5.3用传感器制作自动控制装置 同步练习（Word版含解析）

粤教版（2019）选择性必修二 5.3 用传感器制作自动控制装置
一、单选题
1．生活中的电子秤利用了传感器原理，电子秤称重时主要使用的是下列哪种传感器（　　）
A．超声波传感器 B．压力传感器 C．温度传感器 D．红外传感器
2．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。当待测压力F作用于可动膜片电极时，可使膜片产生形变，引起电容的变化，将电容器、灵敏电流计和电源串联成闭合电路，那么（　　）
①当F向上压膜片电极时，电容将减小
②当F向上压膜片电极时，电容将增大
③若电流计有示数，则压力F发生变化
④若电流计有示数，则压力F不发生变化。
A．①③ B．①④ C．②③ D．②④
3．传感器是在自动控制、航空航天等实际应用中常用的电学元件。下列可将光学量转化为电学量的传感器为（　　）
A．电视机遥控接收器
B．热敏电阻
C．霍尔元件
D．电阻应变片
4．下列有关传感器的说法中错误的是（　　）
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是利用了力传感器
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”，是利用了温度传感器
5．下列有关传感器的叙述中正确的是（　　）
A．自动门上安装了红外线传感器，红外线传感器就是温度传感器
B．干簧管是将磁感应强度转换为电阻的一种元件
C．与热敏电阻相比，金属热电阻的灵敏度差，测温范围小
D．压电晶体的敏感元件就是转换元件
6．常用的计算机键盘就是一种传感器。如图所示，键盘上每一个键的下面都连一小金属片，与该金属片隔有一定空气间隙的是另一小的固定金属片，这两金属片组成一个小电容器。当键被按下时，此小电容器的电容发生变化，与之相连的电子线路就能够检测出哪个键被按下，从而给出相应的信号。这种计算机键盘使用的是（　　）
A．温度传感器
B．电容式传感器
C．磁传感器
D．光传感器
7．传感器已广泛应用于日常生活，下列传感器能够将力学量转换为电学量的是（ ）
A．
B．
C．
D．
8．关于传感器，下列说法中正确的是（　　）
A．干簧管是一种能够感知电场的传感器
B．火灾报警器都是利用温度传感器实现报警
C．电熨斗通过温度传感器实现温度的自动控制
D．话筒是将电信号转换为声信号的传感器
9．图为苹果自动分拣装置，可以把质量大小不同的苹果，自动分拣开。该装置的托盘秤压在一个以O1为转动轴的杠杆上，杠杆末端压在压力传感器R1上。当大苹果通过托盘秤时，R1所受的压力较大因而电阻较小，R2两端获得较大电压，该电压激励放大电路并保持一段时间，使电磁铁吸动分拣开关的衔铁，打开下面通道，让大苹果进入下面通道；当小苹果通过托盘秤时，R2两端的电压不足以激励放大电路，分拣开关在弹簧向上弹力作用下处于水平状态，小苹果进入上面通道。托盘停在图示位置时，设进入下面通道的大苹果最小质量为M0，若提高分拣标准，要求进入下面通道的大苹果的最小质量M大于M0，下面操作可行的是（　　）
A．其他条件不变的情况下，只将托盘秤压在杠杆上的位置向左移动一些
B．其他条件不变的情况下，只适当减小R2的阻值
C．其他条件不变的情况下，只改变放大电路中电磁铁部分导线绕行的方向
D．其他条件不变的情况下，只增大和传感器R1相连接电路中电源电动势
10．如图所示，两块水平放置的金属板距离为d，用导线、电键K与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的变化磁场B中。两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面静止放置一个质量为m、电荷量为＋q的小球。K断开时传感器上有示数，K闭合时传感器上恰好无示数。则线圈中的磁场B的变化情况和磁通量变化率分别是（　　）
A．正在增加，
B．正在增加，
C．正在减弱，
D．正在减弱，
11．药物生产车间需要严格控制室内温度范围，尽量保证较小的温度波动。如图是某监控温度波动的报警原理图，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，当报警器两端的电压变化量超出设定值时，报警器就会自动报警。下列说法正确的是（　　）
