5.3用传感器制作自动控制装置 专项测试（Word版含解析）

5.3、用传感器制作自动控制装置
一、单选题
1．火灾报警器使用的是(　　)
A．光传感器
B．温度传感器
C．湿度传感器
D．气体传感器
2．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
3．下列有关传感器的说法正确的是 （ ）
A．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号
B．楼梯口的电灯开关装的两种传感器是热敏电阻和光敏电阻
C．电子秤所使用的测力装置是力传感器
D．半导体热敏电阻常用作温度传感器，因为温度越高，它的电阻值越大
4．下列应用了光电传感器的是（　　）
A．商场里的自动玻璃门 B．夜间自动打开的路灯
C．自动恒温冰箱 D．楼梯口的夜间有声音时就亮的灯
5．机器人可以通过外部传感器来感知外部环境和外界事物，下列说法有误的是（　　）
A．温度传感器让其感知温度变化，此传感器是热敏电阻，阻值一定随温度升高而增大
B．光电传感器可以作为眼睛，此传感器若是光敏电阻，阻值一定随光亮度增加而减小
C．超声波传感器可以作为耳朵，让其听到常人听不到的声音
D．压力传感器可以使其有“手感”
6．图甲表示某压敏电阻的阻值随所受压力变化的情况。把这个压敏电阻与秤台、电池、电流表组合起来（图乙），用压敏电阻作为承重的载体，把电流表的刻度改为相应的质量刻度，就得到了一个简易电子秤。下列说法正确的是（　　）
A．对应的物体质量应标在电流较大的刻度上，且物体质量与电流是线性关系
B．对应的物体质量应标在电流较大的刻度上，且物体质量与电流是非线性关系
C．对应的物体质量应标在电流较大的刻度上，且物体质量与电流是非线性关系
D．对应的物体质量应标在电流较大的刻度上，且物体质量与电流是线性关系
7．下列关于传感器的说法正确的是（ ）
A．话筒是一种常用的传感器，其作用是将电信号转换为声音信号
B．在天黑楼道里出现声音时，楼道里的灯才亮，说明它的控制电路中只有声音传感器
C．光敏电阻能够把光照强弱变化转换为电阻大小变化
D．电子秤中所使用的测力装置是温度传感器
8．唱卡拉OK用的话筒，内有传感器，其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号，下列说法正确的是（　　）
A．该传感器是根据电流的磁效应工作的
B．该传感器是根据电磁感应原理工作的
C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变
D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势
9．视觉是人类最重要的知觉方式，视觉受损的病人生活质量深受困扰．目前研发的人工视网膜阵列可以模拟视网膜感光细胞对视觉通路施加特定电刺激，从而产生视觉感受．按工作原理来看，目前的人工视网膜阵列主要有两种，分为微光电二极管阵列和微电极阵列．微光电二极管阵列直接将入射光转化成电信号激励神经细胞，但电流强度不足，需要配备放大电路．微电极阵列通过外置摄像头采集图像并通过无线电波传输至电极阵列，可以最小化植入体积．人工视网膜无论采用哪一种阵列，工作时如果使用直流电，都可能造成电荷累积对神经细胞损伤，以及电解水产生化学腐蚀和气泡．下列说法正确的是（ ）
A．微光电二极管阵列在正常工作时不需要额外电源提供能量
B．微电极阵列直接将进入人眼的光线转化成视觉电信号
C．微电极阵列传输信号的原理是电流的磁效应
D．人造视网膜假体工作时应采用交流电信号
10．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断升降机运动状态的装置，其工作原理如图所示。将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动过程的某一段时间内，发现电流表的示数不变，且I大于升降机静止时电流表的示数I0，在这段时间内（　　）
A．升降机可能匀速上升
B．升降机一定匀减速上升
C．升降机一定处于失重状态
D．通过压敏电阻的电流一定比电梯静止时大
11．光敏二极管在各种自动化装置中有很多应用，街道的路灯自动控制开关就是其应用之一，图中所示为其模拟电路，其中A为光敏二极管，B为电磁继电器，C为照明电路，D为路灯，下列说法正确的是（　　）
A．路灯自动控制电路中的光敏二极管的阻值随光照增强而增大
B．当没有光照时（夜晚），光敏二极管所在回路中的电流很小
C．根据“日出路灯肯定熄”的常识，分析可知白天电磁铁与衔铁不吸引
D．如果换上灵敏度更高的光敏二极管，则相同的光照强度下，电磁铁的磁性更弱
