(共30张PPT)
第5章
第2节 科学制作:简单的自动控制装置
学习目标 思维导图
1.了解与传感器技术相关的物理知识。(科学思维)
2.会设计并制作光报警装置和温度报警装置。(科学探究)
3.通过实验,会利用传感器制作简单的自动控制装置。(科学探究)
基础落实·必备知识全过关
重难探究·能力素养全提升
目录索引
学以致用·随堂检测全达标
基础落实·必备知识全过关
一、实验目的和器材
1.实验目的:(1)设计并制作 报警装置;(2)设计并制作 报警装置;(3)了解制作报警装置的工作原理。
2.实验器材: 电阻、 电阻、温度计、干电池、手电筒、蜂鸣器、开关、导线、变阻器。
想一想热敏电阻和光敏电阻各有什么特点
光
温度
光敏
热敏
提示 温度变化,热敏电阻的阻值改变;光照越强,光敏电阻的阻值越小。
二、设计并制作光报警装置
1.光报警装置电路图如图所示,根据实验原理图组装电路,要求光报警器在一定 下报警。
2.光报警器工作原理:R为光敏电阻,R的阻值随光照强度的增强而减小,当R变小时,回路的总电阻R总 ,根据 得,干路中的电流 ,蜂鸣器两端的电压U=I总RS ,当蜂鸣器两端的电压 到某一值时,装置报警。
亮度
变小
变大
变大
增大
想一想某市为了节约能源,合理地使用路灯,要求路灯夜晚亮、白天熄,利用半导体的某种特性制成自动点亮、熄灭的装置,实现了自动控制。这是利用半导体的什么特性
提示 题目中半导体应能感知光照强度变化,并输出电信号,控制电路通断,所以利用了半导体的光敏性。
三、设计并制作温度报警装置
1.温度报警装置电路图如图所示,根据实验原理图组装电路,要求温度报警器在一定的 下报警。
2.温度报警器工作原理:RT为负温度系数热敏电阻,RT的阻值随温度的升高而减小,当RT变小时,回路的总电阻R总 ,根据 得,干路中的电流 ,蜂鸣器两端的电压U=I总RS ,当蜂鸣器两端的电压 到某一值时,装置报警。
温度
变小
变大
变大
增大
想一想如图所示,此温度自动报警器的原理是什么
提示 此温度自动报警器的原理是当温度达到一定值时,温度计内水银上升,因为水银是导体,控制电路会接通,电磁铁产生磁性,将衔铁吸引,报警电路接通,电铃响,起到报警作用。
易错辨析 判一判
(1)通常的传感器可以直接用来进行自动控制。( )
(2)传感器可以用来采集信息。( )
(3)传感器可以将感受到的一些信号转换为电学量。( )
(4)传感器可以将所有感受到的信号都转换为电学量。( )
×
提示 传感器一定是通过非电学量转换成电学量来传递信号的,不能直接用来进行自动控制。
√
√
×
提示 传感器是将感受到的非电学量转换为电学量的仪器,不同的传感器感受不同的信号,比如:光敏电阻在有光照射时,电阻会变小。
即学即用 练一练
1.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,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
B
解析 题中提到有光照或温度升高时排气扇都能自动启动,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满足光照或温度升高一个条件即可,选项A、C、D错误,选项B正确。
2.在输液时,药液有时会从针口流出体外,为了及时发现,设计了一种报警装置,电路如图所示。M是贴在针口处的传感器,接触到药液时其电阻RM发生变化,导致S两端电压U增大,装置发出警报,此时( )
A.RM变大,且R越大,U增大越明显
B.RM变大,且R越小,U增大越明显
C.RM变小,且R越大,U增大越明显
D.RM变小,且R越小,U增大越明显
C
解析 当RM变大时,回路的总电阻R总变大,根据 ,得干路中的电流变小,S两端的电压U=I总RS变小,故选项A、B错误;当RM变小时,回路的总电阻R总变小,根据 ,得干路中的电流变大,S两端的电压U=I总RS变大,而且R越大,RM变小时,对回路的总电阻变化的影响越明显,故选项C正确,选项D错误。
重难探究·能力素养全提升
探究 自动控制电路的分析与设计
情境探究
如图所示是自动水位报警的示意图,其中继电器的线圈通过电流时,磁铁吸引衔铁1,使它与触头3断开,与触头2接触。若要求水位正常时绿灯亮,高出一定水位时红灯亮,现有红、绿灯泡各一个。
(1)红灯泡应安在什么位置
(2)绿灯泡应安在什么位置
要点提示 (1)水位正常时,线圈中没有电流,衔铁1与触头3接触,这时应绿灯亮,所以绿灯泡应安在A位置。
(2)当高出一定水位时,线圈中有电流,磁铁吸引衔铁1,使它与触头3断开,与触头2接触,这时应红灯亮,所以红灯泡应安在B位置。
知识归纳
设计自动控制电路时,一般按照以下的思路进行。
1.根据题目给出的仪器和要求画出控制电路和工作电路
控制电路由电源、开关、光敏电阻(或热敏电阻等其他敏感元件)、电磁继电器和导线等组成;工作电路由电源、用电器(灯泡、电热丝或其他用电器)、导线等组成。这两个电路相互独立,又通过电磁继电器相关联,电磁继电器实际上是工作电路的开关。
2.分析自控电路的合理性
电路设计完成后,要对它的合理性进行分析,用光照射光敏电阻或对热敏电阻加热,检查工作电路的接通和断开是否符合实际要求。例如,自控路灯电路的设计要求是白天切断工作电路使路灯熄灭,晚上接通工作电路使路灯发光。
应用体验
典例 某同学尝试把一个灵敏电流表改装成温度表,他所选用的器材有:灵敏电流表(待改装),学生电源(电动势为E,内阻不计),滑动变阻器,单刀双掷开关,导线若干,导热性能良好的防水材料,标准温度计,PTC线性热敏电阻RT(PTC线性热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为RT=a+kt,a>0,k>0)。
设计电路图如图所示,并按如下步骤进行操作。
(1)按电路图连接好实验器材。
(2)将滑动变阻器滑片P滑到 (选填“a”或“b”)端,单刀双掷开关S掷于
