5.3用传感器制作自动控制装置综合训练（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．下列设备在工作时，利用了温度传感器的是（　　）
A．称量货车载重量的电子秤
B．能自动开启和关闭的路灯
C．烟雾报警器
D．自动恒温箱
2．下列物品中应用了力传感器的是（　　）
A．电熨斗 B．电饭锅
C．电冰箱 D．电子台秤
3．很多汽车配备了自动大灯功能，在行驶过程中感应到外部环境光线较暗时大灯自动开启。此功能主要使用的传感器为（　　）
A．声音传感器 B．温度传感器 C．压力传感器 D．光传感器
4．如图所示是一种测定竖直加速度的装置，A、B间的电压U恒定，R1为定值电阻，滑块左端与滑动变阻器R2的滑动头连接，下端与竖直轻弹簧连接。将该装置固定在竖直方向运动的电梯中，电梯静止时滑动头在变阻器的中间位置，理想电压表示数为1.5V。下列说法正确的是（　　）
A．电压表示数为1.2V时，电梯加速度方向向上
B．电压表示数为1.8V时，电梯一定向上加速
C．加速度增大时，电压表示数一定增大
D．将电压表的表盘改成表示加速度的表盘，刻度仍均匀
5．在地震救援中，救援队员用多种生命探测仪搜寻废墟下幸存者的具有生命迹象的信息．有一种生命探测仪与自动门、电视机遥控器应用的是同一种类型的传感器，这种生命探测仪应用的传感器是（　　）
A．温度传感器 B．声音传感器 C．红外线传感器 D．压力传感器
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．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
8．传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、角度等）转换成电学物理量（如电压、电流、电量等）的一种元件。如图所示中的甲、乙、丙、丁是四种常见的电容式传感器，下列说法正确的是（　　）
A．甲图中两极间的电量不变，若电压减小，可判断出h变小
B．乙图中两极间的电量不变，若电压增大，可判断出θ变小
C．丙图中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，则x变小
D．丁图中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，则F变大
9．某力敏电阻的阻值随着压力的增大而线性减小。一同学利用该力敏电阻设计了判断小车在水平方向上运动状态的装置。其工作原理如图甲所示，将力敏电阻和一块档板固定在绝缘小车上，之间放置一个光滑绝缘重物M，重物与挡板之间通过轻弹簧连接。某次实验中，电流表示数随时间变化关系如图乙所示、已知0-t1时间内，小车处于静止状态，则（　　）
A．0~t1时间内，弹簧处于压缩状态
B．t1~t2时间内，小车的加速度随时间均匀减小
C．t2~t3时间内，小车可能向左做匀减速直线运动
D．t2~t3时间内，小车可能向左做加速度增大的加速直线运动
10．有一种测量物体重量的电子秤，其电路原理图如图中的虚线部分所示，主要由三部分构成：踏板、压力传感器R（实际上是一个阻值可随压力变化的变阻器）、显示体重的仪表G（实际上是电流表），不计踏板的质量，已知电流表的量程为0 2A，内阻为Rg＝1Ω，电源电动势为E＝12V，内阻为r＝1Ω，电阻R随压力F变化的函数式为（F和R的单位分别为N和Ω），下列说法中正确的是（）
A．该秤能测量的最大体重是3000N
B．该秤的零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表G刻度盘的0.375A处
C．该秤显示重量的刻度是均匀标注的
D．该秤显示的重量F与通过电路中的电流I满足
11．如图所示为一种常见的电子台秤，质量为的秤盘置于压力传感器上，传感器输出电压与作用在其上的压力成正比，当秤盘没有放入物体时，传感器输出电压为，将某物体放置于秤盘，传感器输出电压为U，则该物体的质量为（　　）
A． B．
C． D．
12．有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图所示，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3A，电源电动势为12V，内阻为2Ω，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），下列说法正确是 （　　）
A．该秤能测量的最大体重是1300N
B．体重为1300N应标在电流表G刻度盘2A刻度处
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刻度处