A．温度升高，报警器两端电压减小
B．温度降低，热敏电阻的热功率一定增大
C．滑动变阻器接入电路的阻值大，报警器容易报警
D．滑动变阻器接入电路的阻值与报警器是否容易报警无关
12．下列四幅图中所涉及物理知识的论述中，错误的是（ ）
A．图甲中，电流能使下方的小磁针发生偏转，说明了电流具有磁效应
B．图乙中，电子秤应用了压力传感器来称重
C．图丙中，变压器的铁芯由薄硅钢片叠压而成，是为了减小涡流，提高效率
D．图丁中，紫外线照射锌板发生了光电效应，如换用红外线，也一定能发生光电效应
13．某电饭锅的结构如图所示，其中温度传感器的主要元件是感温铁氧体，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”。关于该电饭锅的下列说法正确的是（　　）
A．开始煮饭时要压下开关按钮，手松开后这个按钮会马上恢复到图示状态
B．常压下煮饭时水沸腾后锅内还有一定水分的时间内，锅的温度会持续升高
C．饭煮熟后，水分被大米吸收，锅底的温度升高至“居里点”，开关按钮会自动弹起，使电饭锅停止加热
D．如果用电饭锅烧水，也能在水沸腾后立即自动断电
14．某加热仪器的温控部分如图所示，开关S1为电源控制开关，RT为热敏电阻（阻值随温度的升高而减小），E为直流电源，通过调节滑动变阻器，它可以控制加热室温度保持在某一临界温度，试分析判断，以下说法正确的是（　　）
A．电磁继电器是利用电生磁原理来工作的
B．热敏电阻在电路中的作用是保护电路
C．交换直流电源的正负极，电路将失去温控功能
D．若想使得临界温度升高应将滑动变阻器划片左移
15．压敏电阻的阻值R随所受压力的增大而减小。某兴趣小组利用压敏电阻设计了判断电梯运行状态的装置，其电路如图甲所示，将压敏电阻平放在电梯内，受压面朝上，在上面放一物体A，电梯静止时电压表示数为，在电梯由静止开始运行的过程中，电压表的示数变化情况如图乙所示。下列判断正确的是（　　）
A．电梯匀加速下降 B．电梯匀加速上升
C．电梯下降且加速度在变大 D．电梯上升且加速度在变小
二、填空题
16．如图所示为用热敏电阻及和电磁铁L等组成的一个简单的恒温控制电路，其中热敏电阻的阻值会随温度的升高而减小。电源甲与电磁铁、热敏电阻等组成控制电路，电源乙与恒温箱加热器(图中未両出）相连接。则当温度________(填“升高”“降低”）到某一数值时，衔铁P将会被吸下，工作时，应该把恒温箱内的加热器接在_________(“A、B端”“C、D端”）
17．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”）。
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_______.
三、解答题
19．在工厂生产车间的生产线上安装计数器后，就可以准确得知生产产品的数量，如图所示为光敏电阻自动计数器的示意图，其中R1为光敏电阻，R2为定值电阻。此光电计数器的基本工作原理是什么？
20．如图所示为检测某传感器的电路图，传感器上标有“3V，0.9W”的字样（传感器可看作一个纯电阻），滑动变阻器上标有“，1A”的字样，电流表的量程为0.6A，电压表的量程为3V．
（1）根据传感器上的标注，计算传感器的电阻和额定电流．
（2）若电路元件均完好，检测时，为了确保电路各部分的安全，在a、b之间所加的电源电压最大值时多少？
（3）根据技术资料可知，如果传感器的电阻变化超过了，则该传感器就失去作用，实际检测时，将一个恒定的电源加在图中a、b之间（电源电压小于上述所求的电压的最大值），闭合开关S，通过调节来改变电路中的电流和两端的电压，检测记录如右表．若不计检测电路对传感器电阻的影响，通过计算分析，你认为这个传感器是否还能使用？此时a、b间所加的电压时多少？
电压表示数U/V 电流表示数I/A
1 1.48 0.16
2 0.91 0.22
21．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。
22．一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．
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．B
【详解】