(选填“c”或“d”)端,调节滑片P使电流表 ,并在以后的操作中保持滑片位置不动,设此时电路总电阻为R,断开电路。
(3)容器中倒入适量开水,观察标准温度计,每当标准温度计示数下降5 ℃,就将开关S置于d端,并记录此时的温度t和对应的电流表的示数I,然后断开开关。请根据温度表的设计原理和电路图,写出电流与温度的关系式
I= (用题目中给定的符号表示)。
(4)根据对应温度记录的电流表示数,重新刻制电流表的表盘,改装成温度表。根据改装原理,此温度表表盘刻度线的特点是:低温刻度在 (选填“左”或“右”)侧,刻度线分布是否均匀 (选填“是”或“否”)。
a
c
满偏
右
否
解析 (2)分析电路可知滑动变阻器为限流式接法,所以闭合开关前,使它的阻值处于最大值状态,即将滑片P滑到a端。为了设计表盘刻度,应使开关掷于c处,调节滑片,使电流表满偏。
(4)因为RT=a+kt(且a>0,k>0),所以温度越低,电阻越小,回路中I越大,所以低温刻度在右侧,由(3)中关系式可知电流与温度不是线性关系,所以刻度线分布不均匀。
规律方法 由题可知,该实验的原理是利用闭合电路的欧姆定律,测出不同温度条件下通过电阻的电流,然后将电流与温度相对应,把电流表改装为温度计。结合该原理,需要先选取电路中合适的变阻器电阻值,然后测定不同温度下的电流,最后标注即可。
针对训练
小明利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警电路”,如图甲所示。将热敏电阻RT安装在需要探测温度的地方,当环境温度正常时,继电器的上触点接触,下触点分离,指示灯亮;当环境温度超过某一值时,继电器的下触点接触,上触点分离,警铃响。图甲中继电器的供电电压U1=3 V,继电器线圈用漆包线绕成,其电阻R0为30 Ω。当线圈中的电流大于等于50 mA时,继电器的衔铁将被吸合,警铃响。图乙是热敏电阻的阻值随温度变化的图像。
甲
乙
(1)由图乙可知,当环境温度为40 ℃时,热敏电阻阻值为 Ω。当环境温度升高时,热敏电阻阻值将 ,继电器的磁性将 。(后两空均选填“增大”“减小”或“不变”)
(2)图甲中警铃的接线柱C应与接线柱 相连,指示灯的接线柱D应与接线柱 相连。(均选填“A”或“B”)
(3)图甲中线圈下端P的磁极是 (选填“N”或“S”)极。
(4)请计算说明,环境温度在什么范围内时,警铃报警。
70
减小
增大
B
A
N
环境温度大于等于80 ℃时,警铃报警。
解析 (1)分析乙图可知,热敏电阻40 ℃对应的阻值为70 Ω。温度升高时,热敏电阻阻值减小,根据欧姆定律可知,电路中电流增大,电磁铁的磁性增大。
(2)当环境温度超过某一值时,继电器的下触点接触,上触点分离,警铃响,所以警铃的接线柱C应与接线柱B相连,指示灯的接线柱D应与接线柱A相连。
(3)分析电流的流向,根据安培定则可得到线圈的下端P的磁极是N极。
(4)当线圈中的电流I=50 mA=0.05 A时,继电器的衔铁将被吸合,警铃报警。控制电路的总电阻为 =60 Ω。热敏电阻为RT=R总-R0=60 Ω-30 Ω=30 Ω,由图乙可知,此时t=80 ℃,即当温度t≥80 ℃时,警铃报警。
学以致用·随堂检测全达标
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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
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D可能,故选C。
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2.(多选)在如图所示的电路中,当半导体材料做成的热敏电阻浸泡到热水中时,电流表示数增大,则说明( )
A.温度越高热敏电阻阻值越小
B.温度越高热敏电阻阻值越大
C.半导体材料温度升高时,导电性能变差
D.半导体材料温度升高时,导电性能变好
AD
解析 由电流表的变化判断半导体的电阻的变化,温度升高时,电路中总电流增大,由闭合电路欧姆定律可知,总电阻减小,则热敏电阻阻值减小,导电性能变好,故A、D正确。
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3.如图所示是继电器的原理图,当在接线柱2、3间接入电源时,电磁铁便将衔铁P吸离A而与B接触,从而达到控制电路的目的,接线柱 与接有电源的负温度系数热敏电阻串接,接线柱 与外电路串接,即可在温度过高时切断外电路,实现对外电路的自动控制。
2、3
1、5
解析 A为常闭触点,正常情况下与衔铁P相吸;B为常开触点,正常情况下与衔铁P分离,因此,1、5与外电路相连,以便加热。当温度越来越高时,电磁铁将衔铁P吸下,以切断电路。所以,2、3应与接有电源的热敏电阻相连。
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4. 一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的示意图如图所示,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。试完成下列问题。
(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。
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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。第2节 科学制作:简单的自动控制装置
A级 必备知识基础练
1.(多选)当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品之中,下述关于常用的几种家用电子器件所采用传感器的说法正确的是( )
