作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在．继电器(虚线框部分)作为执行装置．发光二极管LED作为电路正常工作提示，R为发光二极管的限流电阻，起保护作用．蜂鸣器H作为报警提醒．电路设计如图．
2．电路工作原理
当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两簧片被磁化相吸，继电器接通而工作．当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电，动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警．
3．实验操作
(1)检查干簧管．用磁体直接靠近干簧管，观察干簧管簧片能否正常动作．
(2)连接电路．连接电路前，要检查其他元件是否也能正常工作．
(3)接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象．
知识点二 光控开关
【重难诠释】
1．实验器材和装置
光敏电阻完成光信号向电信号的转变．晶体三极管将电流进行放大，同时具有完成断路和接通的开关作用．发光二极管LED模仿路灯．电路设计如图甲．
为了能够驱动更大功率的负载，需用继电器来启、闭另外的供电电路，如图乙所示．
2．电路工作原理
(1)光较强时，光敏电阻阻值小，三极管不导通，继电器断路，处于常开状态，小灯泡L不亮．
(2)光较弱时，光敏电阻阻值变大，三极管导通，产生较大的集电极电流，点亮发光二极管或驱动继电器吸合，点亮小灯泡L.
3．实验操作
(1)连接电路，检查无误后，接通电源．
(2)用白光照射光敏电阻，调节R1，使发光二极管LED或小灯泡L刚好不发光．
(3)减弱光敏电阻的光照强度，当光减弱到某种程度时，发光二极管LED或小灯泡L发光．
(4)让光照加强，当光照强到某种程度时，发光二极管LED或小灯泡L熄灭．
知识点三 自动控制电路的分析与设计
【重难诠释】
设计自动控制电路时，一般按照以下的思路进行。
(1)根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作电路。
控制电路由电源、开关、光敏电阻(或热敏电阻等其他敏感元件)、电磁继电器和导线等组成；工作电路由电源、用电器(灯泡、电热丝或其他用电器)、导线等组成。这两个电路相互独立，又通过电磁继电器相关联，电磁继电器实际上是工作电路的开关。
(2)分析自控电路的合理性。
电路设计完成后，要对它的合理性进行分析，用光照射光敏电阻或对热敏电阻加热，检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求。例如，自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路，使路灯熄灭，晚上接通工作电路，使路灯发光。
（多选）（2022秋•包头月考）如图是苹果自动分拣装置的示意图。该装置把大小不同的苹果，按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。R1为压力传感器。R2为可调电阻，R2两端电压越大，电磁铁对分拣开关的衔铁吸引越强（ ）
A．压力越大R1越大
B．压力越大R1越小
C．调节R2的大小可以起到保护电路的作用
D．调节R2的大小可以改变苹果筛选的标准
【解答】解：AB、苹果越重，R1电阻越小，两端电压越小，R2两端电压越大，电磁铁吸力越强，大果会进入下端分拣口，要求压力越大R1越小，故A错误，B正确；
CD、调节R2不同阻值即是为调节R2自身电压，从而实现改变苹果的筛选标准，故C错误，D正确；
故选：BD。
（2019春•华安县校级期末）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R1作为传感器制作的简单自动报警器线路图，问：
（1）为了使温度过高时报警器铃响，c应接在 （填“a”或“b”）。
（2）若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片P点向 移动（填“左”或“右”）。
（3）直流电源电动势为18V（内阻不计），热敏电阻R1达到100℃电阻大小为600Ω．流过热敏电阻R1的电流超过Ic时就会报警，Ic为10mA，则滑动变阻器应选择
A．R2（0﹣200Ω） B．R2（0﹣1000Ω） C．R2（0﹣2000Ω）
【解答】解：（1）根据图甲坐标系中曲线的趋势可以得出，电阻随温度的升高而减小，因此热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，为了使温度过高时发送报警信息，则热敏电阻阻值最小，开关c应该接在a处，
