5.3用传感器制作自动控制装置 同步训练（word版含答案）

5.3用传感器制作自动控制装置
一、选择题（共15题）
1．传感器在日常生活中有着广泛的应用，它的种类多种多样，其性能也各不相同.下列物品中用到了传感器的是（ ）
A．示波器
B．真空冶炼炉
C．回旋加速器
D．火灾报警器
2．为了防止火灾的发生，在宾馆房间的天花板上大多装有一个传感器，该传感器是(　　)
A．气体传感器
B．光敏电阻传感器
C．压力传感器
D．烟雾传感器
3．下列说法中正确的是（ ）
A．电饭锅张的热敏元件是光敏电阻
B．温度传感器中测温元件是热敏电阻
C．电熨斗中的敏感元件是应变片
D．电子秤中的敏感元件是双金属片
4．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
5．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
6．下列生活中的传感器，把光信号变成电信号的是（　　）
A．走廊照明灯的声控开关 B．自动洗衣机中的压力传感装置
C．控制电视机开关的遥控器 D．电饭煲中控制加热和保温的温控器
7．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．
8．下列情况中，应用了温度传感器的是（ ）
A．商场里的自动玻璃门
B．夜间自动打开的路灯
C．夜间有声音时就亮的楼梯灯
D．自动恒温冰箱
9．物理学的基本原理在生产生活中有着广泛应用。下面列举的四种器件中，其工作原理主要与安培力有关的是（　　）
A．回旋加速器 B．电动机 C．示波器 D．电熨斗
10．下列应用了温度传感器的是(　　)
A．电视遥控器
B．话筒
C．电子秤
D．电饭煲
11．下列说法不正确的是（　　）
A．话筒是一种常见的红外线传感器
B．电慰斗内一般装有双金属片温度传感器
C．电子秤所使用的测力装置是力传感器
D．热敏电阻能够把温度大转换为电阻大小
12．有一种自动恒温的电烤箱，其温度控制电路如图所示，控制的核心是一密封智能开关，内部结构不明，它有四个接线柱．a、b之间接的是两个相同的加热电阻R与220V电源，c、d之间接有一个叫作“水银接点温度计”的温控组件，它比普通水银温度计多出了两个电极，温度升高时，水银膨胀，将两个电极接通；温度降低时，水银收缩，将两个电极断开．该智能开关会根据“水银接点温度计”的通断自动控制R的发热功率，稳定烤箱内的温度.用表示a、b两点间的电压，表示A、b两点间的电压，以下说法可能正确的是（）
A．当水银接点温度计接点接通时，，
B．当水银接点温度计接点接通时，，
C．当水银接点温度计接点断开时，，
D．当水银接点温度计接点断开时，，Uab=0
13．传感器是指这样一类元件，它通常能把非电学量（如力、光等）的变化，转换为电学量（如电流、电压等）的变化，或电路的通断．它在自动控制中有着广泛的应用。关于制作传感器需要的元器件，下列说法正确的是（　　）
A．热敏电阻能够把温度的变化转换为其阻值的变化
B．金属热电阻能够把温度的变化转换为其阻值的变化
C．光敏电阻能够把光照强弱的变化转换为其阻值的变化
D．所有传感器都是由半导体材料制作的
14．压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小．一同学利用压敏电阻设计了判断升降机运动状态的装置，如图所示，将压敏电阻平放在升降机内，受压面朝上，在上面放一物体m，升降机静止时电流表示数为I0，如图甲所示．当升降机在其它不同的运动过程中，电流表的示数分别如图乙、丙、丁所示，则下列判断中正确的是
A．压敏电阻所受压力越大，电流表示数就越大
B．如图乙所示，升降机可能做加速度增大的变加速上升运动
C．如图丙所示，升降机内的物体处于超重状态
D．如图丁所示，升降机内的物体处于失重状态
15．下列关于电饭锅的说法正确的是（）
A．电饭锅中的温度传感器的主要组件是铁氧体
B．铁氧体在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性
C．用电饭锅烧水，水开时能自动断电
D．用电饭锅煮饭时，当温控开关自动断电后，它不能自动复位
二、填空题
16．传感器是一种把非电学量转换电学量的元件，常见的传感器有压力传感器、温度传感器、声音传感器和光敏电阻传感器．电饭锅中用到了 _______传感器，超市里的电子秤中用到了__________传感器．
17．如图所示的是四种电容式传感器：
（1）图甲是测______的电容式传感器，原理是_____________________；
（2）图乙是测______的电容式传感器，原理是_____________________；
（3）图丙是测______的电容式传感器，原理是_____________________；
（4）图丁是测______的电容式传感器，原理是_____________________。
18．传感器是一种采集信息的重要器件。如图所示是一种测定压力的电容式传感器，A为固定电极，B为可动电极，组成一个电容大小可变的电容器。可动电极两端固定，当待测压力施加在可动电极上时，可动电极发生形变，从而改变了电容器的电容。现将此电容式传感器与零刻度在中央的灵敏电流表和电源串联成闭合电路，已知电流从电流表正接线柱流入时指针向右偏转。当待测压力减小时，电容器的电容将__________（填“增大”或“减小”），电容器的电荷量将_______（填“增大”或“减小”），灵敏电流表的指针向____（填“左偏”或“右偏”）。