12．压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，有位同学设计了利用压敏电阻判断竖直升降机运动状态的装置，其工作原理图如图甲所示，将压敏电阻固定在升降机底板上，其上放置一个物块，在升降机运动的过程中，电流表示数如图乙所示，已知升降机静止时电流表的示数为I1。下列判断正确的是（　　）
A．从0到t1时间内，升降机一定静止
B．从t1到t2时间内，升降机可能做匀加速直线运动
C．从t1到t2时间内，升降机运动时的加速度在变化
D．从t2到t3时间内，升降机可能向下匀加速运动
13．电磁学的成就极大地推动了人类社会的进步。下列说法正确的是（　　）
A．甲图是某品牌的无线充电手机利用电磁感应方式充电的原理图，无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是“电流的磁效应”
B．在乙图中，开关由闭合变为断开，则断开瞬间触头C马上离开触点
C．在丙图中，钳形电流表是利用电磁感应原理制成的，它的优点是不需要切断导线，就可以方便地测出通过导线中交变电流的大小
D．丁是电容式话筒的电路原理图，声波的振动会在电路中产生恒定的电流
二、多选题
14．下列有关传感器及其敏感元件的说法中正确的是（　　）
A．霍尔元件是能够把磁感应强度转换为电压的一种磁传感器
B．光电鼠标利用了光传感器
C．电子秤称量物体质量利用了力传感器
D．2020年初新冠肺炎疫情防控阻击战中，枪式测温仪成了体温检测的“哨兵”，它利用了温度传感器
15．下列使用压力传感器的是（ ）
A．洗衣机设有多段式水位自动感应装置
B．火灾报警器
C．酒精测试仪
D．电子秤
16．将金属块m用压缩的轻弹簧卡在一个矩形的箱中，如图所示。在箱子的上顶板和下底板装有压力传感器，箱子可以沿竖直轨道运动。当箱子以a＝2.0 m/s2的加速度竖直向上做匀减速运动时，上顶板的压力传感器显示的压力为6.0 N，下底板的压力传感器显示的压力为10.0 N。取g＝10 m/s2，下列说法正确的是（　　）
A．金属块的质量是0.5 kg
B．若上顶板压力传感器的示数是下底板压力传感器的示数的一半，则箱子是静止的
C．若上顶板压力传感器的示数为零，则轻弹簧的长度保持不变
D．若上顶板压力传感器的示数为零，则箱子有竖直向上的加速度大于或等于10 m/s2
三、填空题
17．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。
18．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______。
19．如图所示为一个有光照或温度升高时排气风扇都能启动的自动控制装置。在这个装置中需要__________传感器和__________传感器，控制器采用__________门控制方式。执行器选用__________。
20．光强传感器对接收到的光信号会产生衰减，且对于不同波长的光衰减程度不同，可以用j表示衰减程度，其定义为输出强度与输入强度之比，，右图表示j与波长l之间的关系。当用此传感器分别接收A、B两束光时，传感器的输出强度正好相同，已知A光的波长lA＝625nm，B光由lB1＝605nm和lB2＝665nm两种单色光组成，且这两种单色光的强度之比IB1:IB2＝2:3，由图可知jA＝__________；A光强度与B光强度之比IA:IB＝__________。
四、解答题
21．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。
22．烟雾散射式火灾报警器为什么平时不报警，而有烟雾时能报警？
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
试卷第2页，共2页
参考答案：
1．A
【解析】
【详解】
火灾报警器，是当有火灾时，会发生烟，进入火灾报警器时，利用光的漫反射，从而触发开关报警，即火灾报警器使用的是光传感器，故A正确，BCD错误．
点睛：传感器能够将其他信号转化为电信号，它们在生产生活中应用非常广泛，在学习中要注意体会．
2．D
【解析】
【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．
【点睛】传感器是把非电学量转化为电学量的装置，要了解一些常见自动控制设备的原理．
3．C
【解析】
【详解】
话筒是一种常用的声传感器，其作用是将声信号转换为电信号，选项A错误；楼梯口的电灯开关装的两种传感器是声敏电阻和光敏电阻，选项B错误；电子秤所使用的测力装置是力传感器，选项C正确；半导体热敏电阻常用作温度传感器，因为温度越高，它的电阻值越小，选项D错误；故选C.
