5.3利用传感器制作简单的自动控制装置同步练习（word版含答案）

《3.利用传感器制作简单的自动控制装置》同步练习
基础巩固
一、选择题(第1~3题为单选题,第4~5题为多选题)
1.下列情况不可能是由于水位控制装置损坏引起的是 (　　)
A.洗衣机不加水
B.洗衣机加水不能自动停止
C.洗衣机不排水
D.洗衣机不洗衣
2.下列器件是应用力传感器的是(　　)
A.鼠标 B.火灾报警器
C.测温仪 D.电子秤
3.下列说法正确的是(　　)
A.电饭锅中的温度传感器的主要元件是氧化铁
B.氧化铁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,温控开关自动断电后不能自动复位
4.如图所示,全自动洗衣机中的排水阀是由程序控制器控制其动作的,当进行排水和脱水工序时,控制铁芯1的线圈通电,使铁芯2运动,从而牵引排水阀的阀门排除污水。以下说法正确的是(　　)
A.若输入的控制电流由a流入,由b流出,则铁芯2中A端为N极,B端为S极
B.若输入的控制电流由a流入,由b流出,则铁芯2中A端为S极,B端为N极
C.若a、b处输入交变电流,铁芯2不能被吸入线圈中
D.若a、b处输入交变电流,铁芯2仍能被吸入线圈中
5.某仪器内部的电路如图所示,其中M是一个质量较大的金属块,左、右两端分别与金属丝制成的弹簧相连,并套在光滑水平细杆上,当金属块处于平衡状态时,两根弹簧均处于原长,此时甲、乙两灯均不亮。若将该仪器固定在一辆汽车上,则下列说法正确的是(　　)
A.当汽车加速前进时,甲灯亮
B.当汽车加速前进时,乙灯亮
C.当汽车刹车时,甲灯亮
D.当汽车刹车时,乙灯亮
二、非选择题
6.下图为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的示意图,A为光源,B为光电接收器,A、B均固定在小车上,C为小车的车轮。D为与C同轴相连的齿轮。车轮转动时,A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号,被B接收并转换成电信号,由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间的脉冲数为n,累积脉冲数为N,试回答下列问题。
(1)要测出小车的速度和行程,还必须测量的物理数据有哪些
(2)推导小车速度的表达式。
(3)推导小车行程的表达式。
7.一般的电熨斗用合金丝作发热元件,合金丝电阻随时间变化的关系如图中实线①所示,由于环境温度以及熨烫的衣物厚度、干湿等情况不同,熨斗的散热功率不同,因而熨斗的温度可能会在较大范围内波动,易损坏衣物。
有一种用主要成分为BaTiO3的特殊材料(被称为PTC)作发热元件的电熨斗,具有升温快、能自动控制温度的特点。PTC材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示。根据图线分析:
(1)为什么处于冷态的PTC熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快
(2)通电一段时间电熨斗温度t自动稳定在　　　　能力提升
一、选择题(第1~2题为单选题,第3~4题为多选题)
1.在如图所示的电路中,电源两端的电压恒定,L为小灯泡,R为光敏电阻,D为发光二极管(电流越大,发出的光越强),且R与D间距不变,下列说法正确的是(　　)
A.当滑片P向左移动时,L消耗的功率增大
B.当滑片P向左移动时,L消耗的功率减小
C.当滑片P向右移动时,L消耗的功率可能不变
D.无论怎样移动滑片P,L消耗的功率都不变
2.动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象。图甲是动圈式话筒的原理图,图乙是磁带录音机的录音、放音原理图,由图可知下列选项叙述错误的是(　　)
甲
乙
A.话筒工作时磁铁不动,线圈振动而产生感应电流
