2019-2020学年粤教版选修3-2 3.4用传感器制作自控装置 达标作业（解析版)

3.4用传感器制作自控装置
达标作业（解析版)
1．宇宙飞船使用各类传感器，智能化地感知各种信息。其中感知宇航员体温变化的传感器是
A．气体传感器 B．声音传感器
C．温度传感器 D．压力传感器
2．街道旁的路灯、江海里的航标灯都要求夜晚亮、白天熄，是利用半导体的电学特性制成了自动点亮熄灭的装置，这是利用半导体的（ ）
A．压敏性 B．光敏性 C．热敏性 D．三性都用
3．电子秤使用的是（ ）
A．超声波传感器 B．温度传感器
C．力传感器 D．光传感器
4．下列关于传感器说法中正确的是（ 　）
A．热敏电阻是由金属制成的，对温度感知灵敏
B．电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转化为电压信号
C．电熨斗能自动控制温度的原因是它装有双金属片，这种双金属片的作用是控制电路的通断
D．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量
5．如图所示是一种油箱内油面高度检测装置的示意图．图中油量表由电流表改装而成，金属杠杆的一端接浮标，另一端触点O接滑动变阻器R.当油箱内油面下降时，下列分析正确的有(　　)
A．触点O向下滑动
B．触点O向上滑动
C．电路中的电流增大了
D．电路中的电流减小了
6．在用如图(甲)所示装置“研究回路中感应电动势大小与磁通量变化快慢的关系”实验中:

(1)本实验中需要用到的传感器是光电门传感器和__________ 传感器.
(2)让小车以不同速度靠近螺线管，记录下光电门挡光时间Δt内感应电动势的平均值E，改变速度多次实验，得到多组Δt与E，若以E为纵坐标、__________为横坐标作图可以得到直线图像
(3)记录下小车某次匀速向左运动至最后撞上螺线管停止的全过程中感应电动势与时间的变化关系，如图所示，挡光时间Δt内图像所围阴影部分面积为S，增加小车的速度再次实验得到的面积_____(选填“>”“<”或“=”)S
7．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热敏电阻R1（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__________（填“a”或“b”）端，单刀双掷开关S掷于________（填“c”或“d”）端，调节滑片P使电流表满偏，并在以后的操作中保持滑片P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）。
（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________（填“左”或“右”）侧，刻度线分布是否均匀？______（填“是”或“否”）。
8．青岛奥运会帆船赛场采用风力发电给蓄电池充电，为路灯提供电能．用光敏电阻作为传感器控制路灯电路的开关，实现自动控制．光敏电阻的阻值随照射光的强弱而变化，作为简化模型，可以近似认为，照射光较强(如白天)时电阻几乎为0；照射光较弱(如黑天)时电阻接近于无穷大．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，黑天打开．电磁开关的内部结构如图所示.1、2两接线柱之间是励磁线圈，3、4两接线柱分别与弹簧片和触点连接．当励磁线圈中电流大于50 mA时，电磁铁吸合铁片，弹簧片和触点分离，3、4断开；电流小于50 mA时，3、4接通．励磁线圈中允许通过的最大电流为100 mA．
(1)利用以下器材设计一个自动控制路灯的电路，画出电路原理图 _______________________________ ．
光敏电阻R1，符号
灯泡L，额定功率40 W，额定电压36 V，符号
保护电阻R2，符号
电磁开关，符号
蓄电池E，电压36 V，内阻很小；开关S，导线若干．
(2)回答下列问题：
①如果励磁线圈的电阻R线为200 Ω，励磁线圈允许加的最大电压为________ V，保护电阻R2的阻值范围为________ Ω.
②在有些应用电磁开关的场合，为了安全，往往需要在电磁铁吸合铁片时，接线柱3、4之间从断开变为接通．为此，电磁开关内部结构应如何改造？请结合本题中电磁开关内部结构图说明 _______________________________________________________________________________________．
③任意举出一个其他的电磁铁应用的例子_______________________________．
9．电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度，将光敏电阻Rx和定值电阻R0接在9V的电源上，电源内阻不计，光敏电阻阻值随光强变化关系如表所示：
光强E/cd
1
2
3
4
5
电阻值/Ω
18
9
6
3.6
[“光强”表示光强弱程度的物理量，符号为E，单位坎德拉(cd)]
(1)当光照强度为4坎德拉(cd)时光敏电阻Rx的大小为________Ω.