D．该秤零刻线应标在电流表G刻度盘的最右端
13．如图甲所示的电路中理想变压器原副线圈匝数比为，电流表、电压表均为理想电表，R、L和D分别是光敏电阻（其阻值随光强增大而减小）、理想线圈和灯泡。原线圈接入图乙所示的正弦交流电压u，下列说法正确的是（　　）
A．该交变电流的方向每秒改变50次
B．在时，电压表的示数为22V
C．有光照射电阻R时，灯泡D变亮
D．抽出线圈L中的铁芯，电流表的示数减小
14．下列关于光传感器应用的说法中正确的是(　　)
A．火灾报警器是利用烟雾对光的反射来工作的
B．火灾报警器中的光电三极管平时收不到LED发出的光，呈现高电阻状态
C．机械式鼠标器的传感器是红外发射管
D．当鼠标器在桌面上移动时，红外接收管收到的是断续的红外线脉冲
15．关于传感器，下列说法正确的是(　　)
A．传感器是将非电学量转化为电学量的装置
B．压力传感器是将力学量转化为电学量的装置
C．光敏电阻在有光照射时，电阻会变大
D．传感器广泛应用于信息采集系统
二、填空题
16．光敏电阻在自动化装置中有很多应用，街道路灯自动控制就是其应用之一，图示电路为其模拟电路，其中干电池的内阻可忽略不计，A处接电磁继电器，B为三极管（当时，间的电阻R可忽略不计，当时，R可视为无穷大），b点的电势由与的比值决定，、中有一个是定值电阻，另一个是光敏电阻，阻值随光照强度增强而减小，C为电磁继电器，D为路灯。为了达到日出路灯熄，日落路灯亮的效果，请回答下列问题：
(1)是___________（选填“光敏电阻”或“定值电阻”）；
(2)请用笔画线代替导线，将实物连接成正确的电路。( )
17．在实验中，我们用过不少传感器，请写出三个传感器：______传感器，______传感器，______传感器。
18．如图所示为某同学自制的电子秤原理图：粗细均匀的电阻棒尺（每厘米长的电阻为1Ω）竖直放置、其总长度L=10cm， 电源电动势E=6V，内阻r=1Ω， 保护电阻R0=4Ω， 托盘连接在竖直放置、下端固定的轻弹簧上端，其质量mo=0.1kg，水平金属轻杆一端连接弹簧上端、一端通过滑片与电阻棒接触．当托盘内不放物体且静止时，弹簧的形变量x=1cm ，轻杆的滑片刚好与电阻棒上端接触．若电路各处接触良好、导线及轻杆电阻不计、弹簧的形变始终未超过限度、轻杆只能上下平移，g取10m/s2 ．

(1)弹簧的劲度系数k=_______N/m；
(2)该电子秤能称出的最大物体质量m=_______kg；
(3)待测物体质量m与电压表示数U的关系为___________．
19．下图是某同学在科技制作活动中自制的电子秤原理图.利用电压表（内电阻很大）的示数来指示物体的质量。托盘与电阻可忽略的弹簧相连，托盘与弹簧的质量均不计。滑动变阻器的滑动端与弹簧上端连接，当托盘中没有放物体时，电压表的示数为零。设变阻器的总电阻为R，总长度为L，电源电动势为E，内阻为r，限流电阻为R0，弹簧的劲度系数为k，若不计一切摩擦和其他阻力。求出电压表示数Ux与所称物体质量m的关系式为Ux__________________。
三、综合题
20．加速度计是测定物体加速度的仪器。在现代科技中，它已成为导弹、飞机、潜艇或宇宙飞船等制导系统的信息源。如图为应变式加速度计的示意图。当系统加速时，加速计中的敏感元件也处于加速状态。敏感元件由两弹簧连接并架在光滑支架上，支架与待测系统固定在一起，敏感元件的下端可在滑动变阻器R上自由滑动，当系统加速运动时，敏感元件发生位移并转换为电信号输出。已知敏感元件的质量为m，两侧弹簧的劲度系数均为k，电源电动势为E，电源内阻不计，滑动变阻器的总电阻值为R，有效长度为l，静态时，输出电压为U0，试推导加速度a与输出电压U的关系式。
21．一路灯控制装置如图所示，RG为光敏电阻，光照射RG时，RG变小。白天时，继电器J两端电压是较大还是较小？要使路灯比平时早一些时间亮起来，应如何调节R1
22．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。
23．有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图中的虚线所示，它主要由三部分构成：踏板和压力杠杆AOB、压力传感器R（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（其实质是电流表）．其中AO:BO=4:1．已知压力传感器的电阻与其所受压力的关系如下表所示：
压力F/N 0 50 100 150 200 250 300 ……
电阻R/ 300 270 240 210 180 150 120 ……
