人教版高中物理選修二5.3利用傳感器制作簡單的自動控制裝置（解析版）習題

5.3利用傳感器制作簡單的自動控制裝置一、選擇題1.(單選)如圖所示是一位同學設計的防盜門報警器的簡化電路示意圖。門打開時,紅外光敏電阻R3受到紅外線照射,電阻減小;門關閉時會遮蔽紅外線源(紅外線源沒有畫出)。經實際試驗,可知燈的亮滅情況能反映門的開關狀態(tài)。門打開時兩燈的發(fā)光情況及R2兩端電壓UR2與門關閉時相比()A.紅燈亮,UR2變大B.綠燈亮,UR2變大C.綠燈亮,UR2變小D.紅燈亮,UR2變小【答案】D【解析】當門打開時,R3受紅外線照射,電阻減小,則總電阻減小,總電流I增大,R2兩端電壓UR2=E-I(R1+r)減小,R2中電流IR2=UR2R2減小,所以R3中電流I2.(單選)圖甲為一種家用門磁防盜報警器,由磁條和主機組成,門窗均可使用。乙圖為其簡化示意圖,安裝時,將磁條固定在門框上,主機安裝在與其等高的門板邊緣,門關上時,兩者剛好靠在一起。當主機開關閉合時,若門被打開,磁條與主機分離,主機內的觸發(fā)器就會工作,帶動報警器發(fā)出報警聲。下列有關說法正確的是()A.觸發(fā)器內是一個開關,當主機與磁條靠近時,開關是斷開的B.觸發(fā)器可以由銅制成C.磁條的兩極對調后,該報警器不能正常工作D.本裝置是利用電流的磁效應工作的【答案】A【解析】門關上時,磁條與主機剛好靠在一起,此時報警器不工作,說明電路是斷開的;當主機開關閉合時,若門被打開,磁條與主機分離,主機內的觸發(fā)器就會工作,帶動報警器發(fā)出報警聲,說明此時觸發(fā)器內開關是閉合的,選項A正確。觸發(fā)器與磁條之間存在磁力的作用,所以觸發(fā)器不可能是銅制成的,因為銅沒有磁性,選項B錯誤。無論磁條哪個磁極靠近觸發(fā)器,都存在磁力作用,所以兩極對調后,該報警器仍能正常工作,選項C錯誤。本裝置是利用磁體能夠吸引磁性物體的特點工作的,選項D錯誤。3．(單選)如圖所示為測定壓力的電容式傳感器，將平行板電容器、靈敏電流表(零刻度在中間)和電源串聯(lián)成閉合回路，當壓力F作用于可動膜片電極上時，膜片發(fā)生形變，引起電容的變化，導致靈敏電流表指針偏轉，在對膜片開始施加壓力使膜片電極從圖中的虛線推到圖中實線位置并保持固定的過程中，靈敏電流表指針偏轉情況為(電流從電流表正接線柱流入時指針向右偏)()A．向右偏到某一刻度后回到零刻度B．向左偏到某一刻度后回到零刻度C．向右偏到某一刻度后不動D．向左偏到某一刻度后不動【答案】A【解析】壓力F作用時，極板間距d變小，由C＝eq\f(εrS,4πkd)知，電容器電容C變大，又根據Q＝CU，極板帶電量變大，所以電容器應充電，靈敏電流計中產生由正接線柱流入的電流，所以指針將右偏，極板保持固定后，充電結束，指針回到零刻度．4.（單選）壓敏電阻的阻值隨所受壓力的增大而減?。幸晃煌瑢W利用壓敏電阻設計了判斷小車運動狀態(tài)的裝置，其工作原理如圖甲所示．將壓敏電阻和一塊擋板固定在水平絕緣小車上，中間放置一個絕緣重球．小車在水平面內向右做直線運動的過程中，電流表示數(shù)如圖乙所示，下列判斷正確的是()甲乙A．從t1到t2時間內，小車做勻速直線運動B．從t1到t2時間內，小車做勻加速直線運動C．從t2到t3時間內，小車做勻速直線運動D．從t2到t3時間內，小車做勻加速直線運動【答案】D【解析】分析圖乙中電流隨時間的變化關系可以得出，在t1～t2時間段，電流增大，表明圖甲中壓敏電阻的阻值逐漸減小，即壓敏電阻受到的壓力逐漸增大，所以可判斷小車在向右做加速度均勻增大的加速運動；在t2～t3時間段，電流在較大數(shù)值上保持恒定，說明電阻保持一個較小值，即受到的壓力保持恒定，說明小車在向右做勻加速直線運動，故選項D正確．5.(多選)如圖所示，兩塊金屬板水平放置，與左側水平放置的線圈通過開關S用導線連接．壓力傳感器上表面絕緣，位于兩金屬板間，帶正電的小球靜置于壓力傳感器上，均勻變化的磁場沿線圈的軸向穿過線圈．S未接通時傳感器的示數(shù)為1N，S閉合后傳感器的示數(shù)變?yōu)?N．則磁場的變化情況可能是()A．向上均勻增大 B．