B.录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流
C.录音机放音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
D.录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
3.某同学设计的家庭电路保护装置如图所示,铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成。右侧线圈L2中产生感应电流时,电流经放大器放大后,使电磁铁吸起铁质开关S而切断家庭电路。仅考虑L1在铁芯中产生的磁场,下列说法正确的有(　　)
A.家庭电路正常工作时,L2中的磁通量为零
B.家庭电路中使用的电器增多时,L2中的磁通量将增加
C.家庭电路中的电器发生短路时,开关S将被电磁铁吸起
D.地面上的人接触火线发生触电时,开关S将被电磁铁吸起
4.下图是某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置,R1为光敏电阻,R2为定值电阻,A、B接监控装置,则 (　　)
A.当有人通过而遮住光线时,A、B之间电压升高
B.当有人通过而遮住光线时,A、B之间电压降低
C.当仅增大R2的阻值时,可增大A、B之间的电压
D.当仅减小R2的阻值时,可增大A、B之间的电压
二、非选择题
5.目前有些居民区内楼道灯的控制,使用的是一种延时开关。该延时开关的简化原理如图所示。图中D是红色发光二极管(只要有很小的电流通过就能使其发出红色亮光),R为限流电阻,K为按钮式开关,虚线框内S表示延时开关。当按下K接通电路瞬间,延时开关触发,相当于S闭合,这时释放K后,延时开关S约在1 min后断开,电灯熄灭。
按钮开关K按下前,发光二极管是　　　　(选填“发光的”或“熄灭的”);按钮开关K按下再释放后,电灯L发光持续时间约　　　　 min,这一过程中发光二极管是　　　　(选填“发光的”或“熄灭的”)。限流电阻R的阻值和灯丝电阻RL相比,应满足R　　　　RL的条件。
6.下图是电饭煲的电路图,S1是一个温控开关,手动闭合后,当此开关温度达到居里点(103 ℃)时,会自动断开。S2是一个自动温控开关,当温度低于70 ℃时,会自动闭合;温度高于80 ℃时,会自动断开。红灯是加热时的指示灯,黄灯是保温时的指示灯。限流电阻R1=R2=500 Ω,加热电阻丝R3=50 Ω,两灯电阻不计。
(1)分析电饭煲的工作原理。
(2)计算加热和保温两种状态下,电饭煲消耗的电功率之比。
(3)简要回答,如果不闭合开关S1,能将饭煮熟吗
参考答案
基础巩固
1.答案:C
解析:洗衣机水位控制装置正常,才能正常加水,且加到合适的水位,若损坏可能导致一直不加水或一直不停地加水,所以选项A、B可能。而这两种情况都会导致洗衣机洗衣程序不工作,所以选项D可能。洗衣机排水不需要水位控制,选项C不可能。
2.答案:D
解析:鼠标中的传感器是红外线接收管,属于光传感器;火灾报警器中传感器是光电三极管,属于光传感器;测温仪用的是温度传感器;电子秤的敏感元件是应变片,是力传感器,选项D正确。
3.答案:D
解析:电饭锅的主要元件为感温铁氧体,它在103 ℃时失去铁磁性,选项A、B错误。用电饭锅烧水时,在标准大气压下,水温最高为100 ℃,电饭锅不会自动断电,若无人控制,则会直到水全部蒸发后才会断电,选项C错误。电饭锅开关自动断电后只能手动复位,选项D正确。
4.答案:AD
解析:控制电流由a→b,由安培定则,电磁铁左端为N极,右端为S极,铁芯2被磁化,A端为N极,B端为S极,因而被吸入线圈中,选项A正确,B错误。若a、b处输入交变电流,铁芯1磁性不断变化,铁芯2磁性也随之变化,仍能被吸入线圈,选项C错误,D正确。
5.答案:BC
