高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第五章 传感器3 利用传感器制作简单的自动控制装置练习

5.3利用传感器制作简单的自动控制装置同步练习2021—2022学年高中物理人教版（2019）选择性必修第二册

一、选择题（共16题）

1．利用光敏电阻制作的光传感器，记录了传送带上工件的输送情况．如图甲所示为某工厂成品包装车间的光传感器记录器，光传感器B能接收到发光元件A发出的光．每当工件挡住A发出的光时，光传感器就输出一个电信号，并在屏幕上显示出电信号与时间的关系如图乙所示．若传送带始终匀速运动，每两个工件间的距离为0.2m，则下述说法正确的是（　　）

A．该传送带每小时输送1800个工件 B．该传送带每小时输送7200个工件

C．传送带运动的速度是0.2m/s D．传送带运动的速度是0.1m/s

2．用于火灾报警的离子烟雾传感器如图所示,在网罩Ⅰ内有电极Ⅱ和Ⅲ,a、b端接电源,Ⅳ是一小块放射性同位素镅241,它能放射出一种很容易使气体电离的粒子.平时,镅放射出的粒子使两个电极间的空气电离,在a、b间形成较强的电流.发生火灾时,烟雾进入网罩内,烟尘颗粒吸收空气中的离子和镅发出的粒子,导致电流发生变化,电路检测到这种变化从而发生警报.下列有关这种报警器的说法正确的是

A．镅241发出的是α粒子,有烟雾时电流减弱

B．镅241发出的是α粒子,有烟雾时电流增强

C．镅241发出的是β粒子,有烟雾时电流减弱

D．镅241发出的是β粒子,有烟雾时电流增强

3．温度传感器广泛应用于家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化的特性来工作的.图甲所示为某装置中的传感器工作原理图，已知电源的电动势，内电阻不计，G为灵敏电流表，其内阻保持不变；R为热敏电阻，其阻值随温度的变化关系如图乙所示.闭合开关S，当R的温度等于时，电流表示数；当电流表的示数时，热敏电阻的温度是（　　）

A． B． C． D．

4．如图所示为一种温度自动报警器的原理图，在水银温计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的（）

A．温度升高至74℃时，灯亮报警

B．温度升高至74℃时，灯亮报警

C．温度升高至78℃时，灯亮报警

D．温度升高至78℃时，灯亮报警

5．已知光敏电阻在没有光照射时电阻很大，并且光照越强阻值越小，利用光敏电阻作为传感器设计了如图所示电路，电源电动势E和内阻r不变，当光照强度增强时，则

A．电灯L变亮

B．光敏电阻两端的电压减小

C．变阻器R的功率减小

D．电源的输出功率增大

6．如图所示为一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是（　　）

A．温度升高至时，亮灯报警 B．温度升高至时，亮灯报警

C．温度升高至时，亮灯报警 D．温度升高至时，亮灯报警

7．如图所示是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图。门打开时，红外光敏电阻R3受到红外线照射，电阻减小；门关闭时会遮蔽红外线源（红外线源没有画出）。经实际试验，灯的亮、灭情况的确能反映门的开、关状态。门打开时两灯的发光情况及R2两端电压UR2与门关闭时相比（　　）

A．红灯亮，UR2变大 B．绿灯亮，UR2变大

C．绿灯亮，UR2变小 D．红灯亮，UR2变小

8．对于常见的可燃气体浓度的检测，现在一般用催化燃烧检测器．它的原理如下：传感器的核心为一惠斯通电桥，其中一桥臂上有催化剂，当与可燃气体接触时，可燃气体在有催化剂的电桥上燃烧，该桥臂的电阻发生明显变化，其余桥臂的电阻不变化，从而引起整个电路的输出发生变化，而该变化与可燃气体的浓度成比例，从而实现对可燃气体的检测．由此可推断有催化剂的桥臂上的电阻材料为(　   　)

A．铜 B．合金 C．半导体 D．绝缘体

9．如图所示，R是光敏电阻，当它受到的光照强度增大时，电阻减小，则(        )

A．灯泡L变暗

B．光敏电阻R上的电压增大

C．电压表V的读数增大

D．电容器C的带电荷量增大

10．图甲是在温度为10℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1=20 kΩ，R2 =10 kΩ，R3 =40 kΩ，Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示。当a、b端电压Uab ≤ 0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当a、b端电压Uab>0时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在（ ）

A．10℃

B．20℃

C．35℃

D．45℃

11．图是一位同学设计的防盗门报警器的简化电路示意图.门打开时，红外光敏电阻受到红外线照射，电阻减小；门关闭会遮蔽红外线源（红外线源没有画出），经实际试验，灯的亮、灭能反映门的开、关状态.与门关闭时相比，门打开时两灯的发光情况以及两端的电压变化情况分别是（）

A．红灯亮，变大

B．绿灯亮，变大

C．绿灯亮，变小

D．红灯亮，变小

12．下列有关传感器的说法错误的是（　　）

A．光电门能够记录遮光条的挡光时间，应用的是位移传感器

B．电子秤利用的是压力传感器

C．电饭煲能自动加热和保温而不会把饭烧焦，应用的是温度传感器

D．走近自动门时，门会自动打开，应用的是红外传感器

13．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

14．如图所示的电路中，R1、R2、R3分别是热敏电阻、可变电阻、光敏电阻，热敏电阻随着温度的升高电阻减小，光敏电阻随着光照的增强电阻减小，L1、L2是两个相同的灯泡，闭合电键K后，两个灯泡均能正当发光，电源的电动势、内阻恒定，过一会儿，发现两个灯泡都变亮了，可能原因是