设踏板和杠杆组件的质量不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.5V，则：
(1)利用表中数据归纳出电阻R随压力F变化的函数关系式；
(2)该电子秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表刻度盘多少毫安处？
(3)如果某人站在踏板上，电流表刻度盘示数为20mA，这个人的体重是多少？
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
A．称量货车载重量的电子秤利用的是压力传感器，故A错误；
B．能自动开启和关闭的路灯与光的强弱有关，利用的是光传感器，故B错误；
C．烟雾报警器，是当有火灾时，会产生烟雾进入火灾报警器，利用光的漫反射，从而触发开关报警，利用的是光传感器，故C错误；
D．自动恒温箱需要将温度信号转化为电信号，利用的是温度传感器，故D正确。
故选D。
2．D
【详解】
电熨斗、电饭锅和电冰箱都应用的是温度传感器；电子台秤用的是压力传感器。故D正确，ABC错误。
故选D。
3．D
【详解】
能够感应到外部环境光线较暗时大灯自动开启，该传感器为光传感器，D正确。
故选D。
4．D
【详解】
A．电压表示数为1.2V时，R2的滑动端与静止时相比向上移动了，则弹簧变长，电梯加速度方向向下，选项A错误；
B．电压表示数为1.8V时，R2的滑动端与静止时相比向下移动了，则弹簧变短，电梯加速度方向向上，电梯可能向上加速，也可能向下减速，选项B错误；
C．若电梯的加速度向下，且加速度增大时，R2的滑动端与静止时相比向上移动，电压表示数会减小，选项C错误；
D．根据开始时
kx0=mg
若加速度向上，则
即
即
而 x与R2电阻的变化 R2成正比，而
U=I R2
可知电压表读数的变化量与加速度成正比，则将电压表的表盘改成表示加速度的表盘，刻度仍均匀，选项D正确。
故选D。
5．C
【详解】
一切物体均发出红外线，生命探测仪可利用红外线来探测，和电视机遥控器使用的是同一类型传感器，红外线是一种不可见的光线，红外报警装置就是利用它将光信号转换为电信号的；故C正确，ABD错误；故选C.
点睛：对于传感器我们应该了解它是一种将其它信号转换为电信号，从而实现对电路控制的装置，它的应用也比较广泛，在不同的应用中，它转换的信号不同，我们应具体问题具体分析.
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】
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。
8．D
【详解】
A．图甲中两极间的电量不变，若电压减小则由电容的定义式
分析可知，电容增大，由电容的决定式
可知，两极板正对面积增大，h变大，A错误；
B．图乙中两极间的电量不变，若电压增加，则由电容的定义式
分析可知，电容减小，由电容的决定式
可知，极板正对面积减小，θ变大，B错误；
C．图丙中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的负极，说明电容器在放电，电量减小，由电容的定义式
分析可知，电容减小，由电容的决定式
可知，电介质向外移动，则x变大，C错误；
D．图丁中两极间的电压不变，若有电流流向传感器的正极，说明电容器在充电，电量增加，由电容的定义式
分析可知，电容增大，由电容的决定式
可知，极板间距离减小，则F变大，D正确。
故选D。
9．AD
【详解】
A．0～t1时间内，电流最大，力敏电阻的阻值最小，所受压力最大，所以弹簧处于压缩状态，故A正确；
B．t1～t2时间内，电流减小，力敏电阻的阻值增大，所受压力F减小，根据牛顿第二定律，小车的加速度为
小车的加速度增大，故B错误；
CD．t2～t3时间内，电流最小，力敏电阻的阻值最大，所受压力最小，合力向左，小车的加速度向左，又因为电流不变，压力不变，小车的合力不变，加速度不变，小车做加速度向左的匀变速直线运动，小车可能向左做匀加速直线运动，也可能向右做匀减速直线运动，还有可能M与力敏电阻分离了，此时小车可能向左做加速度增大的加速直线运动，故C错误，D正确。
故选AD。
10．B
【详解】
A. 由电阻R随压力F变化的关系式R=30 0.01F可知，压力越大，电阻越小，电路中电流越大；故量程越大，能测量最大体重越大；当电流表示数量程为2A时，电阻R= =4Ω；则F=（30 4）/0.01=2600kg；故该秤测量的最大体重是2600kg，故A错误；
B. 当压力为零时，压力传感器的电阻R=30Ω，电路中电流：I= ，故B正确；
CD. 由E=I(R+r+rA)和R=30 0.01F，而F=mg可得m=320 ，可知该秤显示重量的刻度不是均匀标注的，故C错误，D错误；
故选B
