2022-2023学年高二物理粤教版（2019）选择必修二5.3用传感器制作自动控制装置 课时作业 解析版

5.3用传感器制作自动控制装置
一、单选题
1．驱动中国2018年6月19日消息，京东的智慧物流有20余台配送机器人上阵，开启了全球首次全场景常态化配送运营．该配送机器人能够识别红绿灯信号、规避道路障碍和来往车辆、主动礼让行人．机器人主动礼让行人，是利用了（　　）
A．力传感器 B．光传感器 C．温度传感器 D．声传感器
2．电热水器在使用过程中能按设置温度自动跳闸断电，是因为电热水器中安装了（ ）
A．光传感器 B．温度传感器
C．红外传感器 D．湿度传感器
3．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
4．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
5．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
6．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
7．如图所示，甲为在温度为10℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻、、 ，为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示，当a、b两点间的电压时，电压鉴别器会令开关 S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当a、b两点间的电压时，电压鉴别器会令开关S断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在（ ）
A．10℃ B．20℃ C．30℃ D．40℃
8．利用“光控开关”和“声控开关”可以节约居民楼里楼道灯的用电，其中“光控开关”能在天黑时自动闭合，天亮时自动断开；“声控开关：能在有声音时自动闭合，无声音时自动断开．下列电路图中合理的是
A． B．
C． D．
二、多选题
9．如图甲所示是电饭锅的电路图，是一个限温开关，其内部结构如图乙所示，按下此开关按钮，两触点闭合，当温度达到居里点（）时此开关会自动断开。是一个自动温控开关，当温度低于时会自动闭合，温度高于时会自动断开，是限流电阻，是加热电阻。下列说法正确的是（　　）
A．当感温磁体的温度达到居里点（）时，由于感温磁体失去了磁性，不能被永磁体吸引，在弹簧的作用下，两触点断开
B．开始煮饭时不按下限温开关一样可以把饭煮熟
C．电饭锅的饭煮熟后可以长时间保持米饭的温度在到之间
D．用电饭锅烧水，当水沸腾后限温开关也会自动断开
10．如图所示为温度自动报警器的工作原理图，图中1是电磁铁、2是衔铁，5是水银温度计（水银导电）。常温下3触点处于断开状态4触点处于闭合状态，则下列说法正确的是（　　）
A．当温度高于警戒温度时电磁铁磁性增强，3触点闭合4触点断开
B．此装置为低温报警装置，温度低于警戒温度时，指示灯亮
C．此装置为高温报警装置，温度高于警戒温度时，电铃报警
D．要提高报警时的警戒温度应使导线AB短些
11．下列说法正确的是（ ）
A．摄像机实际上是一种将光信号转变为电信号的装置
B．电视机实际上是一种将电信号转变为光信号的装置
C．摄像机在1s内要送出25张画面
D．电视机接收的画面是连续的
12．图示是温度自动报警器的工作原理图，1是电磁铁、2是衔铁、3是触点、4是水银温度计则下列说法正确的是（　　）
A．当温度低于警戒温度时，电铃报警
B．当温度高于警戒温度时，电铃报警
C．当温度低于警戒温度时，指示灯亮
D．当温度高于警戒温度时，指示灯亮
三、解答题
13．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。
14．有一仪器中电路如图所示，其中M是质量较大的金属块，将仪器固定在一辆汽车上，汽车启动时和急刹车时，发现其中一盏灯亮了，试分析是哪一盏灯亮了．
15．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.图为应变式加速度计的示意图.当系统加速时，加速度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，敏感元件的下端与滑动变阻器R上自由滑动的滑片连接在一起，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.已知敏感元件是绝缘体，它的质量为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，试求：
（1）静态时，滑动变阻器的滑片到左端的距离x
（2）试推导加速度a与输出电压U的关系式.
