第五章　传感器 第三节　用传感器制作自动控制装置 第四节　利用智能手机中的磁传感器研究磁现象 课时训练（有解析）高中物理粤教版选择性必修第二册

传感器
第三节　用传感器制作自动控制装置
第四节　利用智能手机中的磁传感器研究磁现象
基础对点练
1．图甲是一种家用门窗防盗报警装置，图乙是干簧管元件．安装时，在门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与M相对的位置嵌入干簧管SA，并将干簧管接入报警电路(蜂鸣报警器)，此装置具有自动提示报警的功能，当睡觉前连接好电路，启动防盗报警装置，当门紧闭时，蜂鸣报警器不响，当门被打开时，蜂鸣报警器发出声音警报，下列有关说法正确的是(　　)
　
A．当门关闭时，干簧管两簧片接通
B．干簧管可以由铜或银等导电性能更好的材料制成
C．如将门上镶嵌磁体N、S极对调后，该报警器不能正常工作
D．本装置是利用电磁感应原理控制电路
2．下图是门窗防盗报警装置的电路设计．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．
闭合开关S，系统处于防盗状态．当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两簧片被________相吸，继电器接通而工作．当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失去________而断开，继电器被断电，动触点c与常闭触点b________，蜂鸣器H发声报警．
3．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________，起保护作用，蜂鸣器H作为________，电路设计如图．
(2)实验操作．
①检查干簧管．用________直接靠近干簧管，观察干簧管________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，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象．
4．夜间，居民楼的楼道里只是偶尔有人经过，“长明灯”会造成浪费．科研人员利用“光敏” 材料制成“光控开关”——天黑时自动闭合，天亮时自动断开；利用“声敏”材料制成“声控开关”——当有人走动发出声音时自动闭合，无人走动时自动断开．若将这两种开关配合使用，就可以使楼道里的灯变的“聪明”．这种“聪明”的电路是图中的(　　)
A B
C D
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表示延时开关电路，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，灯泡熄灭．根据上述信息和原理图，可推断：
按钮开关K按下前，发光二极管是________(填“发光的”或“熄灭的”)，按钮开关K按下再释放后，灯泡L发光持续时间约________ min.这一过程中发光二极管是________．限流电阻R的阻值和灯丝电阻RL相比，应满足R________RL的条件．
综合提升练
6．为了节能环保，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).
(1)如图甲的坐标系中描绘出了某光敏电阻R在不同照度下的阻值随照度变化的曲线．由图像可求出照度为0.6 lx时的电阻约为__________kΩ.
甲
乙
(2)如图乙是街道路灯自动控制设计电路，利用直流电源为电磁铁供电，利用照明电源为路灯供电．为达到天亮灯熄、天暗灯亮的效果，路灯应接在________(填“AB”或“BC”)之间．
7．某实验小组设计了一个声、光灯光控制系统．声、光控制开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求．其示意图如图甲所示．
(1)声、光控制开关中的声控继电器与光控继电器是________(填“并联”或“串联”)关系．
(2)其中光控继电器的电路结构如图乙所示．已知环境亮度越大，光敏元件阻值越小，当电路电流小于某阈值I0时，继电器开始工作．在设定的光照度条件下调节滑动变阻器，使继电器恰好开始工作，此时电流表示数如图丙所示，此时I0＝________A．
(3)为了节约用电，需要降低光照度阈值，应该把滑动变阻器阻值调________．
8．利用光敏电阻作为传感器，借助电磁开关，可以实现路灯自动在白天关闭，黑夜打开．某同学利用如下器材制作了一个简易的路灯自动控制装置．
A．励磁线圈电源 B．路灯电源
C．路灯灯泡L D．定值电阻
E．光敏电阻 F．电磁开关
G．导线、开关等
(1)电磁开关的内部结构如图甲所示.1、2两接线柱接励磁线圈(电磁铁上绕的线圈)，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接，相当于路灯的开关．当流过励磁线圈的电流大于某个值时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开，路灯熄灭．该同学首先用多用电表的欧姆挡测量励磁线圈的电阻，将选择开关置于“×10”挡，调零后测量时的示数如图乙所示，则励磁线圈的电阻为________Ω.
