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综合训练题

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考点一 门窗防盗报警装置
1．图甲为一种家用门磁防盗报警器，由磁条和主机组成，门窗均可使用，乙图为其原理示意图，安装时，将磁条固定在门框上，主机安装在与其等高的门板边缘，门关上时，两者刚好靠在一起。当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声。下列说法正确的是( )

A．触发器内是一个开关，当主机与磁条靠近时，开关是断开的
B．触发器可以由铜制成
C．磁条的两极对调后，该报警器不能正常工作
D．本装置是利用电流的磁效应工作的
2.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，可知灯的亮灭情况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与门关闭时相比的变化情况为( )
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
考点二 光控与温控装置
3．如图所示为一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，下列说法正确的是( )
A．温度升高至74 ℃时，灯L1亮报警
B．温度升高至74 ℃时，灯L2亮报警
C．温度升高至78 ℃时，灯L1亮报警
D．温度升高至78 ℃时，灯L2亮报警
4．(2023·南通市高二校考阶段练习)如图甲所示为电磁继电器自动双向开关，当D、E中通过的电流较小时，电磁铁磁性弱，A与B接线柱接通；当D、E中通过的电流增大到一定数值时，C与B接线柱接通。图乙为应用电磁继电器和光敏电阻实现路灯自动开、关的电路图，虚线框内为电磁继电器接入电路时的符号(M、N两接线柱分别与电磁继电器中接线柱A或C连接)。R为光敏电阻，R1为可调电阻，R0为保护电阻。开关S闭合，在光线暗时对路灯L供电，光线亮时对路灯L断电并同时接通LED。下列说法中正确的是( )
A．光敏电阻阻值随光照强度增大而增大
B．为使电路正常工作，图甲中电磁继电器的A接线柱应与图乙中N接线柱连接
C．为更好的节能环保，光线更暗时对路灯自动供电，可将R1的阻值调小
D．当LED出现断路故障时，电磁继电器将不能正常工作
5．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Ic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R1(最大阻值为1 000 Ω)，滑动变阻器R2(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，Ic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)在图中完成待调节的报警系统原理电路图的连线。
(2)电路中应选用滑动变阻器________(填“R1”或“R2”)。
(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。
6.电饭煲的工作原理如图所示，可分为两部分，即控制部分：由S1、S2、定值电阻R1和黄灯组成；工作(加热)部分：由发热电阻R3、定值电阻R2和红灯组成。S1是一个磁钢限温开关，手动闭合，当此开关的温度达到居里点(103 ℃)时，自动断开，且不能自动复位，S2是一个金属片自动开关，当温度达到70～80 ℃时，自动断开，低于70 ℃时，自动闭合，红灯、黄灯是指示灯，通过其电流必须较小，所以R1、R2起______作用。R3是发热电阻，接通电源并闭合S1后，黄灯熄而红灯亮，R3发热，当温度达到70～80 ℃时，S2断开，当温度达到103 ℃时饭熟，S1断开，当温度降到70 ℃以下时，S2闭合，电饭煲处于保温状态，由以上描述可知R2________R3(选填“”)，当用电饭煲烧水时，S1________(选填“会”或“不会”)自动断开。
7．(2020·全国卷Ⅲ)已知一热敏电阻当温度从10 ℃升至60 ℃时阻值从几千欧姆降至几百欧姆，某同学利用伏安法测量其阻值随温度的变化关系。所用器材：电源E、开关S、滑动变阻器R(最大阻值为20 Ω)、电压表(可视为理想电表)和毫安表(内阻约为100 Ω)。
(1)在所给的器材符号之间画出连线，组成测量电路图。
