5.3利用传感器制作简单的自动控制装置 同步训练（word版含答案）

5.3利用传感器制作简单的自动控制装置
一、选择题（共15题）
1．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
2．某楼梯口的电灯开关装有传感器，天黑时，出现声音才能发光，而白天即使有声音，电灯也不能发光，该开关中有两种传感器，它们可能是( )
A．光敏电阻和驻极体话筒 B．金属热电阻和光敏电阻
C．热敏电阻和霍尔元件 D．热敏电阻和光敏电阻
3．许多楼道灯具有这样的功能，天黑时，出现声音就开启，而在白天时，即使有声音它也没有什么反应．它的控制电路中接入的两个传感器是
A．温度传感器和声传感器
B．温度传感器和力传感器
C．光传感器和力传感器
D．光传感器和声传感器
4．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
5．如图所示，用小灯泡模仿光控电路，之间为斯密特触发器，为光敏电阻，为可变电阻；为继电器的线圈，为它的常开触点。下列说法错误的是（　　）
A．天色变暗时，端输入高电平，继电器吸引，路灯点亮
B．要想在天色更暗时路灯才会点亮，应把的阻值调大些
C．要想在天色更暗时路灯才会点亮，应把的阻值调小些
D．二极管的作用是继电器释放时提供自感电流的通路，防止损坏集成电路
6．关于传感器，下列说法正确的是（　　）
A．自动门上安装的是温度传感器
B．干簧管是将磁感应强度转换为电阻的一种元件
C．话筒内有传感器，该传感器是根据电磁感应原理工作的
D．交警使用的酒精测试仪是一种物理传感器，是靠吹气的压力来工作
7．如图所示，为定值电阻，L为小灯泡，为光敏电阻,其阻值随光照强度的增强而减小，当光照强度增强时（　　）
A．电压表的示数减小 B．中电流减小
C．小灯泡的功率减小 D．电路的路端电压增大
8．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
9．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
10．如图是一个火警报警装置的逻辑电路图，Rt是热敏电阻，低温时电阻值很大，高温时电阻值很小，R是阻值较小的可调电阻，以下说法中正确的是（　　）
A．要使电铃平时不响，而发生火灾时由于高温响起，图中虚线内应接入“非门”元件
B．要使电铃平时不响，而发生火灾时由于高温响起，图中虚线内应接入“与门”元件
C．要使电铃平时不响，而发生火灾时由于高温响起，图中虚线内应接入“或门”元件
D．为提高电路的灵敏度，图中的电阻R应调的小一些
11．下列情况中，应用了温度传感器的是( )
A．夜间自动打开的路灯
B．商场里的自动玻璃门
C．电视遥控器
D．自动恒温冰箱
12．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
13．如图所示是“电容式加速度传感器”原理图，电容器的一个金属极弹性金属片板固定在绝缘底座上，另一块极板用弹性金属片制成，当这种加速度传感器用在上下移动的升降机中时，通过测量电容的变化就能感知升降机加速度的变化情况。设升降机加速度为零时电容器的电容为，下列说法正确的是（ ）
A．当升降机加速上升时， B．当升降机减速上升时，
C．当升降机减速下降时， D．当升降机加速下降时，
14．有一种测量人体重的电子秤，其原理如图中虚线内所示，它主要由三部分构成：踏板、压力传感器R(是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器)、显示体重的仪表G(实质是理想电流表)．设踏板的质量可忽略不计，已知理想电流表的量程为3 A，电源电动势为12 V，内阻为2 Ω，电阻R随压力变化的函数式为R＝30－0.02F(F和R的单位分别是N和Ω)．下列说法正确的是(　　)
A．该秤能测量的最大体重是1400 N
B．该秤能测量的最大体重是1300 N
C．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.375 A处
D．该秤零刻度线(即踏板空载时的刻度线)应标在电流表G刻度盘0.400 A处
15．在制作光控电路的实验中，某同学按如图所示电路将组件安装完毕后，发现将装置置入黑暗环境中接通电源时，灯泡不发光，原因可能是（）
A．二极管两极接反
B．与位置颠倒
C．阻值太小
D．灯泡断路
二、填空题
16．智能化自动控制系统通常由______、______和______组成。使用模块电路进行楼道自动灯控制，要求白天灯不亮、夜晚有声响时灯才亮，则其输入端需要使用______传感器和______传感器。
17．目前有些居民区内楼道灯的控制，使用的是一种延时开关，该延时开关的简化原理如图所示．图中D是红色发光二极管(只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光)，R为限流电阻，K为按钮式开关，虚线框内S表示延时开关电路，当按下K接通电路瞬间，延时开关触发，相当于S闭合，这时释放K后，延时开关S约在1 min后断开，灯泡熄灭．根据上述信息和原理图，我们可推断：
按钮开关K按下前，发光二极管是________(填“发光的”或“熄灭的”)，按钮开关K按下再释放后，灯泡L发光持续时间约________ min.这一过程中发光二极管是________．限流电阻R的阻值和灯丝电阻RL相比，应满足R________RL的条件．
18．图是一种自动控制水温的装置，加热电路的两个端点P、Q应棒在触头间a、b之间还是c、d之间__________.热敏电阻两端M、N应接在哪两个触头之间_______.
