5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置 同步训练 2021—2022 学年高中物理人教 版（2019）选择性必修第二册 一、单选题 1．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 2．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 3．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。乙图为其简 化示意图，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。下列有关说法正确的是（　　） 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 4．火警报警器的电路示意图如图所示。其中，RT 为用半导体热敏材料制成的传感器， 这种半导体热敏材料的电阻率随温度的升高而减小。电流表为值班室的显示器，电源 两极之间接一报警器。当传感器 RT 所在处出现火情时，通过显示器的电流 I、报警器 两端的电压 U 的变化情况是（　　） A．I 变大，U 变大 B．I 变大，U 变小 C．I 变小，U 变大 D．I 变小，U 变 小 5．关于发光二极管，下列说法正确的是（　　） A．发光二极管能发光，不具有单向导电性 B．发光二极管能直接把光能转化为电能 C．发光二极管只要在两端加有正向电压，就可以发光 D．发光二极管只有加正向电压时，才有可能发光 6．如图所示为温度自动报警器的工作原理图，图中 1 是电磁铁、2 是衔铁，5 是水银 温度计（水银导电）。常温下 3 触点处于断开状态 4 触点处于闭合状态，则下列说法 正确的是（　　） A．当温度低于警戒温度时电磁铁磁性增强，3 触点闭合 4 触点断开 B．此装置为低温报警装置，温度低于警戒温度时，电铃报警 C．此装置为高温报警装置，温度高于警戒温度时，指示灯亮 D．要提高报警时的警戒温度应使导线 AB 短些 7．如图所示， R1、R2 为定值电阻，L 为小灯泡， 强而减小，当光照强度增强时（　　） R3 为光敏电阻,其阻值随光照强度的增 R2 中电流减小 A．电压表的示数减小 B． C．小灯泡的功率减小 D．电路的路端电压增大 8．如图是电熨斗的结构图，下列说法不正确的是（　　） A．双金属片上层金属的膨胀系数小于下层金属 B．常温下，上下触点接触；温度过高时，双金属片发生弯曲使上下触点分离 C．需要较高温度熨烫时，要调节调温旋钮，使升降螺丝下移并推动弹性铜片下移 D．双金属片温度传感器的作用是控制电路的通断 二、多选题 9．某同学设计的家庭电路保护装置如图所示，铁芯左侧线圈 L1 由火线和零线并行绕 成。如果右侧线圈 L2 中产生感应电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开 关 K 而切断家庭电路，仅考虑 L1 在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有（　　） A．家庭电路正常工作时，L2 中的磁通量为零 B．家庭电路中使用的电器增多时，L2 中的磁通量将增加 C．家庭电路中的电器发生短路时，开关 K 将被电磁铁吸起 D．地面上的人接触火线发生触电时，开关 K 将被电磁铁吸起 10．如图所示，两块金属板水平放置，与左侧水平放置的线圈通过开关 K 用导线连接。 压力传感器上表面绝缘，位于两金属板间，带正电的小球静置于压力传感器上，均匀 变化的磁场沿线圈的轴向穿过线圈。K 未接通时传感器的示数为 1N，K 闭合后传感器 的示数变为 2N。则磁场的变化情况可能是（　　） A．向上均匀增大 B．向上均匀减小 C．向下均匀减小 D．向下均匀增大 11．传感器是智能社会的基础元件。如图为电容式位移传感器的示意图，观测电容 C 的变化即可知道物体位移 x 的变化， 质板长度均为 L，测量范围为  C 表示该传感器的灵敏度。电容器极板和电介 x L L �x � ，下列说法正确的是（ 2 2 ） A．电容器的电容变大，物体向  x 方向运动 B．电容器的电容变大，物体向  x 方向运动 C．电介质的介电常数越大，传感器灵敏度越高 D．电容器的板间电压越大，传感器灵敏度越高 12．某一热敏电阻的阻值随温度的变化关系如图（a）所示，利用此热敏电阻制作温 控报警器，其电路的一部分如图（b）所示，E 为直流电源（电动势为 9V，内阻可忽 略），当输出电压达到或超过 6.0V 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℃，则下列说法中正确的是（　　） A．R1 应使用热敏电阻 B．R2 应使用热敏电阻 C．R1 为固定电阻，阻值为 0.4kΩ D．R2 为固定电阻，阻值为 1.6kΩ 三、填空题 13．门窗防盗报警装置 （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_____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_____，分别观察实验现象。 14．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_ __________。 四、解答题 15．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。 16．某同学设计了一个加速度计，如图所示。较重的滑块 2 可以在光滑的框架 1 中平 移，滑块两侧用弹簧 3 拉着；R 为滑动变阻器，4 是滑动片，它与电阻器任一端之间 的电阻值都与它到这端的距离成正比。这个装置就是一个加速度传感器。两个电池 E 的电压相同。按图连接电路后，电压表指针的零点位于表盘中央，当 P 端的电势高于 Q 端时，指针向零点右侧偏转。将框架固定在运动的物体上，当物体具有图示方向的 加速度 a 时，电压表的指针将向哪个方向偏转？简述你分析的过程。 17．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？ 18．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。 参考答案 1．A 2．C 3．A 4．D 5．D 6．D 7．B 8．A 9．AD 10．AC 11．AC 12．AD 13．磁体 磁体靠近和离开干簧管 14．熄灭 大 15．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。 16．左侧 17．(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。 18． h M0 1 (U  U 0 ) v (t0  t ) m  U0 ， 2