ABCD．电子秤的工作原理是通过压力传感器测量重物对称产生压力，故B正确。
故选B。
2．C
【详解】
①②当F向上压膜片电极时，板间距离减小，由电容的决定式
可知电容器的电容将增大，故①错误、②正确；
③④当F变化时，电容变化，而板间电压不变，由
Q=CU
故电容器所带电荷量Q发生变化，电容器将发生充、放电现象，回路中有电流，电流计有示数；反之，电流计有示数时，压力F必发生变化，故③正确，④错误。
故选C。
3．A
【详解】
A．电视机遥控接收器是把光学量转化为电学量的装置，选项A正确；
B．热敏电阻是把热学量转化为电学量的装置，选项B错误；
C．霍尔元件是把磁学量转化为电学量的装置，选项C错误；
D．电阻应变片是把力学量转化为电学量的装置，选项D错误；
故选A。
4．D
【详解】
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，故A正确，不符合题意；
B．光电鼠标利用了光传感器，故B正确，不符合题意；
C．电子秤称量物体质量是利用了力传感器，故C正确，不符合题意；
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，符合题意。
故选D。
5．D
【详解】
A．自动门上安装了红外线传感器，红外线传感器是依靠物体发出的红外线来工作的，与温度传感器不同，A错误；
B．干簧管能够感知磁场，相当于开关，B错误；
C．与热敏电阻相比，金属热电阻的灵敏度差，测温范围大，C错误；
D．压电晶体的敏感元件同时兼为转换元件，D正确。
故选D。
6．B
【详解】
当键被按下时，此小电容器的电容发生变化，用力不同，极板间的距离不同，电容变化不同，与之相连的电子线路就能够检测出哪个键被按下，从而给出相应的信号，键盘用的是电容式传感器，所以B正确；ACD错误；
故选B。
7．A
【详解】
A．应变片是能够把物体形变这个力学量转换成电压这个电学量，故A正确；
B．干簧管是一种磁控制的开关，是一种能够感知磁场的传感器，故B错误；
C．热敏电阻能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，故C错误；
D．霍尔元件是能够把磁感应强度这个磁学量转换为电压这个电学量，故D错误。
故选A。
8．C
【详解】
A．干簧管是一种能够感知磁场的传感器，选项A错误；
B．火灾报警器利用光传感器即烟雾传感器报警的，故B错误；
C．电熨斗通过温度传感器实现温度的自动控制，选项C正确；
D．话筒是将声信号转换为电信号的传感器，选项D错误。
故选C。
9．B
【详解】
A．要求进入下面通道的大苹果的最小质量M大于M0，则要求当此大苹果通过托盘时，压力传感器的压力与原来一致，可知其他条件不变的情况下，只将托盘秤压在杠杆上的位置向右移动一些；选项A错误；
B．因要达到题中的要求，就要使得R2两端电压保持不变，因压力越大，电阻R1越小，此时回路中的电流越大，R2的电压就会变得更大，则要想保持R2的电压和原来一致，则只适当减小R2的阻值，选项B正确；
C．其他条件不变的情况下，只改变放大电路中电磁铁部分导线绕行的方向对磁性大小无影响，选项C错误；
D．因要达到题中的要求，就要使得R2两端电压保持不变，因R1减小，而其他条件不变的情况下，只能减小和传感器R1相连接电路中电源电动势，选项D错误。
故选B。
10．B
【详解】
K闭合时传感器上恰好无示数，说明小球所受电场力和重力平衡，由于小球带正电，所以电容器上极板为负，由楞次定律，可知线圈中的磁场B正在增加。根据分析列出方程
解得
故选B。
11．A
【详解】
A．温度升高，热敏电阻的阻值减小，根据闭合电路的规律可知，报警器两端电压减小，故A正确；
B．温度降低，热敏电阻的阻值增大，根据闭合电路的规律可知，通过热敏电阻的电流减小，由
P＝I2R
热敏电阻的热功率不一定增大，故B错误；
CD．若滑动变阻器接入电路的阻值大，则热敏电阻的阻值变化一定时，报警器两端的电压变化量小，不容易报警，故CD错误。
故选A。
12．D
【详解】
A．图甲中，电流能使下方的小磁针发生偏转，说明了电流具有磁效应，选项A正确，不符合题意；
B．图乙中，电子秤应用了压力传感器来称重，选项B正确，不符合题意；
C．图丙中，变压器的铁芯由薄硅钢片叠压而成，是为了减小涡流，提高效率，选项C正确；不符合题意；