(2)其原理是光照增强，光敏电阻Rx阻值变小，施加于玻璃两端的电压降低，玻璃透明度下降，反之则玻璃透明度上升．若电源电压不变，R0是定值电阻，则下列电路图中符合要求的是________(填序号)．
(3)现已知定值电阻R0为12Ω，用电压表测得光敏电阻两端的电压为3V，则此时光照强度为多少_____？
10．温度传感器广泛应用于室内空调、电冰箱和微波炉等家用电器中，它是利用热敏电阻的阻值随温度变化而变化的特性工作的．在图甲中，电源的电动势E＝9.0 V，电源内电阻可忽略不计；G为小量程的电流表，电流表内阻RG保持不变；R为热敏电阻，其电阻值与温度的变化关系如图乙的R-t图线所示．闭合开关S.
甲　　　　　　　　　　　　　　　乙　　　
(1)当R的温度等于40 ℃时，电流表示数I1＝2.25 mA，求电流表内阻RG；
(2)当电流表的示数I2＝4.5 mA时，求热敏电阻R的温度T.
11．传感器是把非电学量（如速度、温度、压力等）的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用。有一种测量人的体重的电子秤。其测量部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器R（电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻），显示体重大小的仪表A（实质是理想的电流表）组成。压力传感器表面能承受的最大压强为1×107Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如下表所示。设踏板和压杆的质量以及电源内阻可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8V，取g=10m/s2。
压力F/N
0
250
500
750
1000
1250
1500
……
电阻R/Ω
300
270
240
210
180
150
120
……
请回答：
（1）该秤零起点（即踏板空载时）的刻度线应标在电流表刻度盘___________A处。
（2）如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20mA，这个人的体重是__________kg。
12．如图所示为包含某逻辑电路的一个简单的电路图，L为小灯泡．光照射电阻R′，其阻值将变得远小于R接入电路的阻值，无光照射R′其阻值将变得远大于R接入电路的阻值．
(1)该逻辑电路是________门电路（选填“与”、“或”、“非”）．
(2)当电阻R′到光照射时，小灯泡L将________（选填“发光”、“不发光”）．
13．热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中．图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图．由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力________(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更______(选填“敏感”或“不敏感”)．
参考答案
1．C
【解析】
【详解】
根据题意，要感知宇航员体温变化，则需要将温度的变化转化为电学的物理量，所以使用的传感器为温度传感器。
A．气体传感器，与分析不符，故A项错误；
B．声音传感器，与分析不符，故B项错误；
C．温度传感器，与分析相符，故C项正确；
D．压力传感器，与分析不符，故D项错误。
2．B
【解析】
【详解】
灯要求夜晚亮、白天熄；白天有光，黑夜没有光，所以电路中光传感器的电阻变化，实现控制，是利用半导体的光敏性。
ACD.由上分析可知这是利用了半导体的光敏性，故ACD错误；
B.由上分析可知这是利用了半导体的光敏性，故B正确。
3．C
【解析】
【详解】
根据电子秤的工作原理，可知当电子秤受到压力的作用时，会显示相应的压力大小，故使用的是压力传感器，故ABD错误，C正确.
4．BCD
【解析】
【详解】
A. 热敏电阻是由半导体材料制成的，对温度感知灵敏，选项A错误；
B. 电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转化为电压信号，选项B正确；
C. 电熨斗能自动控制温度的原因是它装有双金属片，这种双金属片的作用是控制电路的通断，选项C正确；
D. 光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量，选项D正确。
5．BD
【解析】
当滑箱内油面下降时，浮标下降，由杠杆可以看出触点O向上滑动，变阻器R的阻值变大，电流减小，所以选项AC错误，BD正确；故选BD．
6．电压 =
【解析】
【详解】
(1)[1]需要电压传感器测量感应电动势的平均值；