解析:当汽车加速前进时,金属块M向后偏离原位置,乙灯所在电路被接通,所以乙灯亮,选项A错误,B正确。当汽车刹车时,金属块M向前偏离原位置,甲灯所在电路被接通,所以甲灯亮,选项C正确,D错误。
6.答案:(1)车轮半径R和齿轮齿数P
(2)v=
(3)s=
解析:(1)小车的速度等于车轮的周长与单位时间内车轮转动圈数的乘积,所以还要测量车轮的半径R和齿轮的齿数P。
(2)齿轮转一圈电子电路显示的脉冲数即为P。已知单位时间内的脉冲数为n,所以单位时间内齿轮转动圈数为。则小车速度的表达式为v=。
(3)小车行程的表达式为s=。
7.答案:(1)见解析
(2)T6　T7
解析:(1)由于冷态时PTC材料电阻较小,由P=知,其发热功率较大,所以升温快。
(2)从题图看出,温度较低时,电阻较小,热功率较大,所以发热快于散热,温度升高,当温度大于T6时,随温度的升高电阻迅速增大,相应发热功率减小;当发热功率小于散热功率时,电阻温度降低,电阻减小,发热功率会相应增大。故当发热功率等于散热功率时,温度会稳定在图中T6~T7。
能力提升
1.答案:A
解析:当P向左移动时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,通过二极管的电流增大,发光变强,光敏电阻阻值减小,灯泡中电流增大,L消耗的功率增大;同理可知P向右移动时,L消耗的功率减小。
2.答案:C
解析:话筒的工作原理是声波迫使金属线圈在磁场中振动产生感应电流,选项A正确。录音时,话筒产生的感应电流经放大电路放大后在录音机磁头缝隙处产生变化的磁场,选项D正确。磁带在放音时通过变化的磁场使放音磁头产生感应电流,经放大电路后再送到扬声器中,选项B正确,C错误。
3.答案:AD
解析:分析题意可知,火线和零线中电流等大反向,并行绕制时,线圈L1中产生的磁通量相互抵消,合磁通量为零,线圈L1、L2绕制同一铁芯上,即使用电器增多时,线圈L2中的磁通量同样为零,选项A正确,B错误。家庭电路中的电器发生短路时,根据闭合电路欧姆定律可知,火线和零线的电流同时增大,合磁通量为零,开关S不会被电磁铁吸起,选项C错误。地面上的人接触火线发生触电时,火线的电流变大,线圈L1中的磁通量不为零,线圈L2中的磁通量发生变化,产生感应电流,电磁铁将开关S吸起,选项D正确。
4.答案:BC
解析:R1是光敏电阻,当有人通过而遮住光线时,R1的阻值变大,回路总电阻增大,回路中的电流I减小,A、B间的电压U=IR2,所以U减小,故选项A错误,B正确。由闭合电路欧姆定律得,A、B间的电压U=E-I(R1+r),当仅增大R2的阻值时,回路总电阻增大,电路中的电流减小,A、B间的电压U增大;同理当仅减小R2的阻值时,回路总电阻减小,电路中的电流增大,A、B间的电压U减小,故选项C正确,D错误。
5.答案:发光的　1　熄灭的　
解析:开关K按下前,S为断开,有电流经过发光二极管,故发光二极管是发光的。当按下开关K后,延时开关S闭合,二极管和R被短路,二极管不发光,由于延时开关S约1 min后断开,故电灯L能持续发光1 min;由于R为限流电阻,且二极管只要有很小的电流通过就能发光,故应满足R RL。
6.答案:(1)见解析
(2)12∶1
(3)见解析
解析:(1)电饭煲接上电源,S2自动闭合,同时手动闭合S1,这时黄灯短路,红灯亮,电饭煲处于加热状态。
加热到80 ℃时,S2自动断开,S1仍闭合。
水烧干后,温度升高到居里点(103 ℃)时,开关S1自动断开,这时饭已煮熟,黄灯亮,电饭煲处于保温状态。
由于散热,待温度降至70 ℃时,S2自动闭合,电饭煲重新加热。温度达到80 ℃时,S2又自动断开,再次处于保温状态,如此循环。
(2)加热时电饭煲消耗的电功率P1=
保温时电饭煲消耗的电功率P2=
两式中R并= Ω= Ω
从而有。
(3)如果不闭合开关S1,开始S2是闭合的,R1被短路,功率为P1;当温度上升到80 ℃时,S2自动断开,功率降为P2;温度降低到70 ℃,S2自动闭合……温度只能在70~80 ℃之间变化,不能把水烧开,不能煮熟饭。