19．如图所示是饮水器的自动控制电路，左边是一个在水温较低时对水加热的容器，内有密封绝缘的电热丝发热器和接触开关。只要有水浸没，它就会导通；水面低于时，不会加热。
（1）是一个热敏电阻，低温时呈现高电阻，右边P是一______（选填“与”、“或”或“非”）逻辑门，接在电源之间，图中J是一个继电器，可以控制发热器工作与否。是一个可变电阻，低温时应______（选填“远大于”或“远小于”）。
（2）请阐述此饮水机的自动加热原理______。
三、综合题
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．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？
22．角速度计可测量飞机、航天器、潜艇的转动角速度，其结构如图所示，当系统绕OO′轴转动时，元件A发生位移并输出电压信号，成为飞机、卫星等的制导系统的信息源，已知A的质量为m，弹簧劲度系数为k、自然长度为l，电源电动势为E、内阻不计，滑动变阻器总长度为l，电阻分布均匀，系统静止时P在a点，当系统以角速度ω转动时，推导输出电压U和ω的函数关系式．
23．一块N型半导体薄片（称霍尔元件），其横截面为矩形，体积为b×c×d，如图所示．已知其单位体积内的电子数为n、电阻率为ρ、电子电荷量e，将此元件放在匀强磁场中，磁场方向沿z轴方向，并通有沿x轴方向的电流I．
(1)此元件的CC/两个侧面中，哪个面电势高？
(2)试证明在磁感应强度一定时，此元件的CC/ 两个侧面的电势差与其中的电流成正比；
(3)磁强计是利用霍尔效应来测量磁感应强度B的仪器．其测量方法为：将导体放在匀强磁场之中，用毫安表测量通以电流I，用毫伏表测量C、C/间的电压U， 就可测得B．若已知其霍尔系数，并测得U =0.6mV，I=3mA．试求该元件所在处的磁感应强度B的大小．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
当门打开时，R3受红外线照射，电阻减小，从而使并联电路电阻减小，总电阻减小，电路中总电流I增大，R2两端电压
UR2＝U并＝E－I（R1＋r）
减小，R2中电流
IR2＝
减小，所以R3中电流
IR3＝I－IR2
增大，线圈产生的磁场增强，把衔铁吸下，红灯亮，故D正确。
故选D。
2．A
【详解】
根据题意，天黑时，出现声音它就开启；而白天，即使有声音它也没有反应，故电路中有光传感器，即使天黑，没声音灯也不亮，故用到了声音传感器．即控制电路中接入了光传感器、声音传感器，话筒就是声音传感器，故A正确、BCD错误．
3．D
【详解】
楼道照明灯天黑时，出现声音它就开启；而在白天，即使有声音它也没有反应．原因是天黑没有光，则声音传感器起作用，当在白天声音传感器不起作用．所以电路中光传感器则安装在声音传感器之前．
热敏电阻是当温度变化时，导致电阻的阻值发生变化；而光敏电阻则是当有光时，其电阻的阻值发生变化．当它们起作用时，其电阻的阻值都是变小，而金属电阻则是变大．
4．D
【详解】
当温度低于78℃时，线圈中没有电流，此时灯亮，但不报警；当温度升高到78℃时，线圈中有电流，电磁铁吸引衔铁，灯被接通，所以灯亮且报警。
故选D。
5．C
【详解】
A．光较暗时，光敏电阻较大，则两端的电势差较大，则端的电势较高，端输入高电平，继电器吸引，路灯点亮，故A正确，不符合题意；