A.电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了光传感器
B.电子体温计中主要是采用了温度传感器
C.电脑所用的光电鼠标主要采用了声波传感器
D.电子秤中主要是采用了力传感器
2. 如图所示,RT为负温度系数热敏电阻,其他电阻都是普通的电阻,当灯泡L的亮度变暗时,说明( )
A.环境温度变高
B.环境温度变低
C.环境温度不变
D.都有可能
3.如图所示为某小型电磁继电器,其中L为含铁芯的线圈,P为可绕O点转动的铁片,K为弹簧,S为一对触头,A、B、C、D为四个接线柱。电磁继电器与传感器配合,可完成自动控制的要求,其工作方式是( )
A.A与B接信号电压,C与D跟被控电路串联
B.A与B接信号电压,C与D跟被控电路并联
C.C与D接信号电压,A与B跟被控电路串联
D.C与D接信号电压,A与B跟被控电路并联
4.(多选)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.(多选)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
6.如图所示,A是浮子,B是金属触头,C为住宅楼房顶上的蓄水池,M是带水泵的电动机,D是弹簧,E是衔铁,F是电磁铁,S1、S2分别为触头开关,S为开关,J为电池。请利用上述材料,设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置。
(1)连接电路图;
(2)简述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)。
B级 关键能力提升练
7.(多选)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。如果右侧线圈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K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K将被电磁铁吸起
D.地面上的人接触火线发生触电时,开关K将被电磁铁吸起
8.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( )
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
9.(多选)如图所示为某商厦安装的光敏电阻自动计数器的示意图。其中A为光源,B为由电动机带动匀速运行的自动扶梯,R1为光敏电阻,R2为定值电阻。每当扶梯上有顾客经过挡住由A射向R1的光线时,计数器就计数一次。下列说法正确的是( )
A.当有光照射R1时,信号处理系统获得低电压
B.当有光照射R1时,信号处理系统获得高电压
C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
10.为了节能和环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为lx)。某光敏电阻RP在不同
照度下的阻值如下表:
照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
电阻/kΩ 75 40 28 23 20 18
(1)根据表中数据,请在图甲中给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线,根据画出的曲线阻值随照度变化的特点是: 。
(2)如图乙所示,当1、2两端所加电压上升至2 V时,控制开关自动启动照明系统。请利用下列器材设计一个简单电路,给1、2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统,在虚线框内完成电路原理图。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)
提供的器材如下:
光敏电阻RP(符号,阻值见上表);
直流电源E(电动势3 V,内阻不计);
定值电阻:R1=10 kΩ,R2=20 kΩ,R3=40 kΩ(限选其中之一并在图中标出);
开关S及导线若干。
第2节 科学制作:简单的自动控制装置
1.ABD C项中电脑所用的光电鼠标主要采用了光传感器。
2.B 当灯泡L的亮度变暗时,说明通过灯泡L的电流变小,RT的阻值变大,只有环境温度变低,RT的阻值才变大,所以选B。
3.A A、B接电磁继电器的线圈,所以A、B应接信号电压,线圈电流随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放,从而使C、D接通或断开,进而起到控制作用,故正确选项为A。
4.AD 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;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,仍能被吸入线圈中,故A、D正确。
5.BC 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,选项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,选项D错误。
6.解析 (1)电路图如图所示。
(2)按图接好电路,闭合开关S,水泵工作,水位升高,当浮子A上升使B接触到S1时,左侧电路(控制电路)工作,电磁铁F有磁性,拉下衔铁E,使S2断开,电动机M不工作,停止注水,当水位下降,使B与S1脱离,左侧电路停止工作,电磁铁F无磁性,弹簧D的弹力拉动衔铁E,使S2接通,电动机M工作。
