5.3利用传感器制作简单的自动控制装置 练习（word版含答案）

人教版（2019）选择性必修二 5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置
一、单选题
1．图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，红外光敏电阻受到红外线照射，电阻减小；门关闭会遮蔽红外线源（红外线源没有画出），经实际试验，灯的亮、灭能反映门的开、关状态.与门关闭时相比，门打开时两灯的发光情况以及两端的电压变化情况分别是（）
A．红灯亮，变大
B．绿灯亮，变大
C．绿灯亮，变小
D．红灯亮，变小
2．2007年法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔由于发现巨磁电阻(GMR)效应而荣获了诺贝尔物理学奖．如图所示是利用GMR设计的磁铁矿探测仪原理示意图，图中GMR在外磁场作用下，电阻会发生大幅度减小．下列说法正确的是（ ）
A．若存在磁铁矿，则指示灯不亮；若将电阻R调大，该探测仪的灵敏度提高
B．若存在磁铁矿，则指示灯不亮；若将电阻R调小，该探测仪的灵敏度提高
C．若存在磁铁矿，则指示灯亮；若将电阻R调大，该探测仪的灵敏度提高
D．若存在磁铁矿，则指示灯亮；若将电阻R调小，该探测仪的灵敏度提高
3．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
4．如图所示是某保密室的防盗报警电路，当有人闯入保密室时会使开关S闭合。下列说法正确的是（　　）
A．电磁继电器与发电机工作原理相同 B．电磁铁的磁性强弱只与电流大小有关
C．电磁铁工作时，上端为S极 D．当有人闯入保密室时，b灯亮
5．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
6．如图所示是一种烟雾报警器的控制电路图，其简化原理是调节可变电阻使，当有烟雾时，开始触发工作，其中是光敏电阻，由此可知，要使开始工作，则应满足（　　）
A． B． C． D．无法判断
7．图甲为斯密特触发器，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值(1.6 V)时，输出端Y会突然从高电平跳到低电平(0.25 V)，而当输入端A的电压下降到另一个值的时候(0.8 V)，Y会从低电平跳到高电平(3.4 V)．图乙为一光控电路，用发光二极管LED模仿路灯，RG为光敏电阻．关于斯密特触发器和光控电路的下列说法中错误的是(　　)
A．斯密特触发器的作用是将数字信号转换为模拟信号
B．斯密特触发器是具有特殊功能的非门
C．要想在天更暗时路灯才会亮，应该把R1的阻值调大些
D．当输出端Y突然从高电平跳到低电平时，二极管发光
8．霍尔元件是一种应用霍尔效用的磁传感器，有一个沿y轴方向的磁场，磁感应强度（B0、k均为正的常数），将一传感器固定在霍尔元件上，沿y轴方向元件的厚度为d，保持通过霍尔元件的电流I不变（方向如图中箭头所示）．当元件沿y轴方向移动时，a、b是垂直于z轴方向上元件的前后两侧面，在这两个侧面产生的电势差为U，则下列说法正确的是
A．若图中霍尔元件是电子导电，则后侧面电势高
B．若I不变，电势差U越大，则该处的磁感应强度B越小
C．若磁感应强度B不变，前后两侧面的电势差U越小，则电流I取值越大
D．k越大，传感器灵敏度越高
9．.如图所示的电路可将声音信号转化为电信号，该电路中，b是固定不动的金属板，a是能在声波驱动下沿水平方向振动的镀有金属层的振动膜，构成了一个电容器，且通过导线与恒定电源两极相接，若声源S做简谐运动，则（　　）
A．a振动过程中，板之间的电场强度不变
B．a振动过程中，板所带的电荷量不变
C．a振动过程中，电路中始终有方向不变的电流
D．a板向右位移最大时，电容器的电容最大
10．有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，其中有两个传感器，下列说法正确的是（）
A．两个传感器都是光电传感器
B．两个传感器分别是光电传感器和温度传感器
C．两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器
D．只有光照和温度都适合时排气扇才能工作
11．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
12．在如图所示的自动控制电路中，当开关S断开时，工作电路的情况是（　　）
A．灯亮，电动机转起来，电铃响 B．灯亮，电动机转起来，电铃不响
C．灯不亮，电动机不转，电铃响 D．灯亮，电动机不转，电铃响
二、填空题
13．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。
14．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。
15．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______。