BC．当端电势较高时，路灯会亮，为了天更暗时路灯才会亮，应该将端的电势稍稍降低一些，即可以将的阻值调大些，故B正确，不符合题意；C错误，符合题意；
D．由电路的结构特点可知，二极管具有单向导电性，作用是继电器释放时提供自感电流的通路，防止电流流过集成电路，造成损坏，故D正确，不符合题意。
故选C。
6．C
【详解】
A．自动门上安装的是红外线传感器，A项错误；
B．干簧管能够感知磁场，相当于开关，B错误；
C．话筒内的传感器是根据电磁感应原理工作的，敏感元件是膜片，转换元件是线圈，C项正确；
D．交警使用的酒精测试仪主要目的是测量酒精度，它是酒精气体传感器，它的阻值随酒精浓度的变化而变化，不是利用压力工作的，故D错误。
故选C。
7．B
【详解】
A．当光度增强时，光敏电阻R3的阻值减小，故电路的总阻值減小，总电流增大，由
可知电压表的示数增大，A错误；
B．R2两端的电压
知R2两端的电压减小，故通过R2的电流减小，B正确；
C．由知IL增大，故小灯泡的功率增大，C错误；
D．电路的路端电压
总电流增大，故路端电压减小，D错误。
故选B。
8．D
【详解】
A．当温度低于警戒温度时电磁铁磁性不通电，无磁性，3触点断开，4触点闭合，故A错误；
BC．此装置为高温报警装置，温度高于警戒温度时，电磁铁有磁性，3触点闭合，4触点断开，电铃报警，指示灯熄灭，温度低于警戒温度时，电磁铁无磁性，3触点断开，4触点闭合，指示灯亮，电铃不响，故BC错误；
D．要提高报警时的警戒温度应使导线AB短些，这样当温度升得更高时，控制电路才能接通，电磁铁才有磁性，电铃报警，故D正确。
故选D。
9．D
【详解】
由题干中图可知：金属丝下端所指的示数为78℃；当温度升高到78℃，水银温度计顶端封入的一段金属丝就和水银相接，接通电路，电磁铁有了磁性，把衔铁吸引下来，L2亮，报警．故选D．
10．A
【详解】
ABC．发生火灾时由于高温，Rt热敏电阻阻值变小，X点的电势较低，要使电铃报警，则图中虚线内应输出高电平，故虚线内应接入“非门”元件，A正确，BC错误；
D．若R较大，由于它的分压作用，R两端的电压不太高，则外界温度不太高时，就能使P、X之间电压降到低电压输入，电铃就能发声。因此R较大，反应较灵敏，D错误。
故选A。
11．D
【详解】
A．夜间自动打开的路灯是利用了光传感器，A错误；
B．商场里的自动玻璃门应用了红外线传感器，B错误；
C．电视机的遥控器是应用了红外线传感器，C错误；
D．自动恒温冰箱是利用了温度传感器，D正确；
12．A
【详解】
A.若对R3的光照变强了，则 的阻值变小了，回路中的电流变大，则流过两个灯泡的电流也就变大，所以灯泡变亮．故A正确；
B. 环境的温度变高，则 电阻变小，由串反并同知L1变亮、L2变暗，故B错误；
C、可变电阻的阻值变大，由串反并同知，L1变亮、L2变暗，故C错
D、可变电阻的阻值变小，由串反并同知，L1变暗、L2变亮，故D错误；
综上所述本题答案是：A
13．AD
【详解】
A.当升降机加速上升时，加速度方向向上，弹簧片向下弯曲，电容变大，即 C＞C0，故A正确；
B.当升降机减速上升时，加速度方向向下，弹簧片向上弯曲，电容变小，即 C＜C0，故B错误；
C.当升降机减速下降时，加速度方向向上，弹簧片向下弯曲，电容变大，即 C＞C0，故C错误；
D.当升降机加速下降时，加速度方向向下，弹簧片向上弯曲，电容变小，即 C＜C0，故D正确。
故选AD.