答案 (1)见解析图 (2)见解析
7.AD 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,A选项正确,B选项错误;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K不会被电磁铁吸起,C选项错误;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K吸起,D选项正确。
8.C 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,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,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,B正确,C错误。
9.BC 当光线照射R1时,R1阻值减小,R总减小,且电源电压不变,由闭合电路欧姆定律得I=,电路中的电流增大,R2是定值电阻,U2=IR2,R2两端电压增大,信号处理系统获得高电压,所以选项A错误,B正确;根据前面分析可知,每当有人经过时,即没有光照时,信号处理系统获得低电压,信号处理系统计数一次,即信号处理系统每获得一次低电压就计数一次,所以选项C正确,D错误。
10.解析 (1)如图甲所示,光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小。
(2)电路原理图如图乙所示,根据串联电阻的正比分压关系,E=3V,当照度降低至1.0lx时,由图线知,此时光敏电阻RP=20kΩ,URP=2V,串联电阻分压UR=1V,由=2得R==10kΩ,故选定值电阻R1。
答案 (1)见解析图像 光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小。
(2)电路原理图见解析(共22张PPT)
第5章
第2节 科学制作:简单的自动控制装置
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A 级 必备知识基础练
1.(多选)当前传感器被广泛应用于各种电器、电子产品之中,下述关于常用的几种家用电子器件所采用传感器的说法正确的是( )
A.电视机对无线遥控信号的接收主要是采用了光传感器
B.电子体温计中主要是采用了温度传感器
C.电脑所用的光电鼠标主要采用了声波传感器
D.电子秤中主要是采用了力传感器
ABD
解析 C项中电脑所用的光电鼠标主要采用了光传感器。
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2. 如图所示,RT为负温度系数热敏电阻,其他电阻都是普通的电阻,当灯泡L的亮度变暗时,说明( )
A.环境温度变高
B.环境温度变低
C.环境温度不变
D.都有可能
B
解析 当灯泡L的亮度变暗时,说明通过灯泡L的电流变小,RT的阻值变大,只有环境温度变低,RT的阻值才变大,所以选B。
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3.如图所示为某小型电磁继电器,其中L为含铁芯的线圈,P为可绕O点转动的铁片,K为弹簧,S为一对触头,A、B、C、D为四个接线柱。电磁继电器与传感器配合,可完成自动控制的要求,其工作方式是( )
A.A与B接信号电压,C与D跟被控电路串联
B.A与B接信号电压,C与D跟被控电路并联
C.C与D接信号电压,A与B跟被控电路串联
D.C与D接信号电压,A与B跟被控电路并联
A
解析 A、B接电磁继电器的线圈,所以A、B应接信号电压,线圈电流随信号电压变化使电磁继电器相吸或释放,从而使C、D接通或断开,进而起到控制作用,故正确选项为A。
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4.(多选)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
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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;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,仍能被吸入线圈中,故A、D正确。
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5.(多选)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
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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,选项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,选项D错误。
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6.如图所示,A是浮子,B是金属触头,C为住宅楼房顶上的蓄水池,M是带水泵的电动机,D是弹簧,E是衔铁,F是电磁铁,S1、S2分别为触头开关,S为开关,J为电池。请利用上述材料,设计一个住宅楼房顶上的自动注水装置。
(1)连接电路图;
(2)简述其工作原理(涉及的元件可用字母代替)。
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解析 (1)电路图如图所示。
