高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第2节 科学制作: 简单的自动控制装置图片ppt课件

课后素养落实(十四)　科学制作：简单的自动控制装置大显身手的传感器

(建议用时：40分钟)

◎题组一　简单的自动控制装置

1．有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，下列说法正确的是(　　)

A．两个传感器都是光电传感器

B．两个传感器分别是光电传感器和温度传感器

C．两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器

D．只有光照和温度都适合时排气扇才能工作

B　[题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动控制，由此可见两个传感器中一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇自动工作只需满足光照和温度其中的一个条件即可，选项A、C、D错误，选项B正确。]

2．(多选)如图所示是一种延时开关，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接触；当S1断开时，由于电磁感应作用，D将延迟一段时间才被释放，则(　　)

A．由于A线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用

B．由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用

C．如果断开B线圈的开关S2，无延时作用

D．如果断开B线圈的开关S2，延时将变长

BC　[由题意可知，当S1闭合时，电磁铁F将衔铁D吸下，C线路接通，这时虽然B线圈的开关S2闭合，但通过它的磁通量不变，所以没有电磁感应现象发生。当S1断开时，A线圈立即断路，不会发生电磁感应，但通过B线圈的磁通量减少，由于B线圈的电磁感应作用，才产生延时释放D的作用，选项B正确；如果此时断开B线圈的开关S2，则B线圈虽然产生感应电动势，但不产生感应电流，不能吸引衔铁D，无延时作用，选项C正确。]

3．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，以下说法中正确的是(　　)

A．温度升高至74 ℃时，L1亮灯报警

B．温度升高至74 ℃时，L2亮灯报警

C．温度升高至78 ℃时，L1亮灯报警

D．温度升高至78 ℃时，L2亮灯报警

D　[当温度低于78 ℃时，继电器线圈中没有电流，此时灯L1亮，但不报警；当温度升高到78 ℃时，继电器线圈有电流，磁铁吸下衔铁，灯L2被接通，所以灯L2亮且报警，温度升高至74 ℃时，只是灯L1亮，不会报警，故选项A、B、C错误，选项D正确。]

4．如图所示为用电源、电磁继电器、滑动变阻器、绿灯泡、小电铃、负温度系数半导体热敏电阻、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，则图中甲、乙、丙分别是(　　)

A．小电铃、半导体热敏电阻、绿灯泡

B．绿灯泡、半导体热敏电阻、小电铃

C．半导体热敏电阻、小电铃、绿灯泡

D．半导体热敏电阻、绿灯泡、小电铃

C　[甲的回路应为控制电路，甲当然为半导体热敏电阻。热敏电阻特点是温度高，电阻小，电流大，继电器工作，触头被吸下，乙被接通应报警，即乙是小电铃，平常时，温度低、电阻大、电流小，丙导通，丙应是绿灯泡，选项C正确。]

5．气体传感器利用物质的化学反应将某种气体的浓度转换成电信号输出，如图所示，B为将可燃气体或有毒气体(CO、CH4等)浓度转换为电信号的传感器，简称电子鼻。根据如下材料，U＝220 V的电源、M排风扇、G继电器、A控制电源、S控制开关。请设计一个家用自动排烟电路，在图中完成连线图。

[解析]　电磁继电器起开关作用，所以电池组、开关和电磁继电器应组成一个电路，另一个是由排风扇和高压电源组成的电路。

[答案]　如图所示

◎题组二　大显身手的传感器

6．模块机器人可以由下列几部分组成(　　)

A．触发传感器、执行器和小风扇

B．光敏电阻、触发传感器和执行器

C．声传感器、小灯泡和蜂鸣器

D．热敏电阻、控制器和蜂鸣器

D　[模块机器人由传感器、控制器和执行器三个模块组成，相当于人的感觉器官、大脑和肌肉。在四个选项中，A、B、C三个选项都没有控制器，所以A、B、C三个选项都错误，D正确。]

7．电子秤使用的传感器是(　　)

A．超声波传感器 B．温度传感器

C．压力传感器   D．红外线传感器

C　[电子秤通过感知物体对它的压力，将其转换为电信号，并由仪表显示，来测量物体质量，所以它感知的是压力，使用了压力传感器，故C选项正确。]

8．(多选)如图电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜导体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导体层内形成一个低电压交流电场，在触摸屏幕时，由于人体是导体，手指与内部导体层间会形成一个特殊电容(耦合电容)，四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。由以上信息可知，下列说法中正确的是(　　)