11．C
【详解】
输出电压与作用在其上的压力成正比，可知
又
联立两式得
故选C。
12．B
【详解】
当电路中电流达到3A时，由闭合回路得欧姆定律可得，代入数据可得，由可得，因此最大量程为1400N，A错误；
当体重为1300N，则；，B正确、
踏板空载时，F=0，；，电流表G刻度盘0.375刻度处，C错误
该秤零刻线应标在电流表G刻度盘最小刻度处，D错误；
13．BC
【详解】
A．由题图乙可知，交变电流的周期为，频率为50Hz，则该交变电流的方向每秒改变100次，故A错误；
B．电压表的示数为变压器副线圈两端电压的有效值，原线圈中电压的有效值为220V，由理想变压器的电压关系可知，电压表的示数为22V，故B正确；
C．当有光照射电阻R时，其阻值减小，即负载电阻的阻值减小，输出电流增大，灯泡D变亮，故C正确；
D．抽出线圈L中的铁芯，线圈的自感系数减小，对交变电流的阻碍作用（感抗）减小，副线圈中电流增大，故原线圈中电流增大，电流表示数增大，故D错误。
故选BC。
14．ABD
【详解】
A．火灾报警器是利用烟雾对光的漫反射工作的，故A正确；
B．光照状态下，光电三极管阻值减小，所以光电三极管收不到LED发出的光时，处于断路状态(呈高阻状态)，故B正确；
C．机械式鼠标器的传感器是红外接收管，故C错误；
D．鼠标器移动时，码盘转动，红外线接收管收到的是不连续的脉冲信号，故D正确．
故选ABD。
15．ABD
【详解】
A、传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的，所以A正确；B、压力传感器是将力学量转化为电学量的装置，所以B正确；C、光敏电阻在有光照射时，电阻会变小，所以C错误；D、传感器材料分半导体材料、陶瓷材料、金属材料和有机材料，传感器广泛应用于信息采集系统．所以D正确；故选ABD．
16． 光敏电阻
【详解】
(1)由于光敏电阻阻值随着光照强度的增大而减小，为使路灯正常工作，在白天时电磁继电器的触点断开，电磁铁通电，，变小或变大，而白天时光敏电阻阻值变小，所以是光敏电阻；
(2)根据题述分析可知，A处与继电器相连，路灯与火线、零线相连接，开关应接在火线上，画导线时要避免交叉电路图如图所示
17． 运动 力 压强
【详解】
在实验中，我们用过不少传感器，其中常用的有“运动，力，压强，光，声音，电压，电流”等。选三个填入即可。
18． 100； 1；
【详解】
（1）当托盘内不放重物时，弹簧弹力为：kx=m0g，可得k=100N/m． 故弹簧劲度系数k=100N/m=1N/cm
（2） 当重量最大时，轻杆位于R最下端，此时弹簧又缩短了10cm， 所放重物重量mg=k△x，可得m=1kg．
（3）当称量物体的质量为m时，弹簧又被压缩的量，此时与电压表并联部分的电阻；电压表示数为， 即.
19．
【详解】
当托盘中没有放物体时，电压表示数为零，当物体质量为m时，设物体下降x，平衡条件有：
mg=kx ①
根据欧姆定律得
②
故电压表读数为
③
根据电阻定律，有
④
联立①②③④解得
20．
【详解】
设静态时滑动变阻器的滑片距左端为x，则敏感元件的输出电压为
设系统向右加速时,滑片左移Δx，敏感元件两侧的弹簧形变量都为Δx，且方向相同，则敏感元件的动力学方程为
此时敏感元件的输出电压为
综合可得
向右加速运动时
设系统向左加速时,滑片右移Δx，敏感元件两侧的弹簧形变量都为Δx，且方向相同，则敏感元件的动力学方程为
此时敏感元件的输出电压为
综合可得
向右加速运动时
综合可得
若U>U0，系统的加速度方向水平向左；
若U21．较小，调节R1使其变小
【详解】
由题可知，引起电路状态变化的原因是照射光敏电阻RG的光的强弱。白天光照强，RG的阻值较小，其两端分压较小，此时A端为高电平，则Y端为低电平，继电器两端电压较小，不工作，路灯不亮。若要使路灯早一些亮，即光照强度较大、RG较小时，就使A端为低电平，则需要RG分压增大，根据并联分压规律可知此时应调节R1使其变小。
22．，
【详解】
设身高体重测量仪高度为L，人的身高为h，质量为m，
当测重台上没有站人时，根据超声波的速度和位移关系得
vt0=2L
当测重台上站人时，可得
vt=2（L-h）
联立解得
根据传感器输出电压与作用在其上的压力成正比得
U0=kM0g
当测重台上站人时
U=k（M0+m）g
解得
23．(1) R=300－0.6F() (2)15mA (3) G=625N
【详解】
（1）由表格得到：R=300-0.6F
（2）根据部分电路欧姆定律得，该电子秤零刻度线应标在电流表刻度盘15mA处．
（3）根据欧姆定律得，当I=20mA时，R=225Ω；
代入①式得：F=125N
根据力矩平衡G BO=F AB 得G=625N 答案第1页，共2页