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(2)按图接好电路,闭合开关S,水泵工作,水位升高,当浮子A上升使B接触到S1时,左侧电路(控制电路)工作,电磁铁F有磁性,拉下衔铁E,使S2断开,电动机M不工作,停止注水,当水位下降,使B与S1脱离,左侧电路停止工作,电磁铁F无磁性,弹簧D的弹力拉动衔铁E,使S2接通,电动机M工作。
答案 (1)见解析图 (2)见解析
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B 级 关键能力提升练
7.(多选)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。如果右侧线圈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K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K将被电磁铁吸起
D.地面上的人接触火线发生触电时,开关K将被电磁铁吸起
AD
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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,A选项正确,B选项错误;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K不会被电磁铁吸起,C选项错误;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K吸起,D选项正确。
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8.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( )
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
C
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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,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,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,B正确,C错误。
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9.(多选)如图所示为某商厦安装的光敏电阻自动计数器的示意图。其中A为光源,B为由电动机带动匀速运行的自动扶梯,R1为光敏电阻,R2为定值电阻。每当扶梯上有顾客经过挡住由A射向R1的光线时,计数器就计数一次。下列说法正确的是( )
A.当有光照射R1时,信号处理系统获得低电压
B.当有光照射R1时,信号处理系统获得高电压
C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次
D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次
BC
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解析 当光线照射R1时,R1阻值减小,R总减小,且电源电压不变,由闭合电路欧姆定律得 ,电路中的电流增大,R2是定值电阻,U2=IR2,R2两端电压增大,信号处理系统获得高电压,所以选项A错误,B正确;根据前面分析可知,每当有人经过时,即没有光照时,信号处理系统获得低电压,信号处理系统计数一次,即信号处理系统每获得一次低电压就计数一次,所以选项C正确,D错误。
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10.为了节能和环保,一些公共场所使用光控开关控制照明系统。光控开关可采用光敏电阻来控制,光敏电阻是阻值随着光的照度而发生变化的元件(照度可以反映光的强弱,光越强照度越大,照度单位为lx)。某光敏电阻RP在不同照度下的阻值如下表:
照度/lx 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
电阻/kΩ 75 40 28 23 20 18
(1)根据表中数据,请在图甲中给定的坐标系中描绘出阻值随照度变化的曲线,根据画出的曲线阻值随照度变化的特点是: 。
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(2)如图乙所示,当1、2两端所加电压上升至2 V时,控制开关自动启动照明系统。请利用下列器材设计一个简单电路,给1、2两端提供电压,要求当天色渐暗照度降低至1.0 lx时启动照明系统,在虚线框内完成电路原理图。(不考虑控制开关对所设计电路的影响)
提供的器材如下:
光敏电阻RP(符号 ,阻值见上表);
直流电源E(电动势3 V,内阻不计);
定值电阻:R1=10 kΩ,R2=20 kΩ,R3=40 kΩ(限选其中之一并在图中标出);
开关S及导线若干。
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解析 (1)如图甲所示,光敏电阻的阻值随光的照度的增大非线性减小。
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(2)电路原理图如图乙所示,根据串联电阻的正比分压关系,E=3 V,当照度降低至1.0 lx时,由图线知,此时光敏电阻RP=20 kΩ,URP=2 V,串联电阻分压
答案 (1)见解析图像 光敏电阻的阻值随光照强度的增大非线性减小。
(2)电路原理图见解析