参考答案：
1．C
【详解】人体是有温度的，机器人主动礼让行人就是利用了温度传感器的原理，故C正确，ABD错误．
2．B
【详解】电热水器在使用过程中能按设置温度自动跳闸断电，是因为电热水器中安装了温度传感器，当热水器内温度到达一定值时，温度传感器作用使得断电，故选B.
3．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。
4．C
【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.
5．B
【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。
6．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。
7．C
【详解】通过审题可知是电压的临界点，对应着开关S的动作，而开关的动作对应着温度的上升或下降。由电路分析可知，在、、给定的条件下，热敏电阻的阻值决定了的正负。设电源负极的电势为零，则a点电势
，
b点电势
，
其中U为路端电压，令，即，则可得
，
代入数据解得，由图乙得对应的温度为30℃，故选项C正确，ABD错误
故选C。
8．D
【分析】电路中开关控制用电器时，开关和用电器是串联的．光控开关和声控开关同时控制一盏灯，同时符合光暗到一定程度，而且有一定的声音时电灯才发光，两个开关和灯泡应该是串联的．
【详解】A、当声控开关闭合时，电灯被短路，电灯不亮．不符合题意．
B、光控开关和声控开关是并联的，光暗到一定程度或有声音时都能使电灯发光．不符合题意．
C、当光控开关闭合时，电灯被短路，电灯不亮．不符合题意．
D、光控开关、声控开关和电灯是串联的，光控开关、声控开关同时闭合时电路形成通路，电灯发光．符合题意．
故选D．
9．AC
【详解】A．当感温磁体的温度达到居里点（）时，由于感温磁体失去了磁性，不能被永磁体吸引，从而在弹簧的作用下，使得两触点断开，故A正确；
BC．如果开始煮饭时不按下限温开关，由于的作用，当锅内温度低于时会自动闭合，从而对锅加热，但当温度高于时会自动断开，使电饭锅处于保温状态，因此锅内的温度会控制在到之间，而无法将饭煮熟，故B错误；C正确；
D．用电饭锅烧水，水沸腾后水的温度会保持不变，锅底温度不能达到居里点（），因此限温开关，不会自动断开，故D错误。
故选AC。
10．ACD
【分析】考查传感器的应用。
【详解】A．当温度高于警戒温度时电磁铁线圈通电，由于电磁感应2会脱离4接触3，故A正确；
BC．当温度升高时水银膨胀，到达设定高度后左侧电路接通，右侧3触电接通，电铃报警，故B错误，C正确；
D．要提高报警时的警戒温度，应让水银在更高温度下接通电路，所以应使导线AB短些，故D正确。
故选ACD。
11．ABC
【详解】AB．摄像机通过拍摄景物的光信号，再通过特殊装置（扫描）转变为电信号，电视机通过显像管将接收到的电信号再转变为光信号，最后还原为图像和景物，AB正确；
CD．摄像机在1s内要传送25张画面，电视机每秒要接收到25张画面，不是连续的，由于画面更换迅速和视觉暂留，我们感觉到的便是活动的图像，C正确，D错误。
故选ABC。
12．BC
【详解】AB．当温度升高时，水银柱升高。当温度计高于警戒温度时，左侧电路接通，电磁铁吸引衔铁，使衔铁与3接通，电铃报警，A错误，B正确；
CD ．当温度计低于警戒温度时，左侧电路不接通，衔铁与2接通，指示灯亮，C正确，D错误；
故选BC。
13．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。
【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。
14．汽车启动时绿灯亮，急刹车时红灯亮
【详解】汽车启动时，金属块M由于惯性，相对汽车向后运动，绿灯所在的支路被接通，所以绿灯亮；汽车急刹车时，由于惯性，金属块M相对汽车向前运动，红灯所在的支路被接通，所以红灯亮。
15．（1） ；（2）
【详解】（1）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
得
（2）再设系统向左加速时滑片右移△x，则敏感元件的动力学方程为
2k△x=ma
此时敏感元件的输出电压为
综合可得
若U＞U0，系统的加速度方向水平向左；若U＜U0，系统的加速度方向水平向右。
考点：闭合电路的欧姆定律