14．AC
【详解】
AB．当电路中电流I=3A时，电子秤测量的体重最大.由欧姆定律得到，代入R=30-0.02F得到F=1400N；故A正确，B错误.
CD．踏板空载时F=0，代入R=30-0.02F得到电阻R=30Ω，由欧姆定律得，所以该秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表G刻度盘0.375A处；故C正确，D错误；
故选AC.
15．ABD
【详解】
由题可知，若二极管接反，当光线暗时，二极管上为负向电压，无法导通，灯泡不亮，A正确；若R1与RG位置颠倒，则光线较暗时，Y端为高电平，二极管不导通，灯泡不发光，B正确；若R1阻值太小，Y端一直为低电平，灯泡一直发光，C错误;灯泡断路时无法发光，D正确.
故选ABD
16． 传感器 控制器 执行器 光 声
【详解】
智能化自动控制系统通常由传感器、控制器和执行器组成。使用模块电路进行楼道自动灯控制，要求白天灯不亮、夜晚有声响时灯才亮，则其输入端需要使用光传感器和声传感器。
17． 发光的 1 熄灭的
【详解】
如图所示，按钮开关K 按下前，发光二极管、限流电阻与灯泡串联，有小电流通过发光二极管，因此发光二极管处于发光状态．
当按钮开关K 按下再释放后，由于通电路瞬间延时开关触发，相当于S闭合，二极管被短路，所以处于熄灭状态；由于延时开关S约在1分钟后断开，电灯才熄灭，则知电灯L 发光持续时间约1min．
只有当限流电阻R的阻值比灯丝电阻RL大得多时，通过发光二极管的电流才很小，确保二极管不烧坏．
18． a,b之间； e,f之间；
【详解】
P、Q应该分别接在触头a、b之间，同时，M、N应该分别读在触头e、f之间，其工作原理是：加热装置开始加热，当水温升高时，热敏电阻的阻值减小，电磁铁中的电流增大，吸引力增大，衔铁被吸下,a、b之间断开，使加热装置停止加热；当水温降低到一定程度时，热敏电阻的阻值增大，电磁铁中的电流减小，吸引力减小，衔铁被弹簧拉上去，a、b之间连接，加热装置开始加热，从而实现对水温的控制.
19． 与 远大于 见解析
【详解】
(1)与 远大于。
(2)当水温较低时，阻值较大，A为高电势，且有水浸没，B也为高电势，则Q、C之间才有高电压输出，电磁继电器有电流通过，将吸动闭合，发热器工作。
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。
【详解】
假设用热敏电阻来控制一个小灯泡的点亮和熄灭。电池组的输出电压要等于继电器的工作电压，但是高于小灯泡的额定电压，可以用一个滑动变阻器和小灯泡串联来调节，其工作原理如下图所示，这样可以共用一个电池组。所选取的器材有继电器、热敏电阻、开关，电池组、滑动变阻器、小灯泡和连接导线等。根据题目要求，设计原理图如图所示
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)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。
22．
【详解】
设系统在水平面内以角速度转动时，弹簧伸长的长度为x，则对元件A，根据牛顿第二定律得①，又输出电压②，由①②得．
23．（1）电势较高，（2）由I=nebdv和得，所以侧面的电势差与其中的电流成正比，（3）0.02T
【详解】
（1）电子在洛伦兹力作用下向侧面C移动，故电势较高
（2）假设定向移动速度为v，
由，q=nebdvt 可得 I=nebdv
稳定时有：
可得·
由于B、n、e、d均为定值 ，所以侧面的电势差与其中的电流成正比
（3）由上可知
代入数据可得：B=0.02T
答案第1页，共2页