选择性必修 第二册5.3 用传感器制作自动控制装置课时训练

5.3用传感器制作自动控制装置基础巩固2021—2022学年高中物理沪教版（2019）选择性必修第二册

一、选择题（共15题）

1．下列有关传感器的说法中错误的是(　 　)

A．汶川大地震时用的生命探测仪利用了生物传感器

B．“嫦娥二号”卫星星载的立体相机获取月球数据利用了光传感器

C．电子秤称量物体质量是利用了力传感器

D．火灾报警器能够在发生火灾时报警是利用了温度传感器

2．生活中的电子秤利用了传感器原理，电子秤称重时主要使用的是下列哪种传感器（　　）

A．超声波传感器 B．压力传感器 C．温度传感器 D．红外传感器

3．如图是测量汽车质量的地磅示意图，汽车的质量可通过电流表的示数读出，下列说法正确的是（　　）

A．电流表的示数越大说明被测汽车质量越大

B．电流表的示数越大说明被测汽车质量越小

C．把图中的电流表换成电压表同样能测量汽车的质量

D．地磅的最大量程只由弹簧的劲度系数决定，与电路的有关参数无关

4．传感器是在自动控制、航空航天等实际应用中常用的电学元件。下列可将光学量转化为电学量的传感器为（　　）

A．电视机遥控接收器

B．热敏电阻

C．霍尔元件

D．电阻应变片

5．人类发射的绕地球运转的航天器，所需要的电能主要由太阳能电池把太阳能转化为电能得到，因此要求太阳能电池板总是对准太阳，为达到这一要求应利用下列那种传感器来感知太阳的方位（　　）

A．温度传感器 B．力传感器

C．生物传感器 D．光传感器

6．传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、角度等）转换成电学物理量（如电压、电流、电量等）的一种元件。如图所示中的甲、乙、丙、丁是四种常见的电容式传感器，下列说法正确的是（　　）

A．甲图中两极间的电量不变，若电压减小，可判断出h变小

B．乙图中两极间的电量不变，若电压增大，可判断出θ变小

C．丙图中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，则x变小

D．丁图中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，则F变大

7．中国物联网校企联盟认为“传感器的存在和发展,让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官,让物体慢慢变得活了起来”.下列关于传感器的作用或应用不符合实际的是（     ）

A．热敏电阻是半导体材料制成,它是温度传感器的重要组成部分

B．干簧管是一种能感知磁场的敏感元件,在电路中是一个磁控开关

C．自动门和公共场所的非触摸式自动水龙头利用了紫外线传感器

D．家庭厨房里的可燃气体泄漏报警器是用气敏元件制成

8．传感器是一种采集信息的重要器件。如图所示是一种测定压力的电容式传感器。当待测压力F作用于可动膜片电极时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路，那么（　　）

①当F向上压膜片电极时，电容将减小       

②当F向上压膜片电极时，电容将增大

③若电流计有示数，则压力F发生变化       

④若电流计有示数，则压力F不发生变化。

A．①③ B．①④ C．②③ D．②④

9．下列关于传感器的说法中正确的是(　 　)

A．电子秤应用的是光传感器

B．电饭锅通过温度传感器实现温度的自动控制

C．干簧管是一种能够感知电场的传感器

D．霍尔元件能够把电学量转换为磁学量

10．生活中离不开物理，物理知识在生活中应用非常广泛，下列说法不正确的是

A．电饭锅是利用力传感器原理

B．光控路灯是利用光敏电阻传感器

C．变压器是利用了互感现象原理

D．电磁炉是利用交流电的涡流现象原理

11．某力敏电阻的阻值随着压力的增大而线性减小。一同学利用该力敏电阻设计了判断小车在水平方向上运动状态的装置。其工作原理如图甲所示，将力敏电阻和一块档板固定在绝缘小车上，之间放置一个光滑绝缘重物M，重物与挡板之间通过轻弹簧连接。某次实验中，电流表示数随时间变化关系如图乙所示、已知0-t1时间内，小车处于静止状态，则（　　）

A．0~t1时间内，弹簧处于压缩状态

B．t1~t2时间内，小车的加速度随时间均匀减小

C．t2~t3时间内，小车可能向左做匀减速直线运动

D．t2~t3时间内，小车可能向左做加速度增大的加速直线运动

12．随着生活水平的提高，电子秤已经成为日常生活中不可或缺的一部分，电子秤的种类也有很多，如图所示是用平行板电容器制成的厨房用电子秤及其电路简图。称重时，把物体放到电子秤面板上，压力作用会导致平行板上层膜片电极下移。则（　　）

A．电容器储存的电能减少

B．电容器的电容减小，带电荷量减小

C．膜片下移过程中，电流表有a到b的电流

D．电子秤是一个压力传感器，稳定后电容器两板间电压等于电源电动势

13．如图所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、电键K与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中。两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电荷量为＋q的小球。K断开时传感器上有示数，K闭合时传感器上恰好无示数。则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是（　　）

A．正在增加，

B．正在增加，

C．正在减弱，

D．正在减弱，

14．压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而增大。某同学利用压敏电阻设计了一个判断电梯运动状态的装置，其装置示意图如图1所示。将压敏电阻平放在电梯内，受压面朝上，在上面放一物体m，电梯静止时电流表示数为2I0．电梯在不同的运动过程中，电流表的示数分别如图2中甲、乙、丙、丁所示，则下列判断中正确的是（　　）