D．图丁中，紫外线照射锌板发生了光电效应，因红外线的频率小于紫外线，如换用红外线，则不一定能发生光电效应，选项D错误，符合题意；
故选D。
13．C
【详解】
A．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，电路接通而电饭锅加热，故A错误；
B．常压下煮饭时水沸腾后锅内还有一定水分的时间内，水在沸腾后温度一直为100℃，锅的温度不会持续升高，除非水烧干，故B错误；
C．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，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下，切断电源，故C正确；
D．如果在1标准大气压下用电饭锅烧水，水沸腾后不会自动断电，当水烧干后，温度升高达到103℃时，感温铁氧体便失去了铁磁性会自动断电，故D错误；
故选C。
14．A
【详解】
AC．电磁继电器利用电生磁原理，电磁铁对P吸引松开来工作，与电流的流向无关，故A正确，C错误；
B．工作过程:闭合S1，当温度低于设计值时，热敏电阻阻值大，通过电磁继电器的电流减小不能使它工作，S2接通，电炉丝加热当温度达到临界值时，热敏电阻减小到某值，通过电磁继电器的电流达到工作电流；S2断开，电炉丝断电，停止供热，分析可得，故B错误；
D．若想使得临界温度升高，则滑动变阻器的电阻越大电流越小继电器中的电磁铁磁性越弱，当临界温度越高，热敏电阻越小，电流增大到某一值，才会吸引P松开，停止加热，所以滑动变阻器滑片右移，故D错误。
故选A。
15．C
【详解】
根据闭合电路欧姆定律得
结合图像可得电路中的电流一直减小，又
可知压敏电阻的阻值一直增大，则对压敏电阻的压力减小，可知处于失重状态，则电梯处于向上减速或向下加速并且加速度越来越大。
故选C。
16． 升高 A、B端
【详解】
[1]．当温度降低到某一数值，热敏电阻R的阻值增大，电路中电流减小，继电器L对衔铁P吸引力减小，P将不会被吸合下。当温度升高到某一数值，热敏电阻R的阻值减小，电路中电流增大，继电器L对衔铁P吸引力增大，P将会被吸下。
[2]．恒温箱内温度高到一定数值后，应与电源断开停止加热，由上分析可知，温度升高后，A、B端断开，所以工作时，应该把恒温箱内的加热器接在A、B端。
17． 减小 减小 左偏
【详解】
[1][2][3]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。
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.
【点睛】
理解热敏电阻的特性，并利用电路结构判断电流及电压的变化．
19．当光被产品挡住时，R1电阻增大，电路中电流减小，R2两端电压减小，信号处理系统得到低电压，每通过一个产品就获得一次低电压，并计数一次。
【详解】
当光被产品挡住时，R1电阻增大，电路中电流减小，R2两端电压减小，信号处理系统得到低电压，每通过一个产品就获得一次低电压，并计数一次
20．（1） ， （2） （3） ，可用
【详解】
试题分析：（1）根据传感器上的铭牌标志，利用电功率公式便可求出电阻和电流，（2）先求出各用电器所能通过的电流，从而比较得出干路最大电流，然后利用相关公式求出最大电压．（3）利用所知物理量，及要求未知量，结合数学中的二元一次方程组来解决，最后便可求出所加电压．
（1）传感器的电阻为：，额定电流：
（2）要求电路各部分安全，则要求电路的最大电流：
此时电源电压最大值：，为传感器的额定电压，为调至最大值时两端的电压，即
电源电压最大值：
（3）设实际检测时，加在a、b间的电压为U，传感器的实际电阻为
根据第一次实验记录数据有：①
根据第二次实验记录数据有：②
由①②联立解得：，U=3V
传感器的电阻变化为
故此传感器仍可使用，电压为3V．
21．
【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U22．
【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．
答案第1页，共2页
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