16．热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中．图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图．由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力________(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更______(选填“敏感”或“不敏感”)．
17．如图所示是小明设计的一种自动测定水箱内水位的装置，R是一种滑动变阻器，它的金属滑片是杠杆的一端，从水位表指针所指的刻度就可知道水箱内水位的高低，从图中可知：水位表是由________改装而成．当水面上升时，滑片________（填向上移动或者向下移动），滑动变阻器连入电路电阻________，电流________，水量表示数________．
三、解答题
18．一热敏电阻阻值随温度变化的图像如图甲所示．请用这一热敏电阻设计一控制电路．当温度高于某一值后红色指示灯亮，当温度低于这一值时绿色指示灯亮．
甲　　　　　　　　　　　　乙
给你的器材有：如图乙所示的继电器一个(a、b为常闭触点．c、d为常开触点)、热敏电阻一只、滑动变阻器一只、红绿色指示灯各一个、两个独立的电池组、开关两个、导线若干等．
19．一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
20．夜晚，楼梯上漆黑一片，但随着我们的脚步声响，楼梯灯亮了；我们登上一层楼，灯光照亮一层楼，而身后的灯则依次熄灭，这种楼梯灯好像能 “听到”我们的到来，能“看见”我们的离去，之所以能如此，是因为电路中安装了光声控延时开关，探究这种开关有什么转换器件。
21．如图所示为大型电子地磅电路图，电源电动势为E，内阻不计，不称物体时，滑动触头P在A端，滑动变阻器接入电路中的有效电阻最大，电流较小；称重物时，在压力作用下滑动触头下移，滑动变阻器有效电阻变小，电流变大。这样把电流对应的质量值刻在刻度盘上，就可以读出被称物体的质量，若滑动变阻器上A、B间长度为l，最大阻值为，已知两弹簧的总弹力与形变量成正比，比例系数为k。
（1）试导出所称重物重力G与电路中电流I的函数关系
（2）该装置达到最大量程时电流表示数是多少？
22．某中学生制作成功一个“遥控探测手”。阅读下面一则文字说明和电路图，请你指出“遥控探测手”的三个基本“机器人模块"是由文中的哪些装置构成的？（如控制器、传感器、执行器等主要模块）从电路中你能看出是哪种基本逻辑电路？为什么？
遥控探测手
未开发的处女地或者某个星球被视为人类的未来生存地，需要去检测空气、土壤、水的样本是否为优良元素。而那里充满危险，谁去更合适呢？机器人探测是当仁不让的。我这里制作的遥控探测手，具备探测的功能，能小发出光、声的可视的非语言信号。所用材料一般家里或市场上都可找到。主要有：胶木板、铅皮、单簧管、磁铁、微动开关、遥控玩具型的接受与发射装置。制作中有两点要注意：其一，调整遥控装置中的接受与发射频率，若调整失误，遥控车只进不退，或只会左转不会右转等令人哭笑不得的事就会发生；其二，探测手的电气原理要设计好，见示意图，其中J为单簧管，S为微动开关，Q是发光二极管。
试卷第1页，共3页
试卷第2页，共2页
参考答案：
1．D
【详解】
门打开时，R3的阻值减小，导致总电阻及R总减小和总电流I总增大，内电压Ur和R1两端的电压 U1均变大，R2两端的电压U2=E-（U1+Ur）减小，通过R3的电流增大，电磁继电器磁性增强，把衔铁吸下，红灯亮，绿灯灭，选项D正确.
故选D
2．C
【详解】
本题考查的是简单逻辑电路的问题．GMR在外磁场作用下，电路中的总电阻在减小，电源电压不变的情况下，指示灯的电路电流变小，但由于是非门，所以通过指示灯的电流变大，灯变亮，若将电阻R调大，则经过非门，指示灯越亮，从而提高了该探测仪的灵敏度，答案选C．
3．D
【详解】
发光二极管和普通二极管一样，都具有单向导电性，都是半导体材料制成的，只有当两端加正向电压时，才能处于导通状态，但不一定发光，要求达到一定的电压值，它能直接把电能转化为光能。
故选D。
4．D
【详解】
A．电磁继电器是利用电流的磁效应工作的，发电机是利用电磁感应原理制成的，选项A错误；
B．电磁铁的磁性强弱和电流大小、线圈的匝数及有无铁芯有关，选项B错误；
C．根据安培定则可知，电磁铁工作时，上端为N极，选项C错误；
D．当有人闯入保密室时会使开关S闭合，电磁铁有磁性，吸引衔铁向下移动，b灯所在电路接通，b灯亮，选项D正确。
故选D。
5．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。
6．A
【详解】
规定电源负极的电势为零，则
保持不变，而
当有烟雾时，光敏电阻增大，增大，所以当时，控制电路开始工作。
故选A。
7．A
【详解】
光敏电阻的电阻随光照增强而减小，天暗时，电阻比较大，光敏电阻两端的电势差比较大，则输入门电路为高电势，而另一输入端为低电势，最后灯亮；
天亮时，光敏电阻比较小，则光敏电阻两端的电势差比较小，则输入门电路为低电势，而另一输入端为低电势，灯熄灭．
天暗时，光敏电阻阻值大，A端为高电势经过非门，输出端Y为低电势LED导通，路灯亮，D正确