A．对R3的光照变强了

B．环境的温度变高厂

C．可变电阻R2的阻值变大了

D．可变电阻R2的阻值变小了

15．夜间，居民楼的楼道里只是偶尔有人经过，“长明灯”会造成浪费.科研人员利用“光敏” 材料制成“光控开关”——天黑时自动闭合，天亮时自动断开；利用“声敏”材料制成“声控 开关”——当有人走动发出声音时自动闭合，无人走动时自动断开.若将这两种开关配合 使用，就可以使楼道里的灯变的“聪明”.这种“聪明”的电路是图中的（）

A． B．

C． D．

16．如图所示，会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图:罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时光电三极管接收不到LED发出的光,呈现高阻状态．发生火灾时，下列说法正确的是(　　)

A．进入罩内的烟雾遮挡住了光线，使光线三极管电阻更大,检测电路检测出变化发出警报

B．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报

C．光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报

D．以上说法均不正确

二、填空题（共4题）

17．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。(        )

18．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___________。

19．现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要求当热敏电阻的温度达到或超过60 ℃时，系统报警．提供的器材有：热敏电阻，报警器（内阻很小，流过的电流超过时就会报警），电阻箱（最大阻值为999.9 Ω），直流电源（输出电压为U，内阻不计），滑动变阻器（最大阻值为1 000 Ω），滑动变阻器（最大阻值为2 000 Ω），单刀双掷开关一个，导线若干．

在室温下对系统进行调节，已知U约为18 V，约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温度升高而减小，在60 ℃时阻值为650.0 Ω．

（1）在答题卡上完成待调节的报警系统原理电路图的连线_________．

（2）在电路中应选用滑动变阻器________（填“”或“”）．

（3）按照下列步骤调节此报警系统：

①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻值，根据实验要求，这一阻值为______Ω；滑动变阻器的滑片应置于______（填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是______．

②将开关向______（填“c”或“d”）端闭合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至______．

（4）保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关向另一端闭合，报警系统即可正常使用．

20．在《传感器的应用实验》的光控电路中，用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻所示．当光敏电阻RG受到光照时，斯密特触发器的输出端Y出现电平________（填“高”或“低”）；当把光遮住时，输入端A出现电平________（填“高”或“低”）；如果试验中发现天很暗时路灯还没点亮，应将可变电阻R1的阻值调________一些（填“大”或“小”）．

三、综合题（共4题）

21．工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事故，工厂中大都是利用光电控制设备来避免事故发生的。如图所示为光控继电器的示意图，它由电源、光电二极管（当有光照射时，二极管导通，没有光照时，二极管截止）、放大器、电磁继电器等几部分组成。这样，当工人不慎将手伸入危险区域时，由于遮住了光线，光控继电器衔铁立即带动开关，使机床停止工作，避免事故发生。请简述光控继电器的原理。

22．电饭锅中应用了温度传感器，它的主要元件是感温铁氧体，其特点是：常温下感温铁氧体具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约103℃时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了。这个温度在物理学中称为该材料的“居里点”。电饭锅的结构如图所示，请结合温度传感器的特点回答以下问题：

(1)开始煮饭时为什么要压下开关按钮？手松开后这个按钮是否会恢复到图示状态？为什么？

(2)煮饭时水沸腾后锅内还有一定水分时，为什么锅的温度会保持100℃而不会持续升高？

(3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会有什么变化？这时电饭锅会自动地发生哪些动作？

(4)如果用电饭锅烧水，能否在水沸腾后自动断电？

23．如图所示为一种常见的身高、体重测量仪。测量仪顶部向下发射波速为v的超声波，超声波经反射后返回，被测量仪接收，测量仪记录发射和接收的时间间隔。质量为M0的测重台置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比。当测重台没有站人时，测量仪记录的时间间隔为t0，输出电压为U0，某同学站上测重台，测量仪记录的时间间隔为t，输出电压为U，求该同学的身高和质量。

24．夜晚，楼梯上漆黑一片，但随着我们的脚步声响，楼梯灯亮了；我们登上一层楼，灯光照亮一层楼，而身后的灯则依次熄灭，这种楼梯灯好像能 “听到”我们的到来，能“看见”我们的离去，之所以能如此，是因为电路中安装了光声控延时开关，探究这种开关有什么转换器件。

参考答案：

1．C

2．A

3．D

4．D

5．B

6．D

7．D

8．C

9．D

10．C

11．D

12．A

13．C

14．A

15．D

16．B

17．     光敏电阻    

18．     熄灭     大

19．     连线如图所示：

     R2     650.0     b     接通电源后，流过报警器的电流会超过20 mA，报警器可能损坏     c     报警器开始报警

20．     高；     高；     小；

21．当光照射光电二极管时，二极管导通，电路中通电流，经放大器放大后把M磁化，将衔铁吸住，使开关闭合，使机床工作；当将手伸入危险区域时，由于遮住了光线，二极管截止，电路断开，没有电流，此时M失去磁性，对衔铁没有吸引力，衔铁在弹簧弹力的作用下离开M，开关断开，机床停止工作。

22．

(1)开始煮饭时，用手压下开关按钮，使永磁体与感温磁体相吸；手松开后，按钮不再恢复到图示状态，因此时感温铁氧体相吸会吸引永磁体，电路接通，电饭锅加热；

(2)在1标准大气压下水的沸点是100℃，即水在沸腾后温度为100℃，此时继续吸热，温度不会升高；

(3)饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会上升至103℃；此时感温铁氧体便失去了铁磁性会自动断电；

(4)如果在1标准大气压下用电饭锅烧水，水在沸腾后温度为100℃，不会自动断电。

23．，

24．光敏感元件、声敏感元件