甲
乙
(2)图丙为光敏电阻的阻值随照度的变化关系(照度可以反映光的强弱，光越强，照度越大，单位为lx).从图中可以看出，光敏电阻的阻值随照度的增大而________(填“减小”“不变”或“增大”).
丙
(3)已知励磁线圈电源电动势E＝6 V(内阻不计)，定值电阻R0＝70 Ω.若设计要求当流过励磁线圈的电流为0.02 A时点亮路灯，则此时的照度约为________lx.(保留1位有效数字)
答案解析
1、【答案】A　【解析】干簧管为磁控开关，当门关闭时有磁体，干簧管两簧片接通，D错误，A正确；铜或银不是磁性材料，则干簧管不可以用铜或银等导电性能更好的材料制成，B错误；如将门上镶嵌磁体N、S极对调后，不影响磁体吸引干簧管两簧片，该报警器能正常工作，C错误．
2、【答案】磁化　磁性　接触
【解析】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，干簧管失去磁性而断开，继电器被断电，动触点c与常闭触点b接触，蜂鸣器H发声报警．
3、【答案】(1)限流电阻　警报提醒　(2)磁体　簧片
【解析】(1)二极管的正向电阻很小，需要限流电阻起保护作用，蜂鸣器可以起到警报提醒作用．
(2)用磁铁直接靠近干簧管，观察干簧管簧片能否正常动作．
4、【答案】D　【解析】在白天时，一般不需要灯照明的；天黑以后，特别是夜深人静时，一般也不需要灯照明的，也就是说天黑且人在楼道里走动时需要．A中“声控开关”闭合时，发生短路，A错误．B中不管是“光控开关”，还是“声控开关”各自都能让灯发光，节能目的达不到，B错误．C中“光控开关”闭合时，发生短路，C错误．D中“光控开关”与“声控开关”同时闭合时，灯才亮，所以达到节能的目的，D正确．
5、【答案】发光的　1　熄灭的　
【解析】如图所示，按钮开关K按下前，发光二极管、限流电阻与灯泡串联，有小电流通过发光二极管，因此发光二极管处于发光状态．当按钮开关K按下再释放后，由于通电路瞬间延时开关触发，相当于S闭合，二极管被短路，所以处于熄灭状态；由于延时开关S约在1 min后断开，电灯才熄灭，则知电灯L发光持续时间约1 min.只有当限流电阻R的阻值比灯丝电阻RL大得多时，通过发光二极管的电流才很小，确保二极管不烧坏．
6、【答案】(1)2.8　(2)AB
【解析】(1)从图像上可以看出当照度为0.6 lx时的电阻约为2.8 kΩ.
(2)当天亮时，光敏电阻的阻值变小，所以回路中电流增大，则衔铁被吸下来，此次触片和下方接触，此时灯泡应该熄灭，所以灯泡应接在AB之间．
7、【答案】(1)串联　(2)0.42　(3)小
【解析】(1)由于声、光控制开关需要同时满足光线较暗、有活动声音时才接通电路的工作要求，可知声、光控制开关中的声控继电器与光控继电器是串联关系．
(2)图丙中电流表的量程为0.6 A，精度为0.02 A，根据电流表的读数规律，可知该电流表的读数为0.42 A．
(3)由于环境亮度越大，光敏元件阻值越小，则当降低光照度阈值时，对应光敏电阻的阻值增大，由于电路电流小于某阈值I0时，继电器开始工作，可知此时应把滑动变阻器阻值调小．
8、【答案】(1)200　(2)减小　(3)0.6
【解析】(1)励磁线圈的电阻为R＝20×10 Ω＝200 Ω.
(2)从题图丙中可以看出，光敏电阻的阻值随照度的增大而减小．
(3)定值电阻R0应为保护电阻，串联在电路中，当流过励磁线圈的电流为0.02 A时，根据闭合电路欧姆定律可得此时光敏电阻的阻值为R1＝－R－R0＝30 Ω，由题图丙可知此时的照度约为0.6 lx.