A．甲图表示电梯可能做匀加速上升运动

B．乙图表示电梯可能做匀减速上升运动

C．丙图表示电梯可能做匀加速下降运动

D．丁图表示电梯可能做匀减速下降运动

15．在制作光控电路实验中，某同学按图所示电路将元件安装完毕后，发现将装置置入黑暗环境中接通电源时，灯泡不发光，原因不可能是（　　）

A．二极管两极接反 B．R1与RG位置颠倒 C．R1阻值太小 D．灯泡被断路

二、填空题（共4题）

16．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断升降机运动状态的装置，如图所示，将压敏电阻固定在升降机底板上并接入电路，其上放置物块；合上电键后，在升降机运动过程的某一段时间内，发现电流表的示数I不变，且I大于升降机静止时电流表的示数I0，在这段时间内升降机的运动情况是___________，理由是___________。

17．将一个力传感器连接到计算机上，我们就可以测量快速变化的力，图中所示就是用这种方法测得的小滑块在半球形碗内在竖直平面内来回滑动时，对碗的压力大小随时间变化的曲线，从这条曲线提供的信息，可以判断滑块约每隔________s经过碗底一次；若滑块质量为0.1kg，半圆形碗的半径为15cm，则从图像中能观察到滑块运动过程中的最大速度为________m/s。

18．有一种角速度计可以测量航天器转动的角速度，其结构如图所示，角速度计固定在待测装置上，组件A可在光滑杆上滑动，静止时，电压表的示数刚好为零.当系统绕竖直轴OO’转动时，组件A在光滑杆上产生位移，电压表的示数发生变化，成为航天器制导系统的信息源，已知A的质量为m，弹簧的劲度系数为k，自然长度为，电源的电动势为E，内阻不计，滑动变阻器B的总长度为l，当系统以角速度转动时，电压表的示数U与的函数关系为_____

19．如图（甲）所示是一种测量血压的压力传感器在工作时的示意图.薄金属片P固定有4个电阻R1、R2、R3、R4，如图（乙）所示，4个电阻的形状会跟着薄金属片受压而变化，左边是它的侧面图，这4个电阻连接成电路如图（丙）所示，它为什么能测量血压？其工作原理是：当O点加一个压力F后薄金属片P发生形变，这时4个电阻也随之发生形变，形变能使各电阻大小发生变化，使A点与B点之间产生电势差．血压越高，压力越大，金属片形变越显著，电阻变化越大，因此电压表的示数越大，于是就可根据电压表的示数大小测量血压的高低了．请分析各图并回答下列问题：

（1）开始时金属片中央O点未加任何压力，欲使电压表无示数，这4个电阻之间的关系应满足______________.

（2）当O点加一个压力F后发生形变，这时4个电阻也随之发生形变，形变后各电阻大小如何变化？R1、R4____________； R2、R3____________.（选填“变小”或“不变”或 “变大”）

（3）电阻变化后，电路的A、B两点哪点电势高？_______.

三、综合题（共4题）

20．用负温度系数的热敏电阻作为传感器，设计一个简单的自动控制装置，可供选择的器材如下：热敏电阻、小灯泡（或门铃）、电池组、继电器、滑动变阻器、开关，导线等。要求：温度高时，灯泡亮或门铃报警。请选出需要的器材，画出原理图，并作简要说明。

21．传感器是把非电学量（如速度、温度、压力等）的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用．有一种测量人的体重的电子秤，其测量部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器R（电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻）和显示体重大小的仪表A（实质是理想电流表）组成．压力传感器表面能承受的最大压强为1×107Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如表所示．设踏板和压杆的质量可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8V，取g=10m/s2．请作答：

（1）该秤零点（即踏板空载时）的刻度线应标在电流表刻度盘何处？

（2）如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20mA，则这个人的质量是多少？

22．图为光电式转速表原理图，请说明其工作原理．

23．有一仪器中电路如图所示，其中M是质量较大的金属块，将仪器固定在一辆汽车上，汽车启动时和急刹车时，发现其中一盏灯亮了，试分析是哪一盏灯亮了．

参考答案：

1．D

2．B

3．A

4．A

5．D

6．D

7．C

8．C

9．B

10．A

11．AD

12．D

13．B

14．D

15．C

16．     向下匀加速运动或向上匀减速运动。    

运动时电流I大于静止时电流I0，说明路端电压增大，电源内电压减小，所以干路的电流减小，流过压敏电阻的电流减小，可以判断压敏电阻增大。由于压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，所以压力减小，物块处于失重状态，加速度向下，又由于电流不变，所以加速度不变，电梯做向下的匀加速运动或向上的匀减速运动。

17．     1.0     0.95

18． ；

19．          变大     变小     A点

20．原理图如图所示，其工作过程是：闭合开关S，把继电器、热敏电阻和电池组接通，由于热敏电阻的温度较低，它的阻值较大，使通过继电器的电流较小，不足以把铁片吸下来，所以小灯泡中没有电流通过，是熄灭的；当热敏电阻的温度升高到某一特定值后，它的阻值迅速减小，使通过继电器的电流迅速增大，电磁铁产生较强的磁场将铁片吸下来与触点P连接，将小灯泡与电池组接通，小灯泡发光。当热敏电阻的温度降到某特定温度以下时，它的电阻值迅速增大，使通过继电器的电流减小，铁片被弹簧拉动而离开触点P，小灯泡熄灭。这样，由热敏电阻的温度变化可引起继电器回路的电流变化，从而达到控制小灯泡亮、灭的目的。

21．（1）应标在电流表刻度盘1.6×10-2A处（2）50kg

22．

光源1发出的光线经透镜2会聚成平行光束照到被测旋转物3上，光线被事先粘贴在旋转物体上的反光纸4反射回来，经透镜5聚焦落在光敏二极管6上，它产生与转速对应的电脉冲信号，转速快慢不同，接收的脉冲信号数量多少不同，经信号处理电路处理后，由显示器10显示出每分钟或每秒钟的转数即转速。

23．汽车启动时绿灯亮，急刹车时红灯亮