4．B
【解析】
【详解】
A．商场里的自动玻璃门是应用红外线传感器工作的，故A错误；
B．夜幕降临时，路边上的路灯就会自动亮起，说明控制电路的是光敏元件，应用了光传感器，故B正确；
C．自动恒温冰箱都是应用温度传感器工作的，故C错误；
D．夜间楼梯口有声音就亮的灯，使用了声控开关，是一种压力传感器，故D错误。
故选B。
5．A
【解析】
【详解】
A．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，金属热电阻阻值一定随温度升高而升高，热敏电阻阻值一定随温度升高而降低，故A错误，符合题意；
B．光电传感器可以作为眼睛，此传感器若是光敏电阻，阻值一定随光亮度增加而减小，故B正确，不符合题意；
C．超声波传感器是将声强转化为电学量，可以作为耳朵，让其听到常人听不到的声音，故C正确，不符合题意；
D．压力传感器可以将压力转化为电学量，可以使物体有“手感”，故D正确，不符合题意；
故选A。
6．B
【解析】
【详解】
根据R-F关系可知
R= R0-kF
而
可知，物体质量与电流是非线性关系，且F越大，则I越大，即对应的物体质量应标在电流较大的刻度上。
故选B。
7．C
【解析】
【详解】
试题分析：A、话筒是一种常用的传感器，其作用是将声音信号转换为电信号；错误
B、天黑楼道里出现声音时，楼道里的灯才亮，说明它的控制电路中有光传感器和声音传感器；错误
C、光敏电阻随光照强弱变化，其阻值会发生变化，即它够把光照强弱变化转换为电阻大小变化；正确
D、电子秤中所使用的测力装置是，应变式力传感器；错误
故选C
考点：传感器
点评：本题考查的知识点是传感器，但是不同的传感器有不同的具体应用，要具体问题具体分析，常用传感器的工作原理、特性及在实践中的应用要在平时学习中不断积累．
8．B
【解析】
【详解】
试题分析：该传感器是根据电磁感应原理工作的；膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量要发生变化，在金属线圈中会产生感应电动势，故选项B正确.
考点：电磁感应现象的应用
【名师点睛】此题是考查了电磁感应现象的应用问题；关键是知道传感器的原理及内部结构，能联系所学的物理知识来说明工作原理.
9．D
【解析】
【详解】
A、由于微光电二极管阵列直接将入射光转化成电信号激励神经细胞，但电流强度不足，需要配备放大电路，所以微光电二极管阵列在正常工作时需要额外电源提供能量，故选项A错误；
BC、微电极阵列通过外置摄像头采集图像并通过无线电波传输至电极阵列，将图像信号转化为电流脉冲，不是电流的磁效应，故选项B、C错误；
D、工作时如果使用直流电，都可能造成电荷累积对神经细胞损伤，以及电解水产生化学腐蚀和气泡，所以人造视网膜假体工作时应采用交流电信号，故选项D正确．
10．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．在升降机运动过程中发现I大于升降机静止时电流表的示数I0，说明此时压敏电阻的阻值大于升降机静止时的阻值，则压敏电阻所受的压力小于升降机静止时的压力，升降机不可能匀速运动，故A错误；
B．在升降机运动过程中发现电流表不变，说明是匀变速运动，且I大于升降机静止时电流表的示数I0，可知外电压变大，内电压变小，说明总电流变小，所以总电阻变大，压敏电阻的阻值变大。由压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，则知压力变小，因此加速度方向向下，可能向下匀加速，也可能向上匀减速。故B错误；
C．升降机的加速度向下，一定处于失重状态。故C正确；
D、电路中总电流变小，而通过电流表的电流变大，则R的电流变小，所以通过压敏电阻的电流一定比电梯静止时小，故D错误。
故选C。
11．B
【解析】
【详解】
A．光敏二极管有光敏电阻的特征，阻值随光照增强而减小，也具有一般二极管单向导电性的特征，故A错误；
BC．根据“日出路灯熄、日落路灯亮”的常识，结合路灯自动控制电路中的特征，可知，没有光照时（夜晚），触点接通，照明电路的路灯变亮，电磁铁与衔铁不吸引，电磁铁的磁性不强，所在回路中的电流很小，反之白天电磁铁与衔铁吸引，触点断开，故B正确、C错误；
D．如果换上灵敏度更高的光敏二极管，白天在相同的光照强度下，电磁铁的磁性更强，与衔铁的吸引力更大，故D错误。
故选B。
12．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．0～t1时间内，电流不变，根据欧姆定律可知电路中的总阻值不变，升降机可能静止也可能匀速运动，故A错误；
BC．t1到t2时间内，电流增大，电阻减小，因为压敏电阻的阻值随所受压力的增大而减小，所以压力增大，静止时
FN＝mg
t1到t2时间内根据牛顿第二定律
FN－mg＝ma
合力向上，加速度向上，向上做加速度增大的加速运动或向下做加速度增大的减速运动，故B错误，C正确；
D．t2到t3时间内电流不变，电阻不变，压力不变，电流大于静止时的电流，压力大于静止时的压力，对物块受力分析，受到重力和支持力，根据牛顿第二定律
FN－mg＝ma