当R1调大时，光敏电阻的分压减小，A端的电压降低，输出端Y为高电势，LED灯不亮.,C正确
斯密特触发器的作用是将模拟信号转换为数字信号，A错误，是特殊非门，B正确
8．D
【详解】
A．若霍尔元件中移动的是电子，根据左手定则，电子向后侧面移动，所以前侧面的电势高，故A错误；
BC．最终电子在电场力的作用下处于平衡状态，霍尔电压公式（K为霍尔系数），若I不变，电势差U越大，则该处的磁感应强度B越大，若磁感应强度B不变，前后两侧面表面的电势差U越小，则电流I取值越小，故BC错误；
D．根据磁感应强度知，k越大，B的变化越大，根据知，U随y的变化越大，即传感器灵敏度越高，D正确。
故选D。
9．D
【详解】
A．a振动过程中，两板间距d发生变化，电源始终与电容器相连，两板间电压U不变，由可知E变化，A错误；
B．由可知，d变化，Q变化，选项B错误；
C．a振动方向不确定，d可增可减，故电流方向不确定，选项C错误；
D．当a板向右位移最大时，由可知，d最小，C最大，选项D正确；
故选D。
10．B
【详解】
题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动控制，由此可见两个传感器一个是光电传感器，一个是温度传感器，而且排气扇自动工作只需光照和温度一个满足条件即可，A、C、D错，B对．
11．A
【详解】
A．光电门能够记录遮光条的挡光时间，应用的是光传感器，A错误，不符合题意；
B．电子秤是利用压力传感器来工作的，B正确，符合题意；
C．电饭煲能自动加热和保温而不会把饭烧焦，应用了温度传感器，C正确，不符合题意；
D．当你走近自动门时，门会自动打开，应用了红外传感器，D正确，不符合题意。
故选A。
12．B
【详解】
由图可知这是用一个电磁继电器同时控制两个工作电路的自动控制装置，控制电路由电源、开关S和电磁铁组成，工作电路有两个，共用一个电源，开关S断开时，电磁铁中无电流没有磁性，弹簧把衔铁拉起，电灯和电动机组成的并联电路连通，电灯亮，电动机转动，电铃电路断开，电铃不响；开关S闭合时，电磁铁通电有磁性，吸下衔铁，使电铃电路连通，铃响，电灯和电动机电路断开，灯不亮，电动机不转。
故选B。
13． 传感器 控制器 执行器 光 声
【详解】
[1][2][3][4][5]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。
14． 磁体 磁体靠近和离开干簧管
【详解】
①[1]用磁体直接靠近干簧管，观察干簧管簧片能否正常动作。
③[2] 接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。
15． 与 远大于 见解析
【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。
16． 增强 敏感
【详解】
图中横轴表示温度，纵轴表示电阻，随着温度的增加，金属热电阻的阻值略微增大，而热敏电阻的阻值显著减小，所以这种热敏电阻在温度上升时导电能力增强，相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的影响更敏感；
17． 电流表 向下移 变小 变大 变大
【详解】
[1]．从图中可知：水位表是由电流表改装而成．
[2][3][4][5]．当水面上升时，滑片向下移动，滑动变阻器连入电路电阻变小，电流变大，水量表示数变大．
18．
【详解】
设计的控制电路如图所示．
由题图中甲可以看出热敏电阻的阻值随温度升高而减小，是负温度系数的热敏电阻．当温度低于某一值时，热敏电阻的阻值较大，流过电磁铁的电流较小，a、b为常闭触点，连接上绿灯，绿色指示灯亮．当温度高于这一值时，热敏电阻的阻值较小，流过电磁铁的电流较大，c、d被闭合，连接上红灯，红色指示灯亮，滑动变阻器作限流式连接，通过调节滑动变阻器满足热敏电阻对某一温度的控制．
19．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。
20．光敏感元件、声敏感元件
【详解】
根据光声控开关的内部构造．光声控延时开关中安装有光敏感元件，用于感知外界光线的强弱．还安装有声敏感元件用于感知外界声响．当白天外界光线较强时，光声控制延时开关总处于断开状态，灯不亮；当夜晚光线较弱且有声响时光声控延时开关处于导通状态，灯亮，延时一段时间后，开关断开，灯熄灭。
21．（1）（2）
【详解】
（1）设所称重物重力为G时弹簧的压缩量为x，由题意得
①
此时，滑动触头P距B端距离为，滑动变阻器有效电阻为，由闭合电路欧姆定律有
②
由①②式解得。
（2）该装置达到最大量程时，弹簧压缩量最大，A、B间电阻被短路。故此时电流表示数为。
22．见解析
【详解】
微控制器是由接受和发射装置、音乐集成块和循环发光二极管集成块构成；传感器是由微动开关和单簧管（磁控开关）构成；执行器是由发光二极管和扬声器构成。从电路中可以看出是“或门”逻辑电路。当探测手碰到优良元素（含有磁铁）障碍物时，就会使微动开关和单簧管均闭合。同时发出光和声。但微动开关闭合时也会使二极管发光，单簧管遇磁铁时也会闭合，使扬声器发声。
答案第1页，共2页
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