(2)实验时，将热敏电阻置于温度控制室中，记录不同温度下电压表和毫安表的示数，计算出相应的热敏电阻阻值。若某次测量中电压表和毫安表的示数分别为5.5 V和3.0 mA，则此时热敏电阻的阻值为________ kΩ(保留2位有效数字)。实验中得到的该热敏电阻阻值RT随温度t变化的曲线如图(a)所示。
(3)将热敏电阻从温控室取出置于室温下，测得达到热平衡后热敏电阻的阻值为2.2 kΩ。由图(a)求得，此时室温为________ ℃(保留3位有效数字)。
(4)利用实验中的热敏电阻可以制作温控报警器，其电路的一部分如图(b)所示。图中E为直流电源(电动势为10 V，内阻可忽略)；当图中的输出电压达到或超过6.0 V时，便触发报警器(图中未画出)报警。若要求开始报警时环境温度为50 ℃，则图中________(填“R1”或“R2”)应使用热敏电阻，另一固定电阻的阻值应为________ kΩ(保留2位有效数字)。
3 利用传感器制作简单的自动控制装置
1．A [门关上时，磁条与触发器刚好靠在一起，此时报警器不工作，说明电路是断开的；当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声，说明此时触发器内开关是闭合的，选项A正确。触发器与磁条之间存在磁力的作用，因为铜没有磁性，所以触发器不可能是由铜制成的，选项B错误。无论磁条哪个磁极靠近触发器，都存在磁力作用，所以两极对调后，该报警器仍能正常工作，选项C错误。本装置是利用磁体能够吸引磁性物体的特点工作的，选项D错误。]
2．D [当门打开时，R3受红外线照射，电阻减小，则电路中总电阻减小，总电流I增大，R2两端电压UR2＝E－I(R1＋r)减小，R2中电流IR2＝eq \f(UR2,R2)减小，所以R3中电流IR3＝I－IR2增大，电磁继电器产生的磁场增强，把衔铁吸下，红灯亮，选项D正确。]
3．D [当温度低于78 ℃时，线圈中没有电流，此时仅灯L1亮，不报警；当温度升高到78 ℃时，线圈中有电流，磁体吸引衔铁，灯L2被接通，所以灯L2亮报警，故选D。]
4．C [光敏电阻的阻值随光照强度减小而增大，由题意可知，光线较暗时，光敏电阻的阻值较大，接M接线柱，题图甲中电磁继电器的A接线柱应与题图乙中M接线柱连接，此时A、B接通，流过D、E的电流较小，故A、B错误；电磁铁的磁性与电流的大小有关，电流小到一定值，A、B接通，光线更暗时，光敏电阻的阻值更大，根据I＝eq \f(E,R0＋R＋R1)，可知要实现光线更暗时对路灯自动供电，可将R1的阻值调小，故C正确；当LED出现断路故障时，不影响电磁继电器部分的电路，可以正常工作，故D错误。]
5．(1)见解析图 (2)R2 (3)①650.0 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 ②c 报警器开始报警
解析 (1)热敏电阻工作温度达到60 ℃时，报警器报警，故需通过调节电阻箱使其阻值等于60 ℃时热敏电阻的阻值，即调节到阻值650.0 Ω，使报警器能正常报警，电路图如图所示。
(2)U＝18 V，通过报警器的电流10 mA≤I≤20 mA，故电路中总电阻R＝eq \f(U,I)，即900 Ω≤R≤
1 800 Ω，故滑动变阻器选R2。
(3)①热敏电阻阻值为650.0 Ω时，报警器开始报警，模拟热敏电阻的电阻箱的阻值也应为650.0 Ω，为防止通过报警器电流过大，造成报警器烧坏，应使滑动变阻器的滑片置于b端。
②实验调试时，将开关置于c端，缓慢调节滑动变阻器，直至报警器开始报警。
6．限流 > 不会
解析 通过红灯、黄灯的电流必须较小，根据欧姆定律可知R1、R2起限流作用；R3是发热电阻，要产生很大的热量，所以电流要大一点，而通过R2的电流要小一点，且并联电路电压相等，根据欧姆定律可知R2>R3；当用电饭煲烧水时，温度达不到居里点(103 ℃)，S1不会自动断开。
7．(1)见解析图 (2)1.8 (3)25.5 (4)R1 1.2
解析 (1)滑动变阻器最大阻值仅20 Ω，应采用分压式接法，电压表为理想电表，应采用毫安表外接法，测量电路图如图所示。
(2)热敏电阻的阻值
RT＝eq \f(U,I)＝eq \f(5.5 V,3.0 mA)≈1.8 kΩ。
(3)根据RT－t图像，RT＝2.2 kΩ时，t约为25.5 ℃。
(4)输出电压变大时，R2两端电压变大，R1两端电压变小。根据RT－t图像知，温度升高时热敏电阻的阻值减小，则电路中电流变大，固定电阻两端的电压变大，所以固定电阻应为R2，热敏电阻应为R1，t＝50 ℃，R1＝0.8 kΩ，根据串联电路中电阻与电压的关系可得eq \f(R1,R2)＝eq \f(10－6.0,6.0)，
解得R2＝1.2 kΩ。