（2）若使报警的最低温度提高些电路中电阻增大，则滑动变阻R应将P点向左移动。
（3）根据闭合电路欧姆定律Ic
代入数据解得R＝1200Ω．所以滑动变阻器要选 0﹣2000Ω的，故选：C
故答案为：（1）a （2）左；（3）C
模块二 巩固提高
（多选）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。热敏电阻阻值随温度变化的图线如图甲所示，图乙是由热敏电阻RT作为传感器制作的简单自动报警器的线路图。则下列说法正确的是（ ）
A．为了使温度过高时报警器响铃，c应接在a处
B．为了使温度过高时报警器响铃，c应接在b处
C．若使启动报警的温度提高些，应将滑动变阻器滑片P向右移动
D．如果在调试报警器达到最低报警温度时，无论如何调节滑动变阻器滑片P都不能使报警器工作，且电路连接完好，各电路元件都能处于工作状态，则造成工作电路不能正常工作的原因可能是乙图中左边电源电压太低
【解答】解：AB、由热敏电阻随温度变化的图线可知，温度越高电阻越小，电流增大，电磁铁的引力增加，吸引弹簧向a运动，故A正确，B错误；
C、若使启动报警的温度提高些，即热敏电阻阻值再小些，则滑动变阻器的阻值应再大些，滑片P向左移动，故C错误；
D、造成工作电路不能正常工作的原因可能是题图乙中左边电源电压太低，或者线圈的匝数太少，或者弹簧的劲度系数太大等，故D正确。
故选：AD。
（2023•镇海区模拟）如图甲所示为苹果自动分拣装置的示意图，该装置把大小不同的苹果，按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在一个以O1为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在压力传感器R上，R的阻值随压力变化的曲线如图乙所示。调节托盘秤压在杠杆上的位置，使质量等于分拣标准（0.20kg）的大苹果经过托盘秤时，杠杆对R的压力为1N。调节可调电阻R0，可改变R、R0两端的电压比，使质量等于分拣标准的大苹果通过托盘秤时，R0两端的电压恰好能使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁，此电压叫做放大电路的激励电压。该放大电路中包含保持电路，能够确保大苹果在衔铁上运动时电磁铁始终保持吸动状态。
（1）该自动分拣装置正常工作时，大苹果通过 （填“通道A”、“通道B”）。
（2）若电源电动势为5V，内阻不计，放大电路的激励电压为2V，为使该装置达到上述分拣目的，R0的阻值等于 kΩ。（结果保留两位有效数字）
（3）小镇同学想在托盘秤压在杠杆上的位置不变的情况下，利用一块电压表测出每个苹果的质量，且电压表的示数随苹果质量的增大而增大，则电压表应该并联在电阻 （填“R”、“R0”或“电源”）两端，苹果质量与电压表示数 （填“均匀”、“不均匀”）对应。
【解答】解：（1）大苹果通过托盘秤时，R0两端的电压达到放大电路的激励电压，使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁，大苹果进入下面的通道B。
（2）杠杆对R的压力为1 N，R阻值为30 kΩ，为使该装置达到上述分拣目的，R0的阻值需满足

则R0＝20kΩ
（3）随着苹果质量增大，R阻值减小，分压减小，电源电动势不变，R0分压增大，为了满足电压表的示数随苹果质量的增大而增大，需要将电压表并联在R0两端。
由图乙可知R的阻值随压力的增大而减小，且不是线性变化关系。电压表示数为R0两端的电压。苹果质量与压力传感器上的压力成正比，由闭合电路欧姆定律得，电路中的电流与苹果质量不是线性变化关系。苹果质量与电压表示数不均匀对应。
故答案为：（1）通道B；（2）20；（3）R0；不均匀
某同学利用传感器测量某小球运动时受到的平均空气阻力，其所用的实验装置如图甲所示，将质量为m、直径为d的金属小球从距红外线的高度为h处由静止释放，小球正下方固定着一台红外线计时器，能自动记录小球挡住红外线的时间t，d＜＜h。
（1）用游标卡尺测得小球的直径如图乙所示，则小球的直径d＝ cm。
（2）小球下落高度h时的速度大小v＝（用测得的物理量符号表示）。
（3）已知当地重力加速度大小为g，根据题中所给的数据，可知小球在这段运动过程中受到的平均空气阻力的大小f＝（用测量量和已知量的符号表示）。
【解答】解：（1）游标卡尺的固定刻度读数为9mm＝0.9cm，游标尺上第7个刻度游标读数为0.1mm×6＝0.6mm＝0.06cm，
所以最终读数为：0.9cm+0.06cm＝0.96cm；
（2）根据某点的瞬时速度用短时间内的平均速度代替得小球下落高度h时的速度大小v；
（3）小球下落到测速器的过程中，由动能定理得mgh﹣fhmv2﹣0，
v，解得f。
故答案为：（1）0.96；（2）；（3）。