(2)[2]小车以不同速度靠近螺线管至最后撞上螺线管停止的全过程中，根据法拉第电磁感应定律公式可知，
故应该以为横轴作图；
(3)[3]根据法拉第电磁感应定律公式，则挡光时间内图像所围阴影部分面积为：
由于小车的初末位置不变，磁通量的变化量相等，故面积为一个定值。
7．（2）a c 满偏（或指针到最大电流刻度）； （3）； （4）右， 否
【解析】
【详解】
（2）根据实验的原理可知，需要先选取合适的滑动变阻器的电阻值，结合滑动变阻器的使用的注意事项可知，开始时需要将滑动变阻器滑片P滑到 a端，乙保证电流表的使用安全；然后将单刀双掷开关S掷于 c端，调节滑片P使电流表满偏，设此时电路总电阻为R，断开电路．（3）当温度为t时，热敏电阻的阻值与摄氏温度t的关系为：R1=a+kt，根据闭合电路的欧姆定律可得， （4）由上式可知，温度越高，电流表中的电流值越小，所以低温刻度在表盘的右侧；由于电流与温度的关系不是线性函数，所以表盘的刻度是不均匀的．
8． 20； ； 把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开； 电磁起重机；
【解析】
(1)要使光敏电阻能够对电路进行控制，且有光照时路灯熄灭，光敏电阻应与1、2串联，3、4与路灯串联，则电路图如图右所示．
(2)
由U＝IR得励磁线圈允许加的最大电压Um＝ImR＝0.1×200 V＝20 V；依据允许通过励磁线圈的电流最大值和最小值计算得R2min＝，R2max＝＝Ω＝320 Ω，因此保护电阻R2的阻值范围为160～320 Ω；
②把触点从弹簧片右侧移到弹簧片左侧，保证当电磁铁吸合铁片时，3、4之间接通；不吸合时，3、4之间断开．
③电磁起重机．
思路分析：关键是分清楚哪个是控制电路，哪个是被控电路，当白天的时候，光照强度较大，光敏电阻较小，所以控制电路的电流较大，则可将衔铁吸过来，被控电路断开，当天色渐黑的时候，光照强度较小，光敏电阻较大，控制电路电流较小，所以衔铁吸不起来，则控制电路通路，则路灯亮，所以12连控制电路，34连被控电路，像此类型的运用还有电磁起重机的，许通过励磁线圈的电流最大值和最小值计算得R2min＝，R2max＝＝Ω＝320 Ω，
试题点评：本题考查了电磁铁的用途，做好本题的关键是分清哪个是主控电路，哪个是被控电路，什么情况下被控电路断路，什么情况下被控电路短路，
9．4.5 C 3cd
【解析】
【详解】
(1)[1]由表格数据可知，光敏电阻与光强的乘积均为不变，则当时，光敏电阻的阻值：
(2)[2]AC. 由题意可知，光敏电阻与定值电阻串联连接，光照增强时，光敏电阻阻值减小，电路中的总电阻减小，由欧姆定律可知，电路中的电流增大，由可知，两端的电压增大，因串联电路中总电压等于各分电压之和，所以两端的电压减小，反之光照减弱时，光敏电阻阻值增大，两端的电压减小，两端的电压增大，则玻璃并联在两端时不符合，玻璃并联在两端时符合，故A错误，C正确；
BD. 若玻璃与电源并联，光照变化时，玻璃两端的电压不变，故B、D错误；
(3)[3]当，光敏电阻两端的电压，因串联电路中总电压等于各分电压之和，两端的电压：
因串联电路中各处的电流相等，所以电路中的电流：
解得：
此时光照强度：
10．（１）500 Ω（2）140℃
【解析】
试题分析：（１）由I1＝，得RG＝500 Ω （5分）
（２）I2＝，代入数据得： （2分）
R′＝1500 Ω （2分）
从R—t图象可知，此时的温度是140℃ （2分）
考点：考查闭合电路欧姆定律
点评：本题难度较小，由闭合电路欧姆定律可求得温度传感器电阻大小，从而确定温度
11．1.6×10-2 50
【解析】
【详解】
（1）由压力传感器R的电阻与所受压力的关系如中表所示，可得：F=0，R=300Ω，由闭合电路欧姆定律：
即该秤零起点（即踏板空载时）的刻度线应标在电流表刻度盘 1.6×10-2A处??（2）由闭合电路欧姆定律：?????
由表中数据得，F=500N，由G=mg，得m=50kg 如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20mA，则此人的体重是 50kg
12．非； 不发光
【解析】
【分析】
根据门电路的符号判断该门电路为非门；当输出端为高电势时，灯泡会发光，为低电势时，灯泡不发光，所以判断灯泡发光还是不发光，看输入端是高电势还是低电势。
【详解】
解：该逻辑电路为非门电路，非门的特点输入状态和输出状态相反，当电阻R′受到光照时，其阻值将变得远小于R，则R两端的电势差大，R′两端间的电势差小，则输入端为高电势，那么输出端为低电势，小灯泡L不发光；
故答案为：非，不发光。
13．增强 敏感
【解析】
图中横轴表示温度，纵轴表示电阻，随着温度的增加，金属热电阻的阻值略微增大，而热敏电阻的阻值显著减小，所以这种热敏电阻在温度上升时导电能力增强，相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的影响更敏感；