19．信息化时代的生活，许多地方都需要传感器。例如，要用光和声来控制楼道电灯的开关，就要用到_____传感器。为防止火灾的发生，在宾馆房间的天花板上大多有一个小盒子，当房间失火时它能感知出现的烟雾，通过电路发出警报。这个小盒子就是_____传感器。
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．如图所示，A是浮子，B是金属触头，C为住宅楼房顶上的蓄水池，M是带水泵的电动机，D是弹簧，E是衔铁，F是电磁铁，S1、S2分别为触头开关，S为开关，J为电池．请利用上述材料，设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置．
(1)连接电路图；
(2)简述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)
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．图甲为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，电压鉴别器使开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，温度升高；当Uab>0时，电压鉴别器使开关S断开，停止加热，则恒温箱内的温度恒定在多少°C？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
示波器是带电粒子在电场中的偏转问题，没用到传感器，选项A错误；真空冶炼炉没用到传感器，选项B错误；回旋加速器是带电粒子在电场及磁场中的运动问题，没用到传感器，选项C错误；火灾报警器用到了热传感器，选项D正确；故选D.
2．D
【详解】
火灾报警器当有烟雾时，经过漫反射，将光信号转换成电信号，从而发出警报．所以该传感器是用光传感器实现报警的，导致烟雾传感器，故ABC错误，D正确。
故选D。
3．B
【详解】
电饭锅中的敏感元件是温度传感器，温度传感器能够将温度转化为电学量，即感知温度变化，此传感器有热敏电阻、金属热电阻，A错误；温度传感器中测温元件是热敏电阻，阻值一定随温度的变化而变化，B正确；电熨斗中的敏感元件是温度传感器，通常为双金属片，C错误；电子秤中的敏感元件是力传感器，通常为应变片，D错误．
4．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。
5．B
【详解】
挡板不透明，平时光电三极管接收不到LED发出的光，现高阻状态．发生火灾时，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，光电三极管电阻变小，检测电路检测出变化发出警报．该传感器是用光传感器实现报警的，故B项正确，ACD三项错误．
6．C
【详解】
A．声控开关是声音传感器，将声音信号变成电信号，故A错误；
B．压力传感装置将压力信号转化为电信号，故B错误；
C．电视机遥控器是光传感器，将光信号变成电信号，故C正确；
D．温控器是将温度信号转化为电路的通断，故D错误。
故选C。
7．D
【详解】
在白天时，一般不需要灯照明的；天黑以后，特别是夜深人静时，一般也不需要灯照明的，也就是说天黑且人在楼道里走动时需要．
A．“声控开关”闭合时，发生短路；所以A错误．
B．不管是“光控开关”，还是“声控开关”各自都能让灯发光，节能目的达不到；所以B错误．
C．“光控开关”闭合时，发生短路；所以C错误．
D．“光控开关”与“声控开关”同时闭合时，灯才亮，所以达到节能的目的，所以D正确．
8．D
【详解】
A项：商场里的自动玻璃门是应用了红外线传感器，A错误；
B项：夜间自动打开的路灯是利用了光传感器，B错误；
C项：夜间有声音时就亮的楼梯灯是利用了声音传感器，C错误；
D项：自动恒温冰箱是利用了温度传感器，D正确．
故选D．
9．B
【详解】
A．回旋加速器是带电粒子在电场中加速和磁场中转动原理工作的，故A错误；
B．电动机是线圈在磁场中受力转动而工作的，故用到了安培力，故B正确；
C．示波器是带电粒子在电场中的偏转原理工作的，故C错误；
D．电熨斗是利用电流的热效应原理工作的，故D错误。
故选B。
10．D
【详解】
A、电视机的遥控器是应用了红外线传感器，A错误；B、电容式话筒使用了位移传感器，故B错误；C、电子称使用的压力传感器．故C错误；D、电饭锅的工作原理：开始煮饭时，用手压下开关按钮，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，则触点接通，电饭锅通电加热，水沸腾后，由于锅内保持100℃不变，故感温磁体仍与永磁体相吸，继续加热，直到饭熟后，水分被大米吸收，锅底温度升高，当温度升至“居里点103℃”时，感温磁体失去铁磁性，在弹簧作用下，永磁体被弹开，触点分离，切断电源，从而停止加热．故D正确；故选D．
11．A
【详解】
动圈式话筒是通电导体在磁场中受力，变化的电流通过线圈，产生变化的磁场，从而让扬声器的膜片振动，产生声音，A错误；电熨斗通过温度传感器实现温度的自动控制，B正确；电子秤所使用的测力装置是力转换成电信号来显示大小，属于力传感器，C正确；金属热电阻传感器是利用导体或半导体的电阻随温度变化来测量温度的一种温度敏感元件，D正确．
12．B
【详解】
由题意知，当温度升高使温度计接点接通时，电路应断开，停止加热，故电路中电流为零，Uab=220 V,UAb=220 V，选项A错误，选项B正确；当温度降低使温度计接点断开时，电路应接通，开始加热，由于两电阻相同且串联，故每个电阻两端的电压均为110 V，Uab=0,UAb=110 V，选项 C、D 错误.