A．电容式触摸屏的两极板分别是导体层和手指

B．当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越大

C．当用手触摸屏幕时，手指与屏的接触面积越大，电容越小

D．当用手触摸屏幕时，手指和屏的接触面积的大小影响电容的大小

ABD　[电容式触摸屏在原理上把人的手指当作一个电容器元件的一个极板，把导体层当作另一极板，故选项A正确；手指和屏的接触面积大小会影响到电容大小，接触面积越大，即两极板的正对面积越大，电容越大，故选项B、D正确，C错误。]

9．如图甲(a)所示为一测量硫化镉光敏电阻特性的实验电路，电源电压恒定。电流表内阻不计，开关闭合后，调节滑动变阻器滑片，使小灯泡发光逐渐增强，测得流过电阻的电流和光强的关系曲线如图甲(b)所示，试根据这一特性由图乙中给定的器材设计一个自动光控电路。

[解析]　由光敏电阻的特性曲线可以看出，当入射光增强时，光敏电阻的阻值减小，流过光敏电阻的电流增大。

根据题意设计的自动光控电路如图所示。控制过程是：当有光照时，输入电流经过放大器输出一个较大的电流，驱动电磁继电器吸引衔铁使两个触点断开；当无光照时，输入电流减小，放大器输出电流减小，电磁继电器释放衔铁，使两个触点闭合，控制电路接通，灯开始工作。

[答案]　见解析图

1．(多选)如图所示，用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是(　　)

A．严重污染时，LDR是高电阻

B．轻度污染时，LDR是高电阻

C．无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定

D．该仪器的使用会因为白天和晚上受到影响

AD　[严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，A正确，B错误；LDR由半导体材料制成，受光照影响，电阻会发生变化，C错误；白天和晚上自然光的强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，D正确。]

2．(多选)家用电热灭蚊器电热部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等导体材料组成的电阻器，其电阻率ρ与温度t的关系如图所示。由于这种特性，PTC元件具有发热、控温双重功能，若电热灭蚊器环境温度低于t1，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t1或t2不变

D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1～t2间的某一值不变

AD　[从题图线上可以看出，如果通电前PTC的温度t＜t1，通电后由于发热的缘故，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t1，随着温度的升高，电阻率也增大，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，t＜t1时，温度会升高；t＞t2时，温度会降低。故温控点在t1～t2，即温度保持在t1～t2间的某一值。故A、D正确。]

3．一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度T变化的关系如图中实线①所示，由于环境温度以及熨烫的衣服厚度、干湿等情况不同，熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大范围内波动，易损坏衣物。

有一种用主要成分为BaTiO3被称为“PTC”的特殊材料作发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点，PTC材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示，根据图线分析：

(1)为什么处于冷态的“PTC”熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快？

(2)通电一段时间后电熨斗温度T自动稳定在________范围之内。

[解析]　(1)由于冷态时PTC材料电阻较小，故由P＝知，其发热功率较大，所以升温快。

(2)从图上看出，温度较低时，电阻较小，热功率较大，所以生热快于散热，温度升高，电阻值迅速增大，相应的生热功率减小，当生热功率小于散热功率时，电阻温度降低，电阻值减小，生热功率会相应增大，故当生热功率等于散热功率时，温度会稳定在图中T6～T7之间。

[答案]　(1)见解析　(2)T6＜T＜T7

4．为了节能和环保，一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制，光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱，光越强照度越大，照度单位为lx)。某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表：

(1)根据表中数据，请在给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线，并说明阻值随照度变化的特点。

(2)如图所示，当1、2两端所加电压上升至2 V时，控制开关自动启动照明系统。请利用下列器材设计一个简单电路，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗，照度降低至1.0 lx时启动照明系统，在虚线框内完成电路原理图。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)

提供的器材如下：

光敏电阻RP(符号，阻值见上表)；

直流电源E(电动势3 V，内阻不计)；

定值电阻：R1＝10 kΩ，R2＝20 kΩ，R3＝40 kΩ(限选其中之一并在图中标出)；开关S及导线若干。

[解析]　(1)光敏电阻的阻值随光照度变化的曲线如图甲所示。特点：光敏电阻的阻值随光照度的增大而非线性减小。

　甲　　　　　　　　　　乙

(2)控制开关自动启动照明系统，给1、2两端提供电压，要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统，即此时光敏电阻阻值为20 kΩ，两端电压为2 V，电源电动势为3 V，所以应加上一个分压电阻，分压电阻阻值为10 kΩ，即选用R1，电路原理图如图乙所示。

[答案]　见解析