合力向上，加速度向上，加速度不变，所以t2到t3时间内升降机匀加速上升或匀减速下降，故D错误。
故选C。
13．C
【解析】
【分析】
【详解】
A．甲图是某品牌的无线充电手机利用电磁感应方式充电的原理图，无线充电时，发射线圈部分的工作原理是“电流的磁效应”， 无线充电时手机接收线圈部分的工作原理是“电磁感应”所以A错误；
B．在乙图中，开关由闭合变为断开，则断开瞬间触头C不会马上离开触点，因为B线圈中有感应电流产生，则触头慢慢离开触点，所以B错误；
C．在丙图中，钳形电流表是利用电磁感应原理制成的电流互感器，它的优点是不需要切断导线，就可以方便地测出通过导线中交变电流的大小，所以C正确；
D．丁是电容式话筒的电路原理图，声波的振动会在电路中产生周期性变化的电流，所以D错误；
故选C。
14．ABC
【解析】
【详解】
A．霍尔元件是能够把磁感应强度的变化转换为电压的一种磁传感器，故A正确；
B．光电鼠标利用了光传感器，故B正确；
C．电子秤称量物体质量利用了力传感器，故C正确；
D．枪式测温仪是根据人体辐射的红外线来测温的，没有利用温度传感器，故D错误。
故选ABC。
15．AD
【解析】
【详解】
A、洗衣机设有多段式水位自动感应装置，是通过不同的压力转换成电学量，运用的压力传感器，故A正确；
B、火灾报警器，是当有火灾时，会发生烟，进入火灾报警器时，利用光的漫反射，从而触发开关报警，故B错误；
C、交通警察用来检测驾驶员酒精含量的检测器使用的是酒精气体传感器，故C错误；
D、电子秤是将压力转化为电阻的传感器，属于压力传感器，故D正确．
点睛：对常用传感器的工作原理、特性及在实践中的应用要在平时学习中不断积累．
16．AD
【解析】
【详解】
A．下底板传感器的示数等于轻弹簧的弹力F，金属块受力分析情况如图所示
上顶板的压力N＝6.0 N、弹簧的弹力F＝10.0 N和重力mg，加速度为a，方向向下，有
mg＋N－F＝ma
可求得金属块的质量
m＝0.5 kg
选项A正确；
B．当上顶板传感器的示数是下底板传感器示数的一半时，弹簧的弹力仍是F，则上顶板压力为，设箱和金属块的加速度为a1，则有
mg＋－F＝ma1
解得a1＝0，表明箱处于静止或做匀速直线运动，选项B错误；
C．当上顶板的压力恰好等于零时，有
mg－F＝ma2
解得
a2＝－10 m/s2
“－”号表示加速度方向向上，若箱和金属块竖直向上的加速度大于10 m/s2，弹簧将被进一步压缩，金属块要离开上顶板，上顶板压力传感器的示数也为零，选项C错误；
D．只要竖直向上的加速度大于或等于10 m/s2，不论箱是向上加速还是向下减速运动，上顶板压力传感器的示数都为零，选项D正确；
故选AD。
17． 声光 光
【解析】
【分析】
【详解】
[1]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。
[2]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。
18． 与 远大于 见解析
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]与
[2]远大于。
(2)[3]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。
19． 光 温度 或 电风扇
【解析】
【分析】
【详解】
[1][2][3][4]因为图中所示为一个有光照或温度升高时排气风扇都能启动的自动控制装置，所以在这个装置中需要光传感器和温度传感器，且传感器应采用或门控制方式，执行器应选用风扇。
20． 0.35 27.5：35
【解析】
【详解】
[1]．如图所示，A光的波长为625nm，在图上对应的强度jA＝0.35；
[2]．同理在图中找出B1的强度为=0.60，B2的强度为 =0.07，由A、B两束光经传感器的输出强度正好相同得：
得：
21．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。
【解析】
【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。
22．见解析
【解析】
【详解】
平时发光二极管LED发出的光被不透明的挡板挡住，光电三极管收不到LED发出的光。但有烟雾进入时，因烟雾对光的散射而致使部分光照射到光电三极管上，使其电阻变小，从而与传感器连接的电路检测出这种变化，发出警报。
23．(1) R=300－0.6F() (2)15mA (3) G=625N
【解析】
【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
【名师点睛】根据表格中的数据可知：压力F增大时，电阻减小，由数学归纳出电阻R随压力F变化的函数式；踏板空载时，由表格可知F=0，电阻R=300Ω，由欧姆定律求出电流；根据电压与电流可求出此时压力传感器的电阻值，再依据表中的变化规律可求出此时作用在A点的压力的大小，最后根据杠杆的平衡条件得出作用在O点的人的体重．
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页