故选B
13．ABC
【详解】
ABC．热敏电阻、金属热电阻、光敏电阻等都是把温度或光照强度的变化转换为其阻值的变化，从而实验电路中电流或电压的变化的，故ABC都是正确的；
D．并非所有的传感器都是由半导体材料制成的，半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料都可以用来制作传感器，故D错误。
故选ABC。
14．ABC
【详解】
A项：压敏电阻的阻值会随所受压力的增大而减小，则由欧姆定律可知，压力越大，电流表示数就越大，故A正确；
B、由图可知，电流均匀增大，故说明压力是增大的，则可知，物体的加速度是向上且增大的，故物体可能做加速度增大的变加速上升运动，故B正确；
C项：由图，电流为静止时的两倍，而且不变，由欧姆定律知，其电阻减小，且不变，则压力增大且不变，加速度向上，故物体处于超重状态，故C正确；
D项：由图可知，电流大于静止时的电流，则说明压力增大，物体加速度向上，故处于超重状态，故D错误．
故选ABC．
15．ABD
【详解】
电饭锅应用了温度传感器，它的主要元件感温铁氧体，故A正确；在常温下具有铁磁性，但温度升高到103℃时便失去了铁磁性，不能被磁铁吸引．这个温度称为这种材料的“居里温度”或“居里点”，故B正确；水的沸点为100℃，由B可知不能自动断电，故C错误；用电饭锅煮饭时，若温控开关断电后，它不能自动复位，故D正确；
16． 温度 压力
【详解】
电饭锅中用到了温度传感器，把温度信息转换成电流信号；超市里的电子秤中用到了压力传感器，把压力大小转换成电流大小．
17． θ 大小 θ 变化，引起正对面积变化，从而引起C变化，由C可确定 θ 大小 高度h 高度h变化，引起两极面积变化，相应C变化，由C可确定h大小 压力 F 压力 F 增加，造成两电极距离 d 减小，相应C变化，由C可确定 F 大小 极板长度 L 极板长度 L 变化，造成相应C变化，由C可确定 L 大小
【详解】
（1）图甲是测θ 大小的电容式传感器，原理是θ 变化，引起正对面积变化，从而引起C变化，由C可确定 θ 大小 ；
（2）图乙是测高度h的电容式传感器，原理是高度h变化，引起两极面积变化，相应C变化，由C可确定h大小；
（3）图丙是测压力F的电容式传感器，原理是压力 F 增加，造成两电极距离 d 减小，相应C变化，由C可确定 F 大小；
（4）图丁是测极板长度 L的电容式传感器，原理是极板长度 L 变化，造成相应C变化，由C可确定 L 大小。
18． 减小 减小 左偏
【详解】
当待测压力减小时，两板间距d变大，根据 可知，电容器的电容将减小，根据Q=CU可知，电容器的电荷量将减小，电容器放电，电流从正极流出电流计，则灵敏电流表的指针向左偏。
19． 声光 光
【详解】
楼道电灯的开关需要根据光线的变化和声音的强弱实现自动控制，所以要用到声光传感器。
火灾报警器当有烟雾时，经过漫反射，将光信号转换成电信号，从而发出警报，所以这个小盒子就是光传感器。
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）(2)见解析
【详解】
(1)如图所示；
(2)按图接好电路，合上开关S，水泵工作，水位升高，当浮子上升使B接触到S1时，左侧电路(控制电路)工作，电磁铁F有磁力，吸下衔铁E，使S2断开，电动机M不工作，停止注水，当水位下降使B与S1脱离，控制电路停止工作，F无磁性，D拉动E，使S2接通，M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．箱内温度恒定在35 ℃
【详解】
由题意可知，Uab=0是一个电压的临界点，对应着开关S的动作，而开关的动作对应着温度的上升或下降．此时R1与 R3上的电压相等．设电路路端电压为U，有
解得
Rt=20 kΩ ．
由题图乙可知，当Rt=20 kΩ时，t=35 ℃．
答案第1页，共2页