向上均勻減小C．向下均勻減小 D．向下均勻增大【答案】AC【解析】S閉合后，向上均勻增大或向下均勻減小磁場都能使上金屬板帶正電，下金屬板帶負電，帶正電的小球受豎直向下的電場力，傳感器示數(shù)變大．故選A、C.6．(多選)在制作光控電路實驗中，某同學按圖所示電路將元件安裝完畢后，發(fā)現(xiàn)將裝置置入黑暗環(huán)境中接通電源時，燈泡不發(fā)光，原因可能是()A．二極管兩極接反 B．R1與RG位置顛倒C．R1阻值太小D．燈泡被斷路【答案】ABD【解析】由題可知若二極管接反，光線暗時，二極管上為負向電壓，無法導通，燈泡不亮，A項正確；若R1與RG位置顛倒，則光線較暗時，Y端為高電平，晶體管不導通，燈泡不發(fā)光，B項正確；若R1阻值太小，Y端一直為低電平，燈泡一直發(fā)光，C項錯誤；燈泡斷路時無法發(fā)光，D正確．7.(單選)如圖所示為一種溫度自動報警器的原理圖，在水銀溫度計的頂端封入一段金屬絲，以下說法正確的是()A．溫度升高至74℃時，L1亮燈報警B．溫度升高至74℃時，L2亮燈報警C．溫度升高至78℃時，L1亮燈報警D．溫度升高至78℃時，L2亮燈報警【答案】:D【解析】:當溫度低于78℃時，線圈中沒有電流，此時燈L1亮，但不報警，當溫度升高到78℃時，線圈中有電流，磁鐵吸引銜鐵，燈L2被接通，所以燈L2亮且報警，溫度升高至74℃時，線圈中沒有電流，只是燈L1亮，不會報警．8．(單選）2007年法國科學家阿爾貝·費爾和德國科學家彼得·格林貝格爾由于發(fā)現(xiàn)巨磁阻效應(GMR)而榮獲了諾貝爾物理學獎．如圖所示是利用GMR設計的磁鐵礦探測儀原理示意圖，圖中GMR在外磁場作用下，電阻會大幅度減?。铝姓f法正確的是()A．若存在磁鐵礦，則指示燈不亮；若將電阻R調大，該探測儀的靈敏度提高B．若存在磁鐵礦，則指示燈不亮；若將電阻R調小，該探測儀的靈敏度提高C．若存在磁鐵礦，則指示燈亮；若將電阻R調大，該探測儀的靈敏度提高D．若存在磁鐵礦，則指示燈亮；若將電阻R調小，該探測儀的靈敏度提高【答案】:C【解析】如果存在磁鐵礦，則巨磁阻(GMR)大幅度減小，流過巨磁阻(GMR)和R電路的電流大幅度增大，由UR＝IR知，R兩端電壓增大，因此，巨磁阻(GMR)兩端電壓減小，即A端電平升高，則非門電路輸出端Y電平降低，則指示燈兩端電壓升高，指示燈亮，如果將電阻R調大，則A端電平調得更高，Y端輸出的電平更低，則指示燈的電壓更大，指示燈更亮，該探測儀的靈敏度提高，故A、B、D錯，C正確．9.(單選）如圖甲為在溫度為10℃左右的環(huán)境中工作的某自動恒溫箱原理圖,箱內的電阻R1=20kΩ、R2=10kΩ、R3=40kΩ,Rt為熱敏電阻,它的電阻隨溫度變化的圖線如圖乙所示,當a、b端電壓Uab≤0時,電壓鑒別器會令開關S接通,恒溫箱內的電熱絲發(fā)熱,使箱內溫度升高;當a、b端電壓Uab>0時,電壓鑒別器會令開關S斷開,停止加熱。則恒溫箱內的溫度可保持在()A.10℃B.20℃ C.35℃D.45℃【答案】:C【解析】:要確定a、b間的電勢差,可采用“等勢法”。分析圖甲電路可知:當時,a、b兩電勢相等,把R1=20kΩ、R2=10kΩ、R3=40kΩ,代入上式可得Rt=20kΩ。若溫度降低時,電阻Rt>20kΩ,電壓鑒別器會令開關S接通,恒溫箱內的電熱絲發(fā)熱,使箱內溫度升高。由圖乙可知此時的溫度為35℃,C選項對。10.(單選）某學習小組的同學在用多用電表研究熱敏特性實驗中，安裝好如圖所示裝置，向杯內加入冷水，溫度計的示數(shù)為20℃，多用電表選擇適當?shù)谋堵?，讀出熱敏電阻的阻值R1，然后向杯內加入熱水，溫度計的示數(shù)為60℃，發(fā)現(xiàn)多用電表的指針偏轉角度較大，則下列說法正確的是()A．應選用電流擋，溫度升高時換用大量程測量B．應選用電流擋，溫度升高時換用小量程測量C．應選用歐姆擋，溫度升高時換用倍率大的擋D．應選用歐姆擋，溫度升高時換用倍率小的擋【答案】D【解析】:多用電表只有選擇歐姆擋才能直接讀出熱敏電阻的阻值，當向杯內加入熱水，多用電表的指針偏轉角度較大，說明此時熱敏電阻的阻值較小，故換用倍率小的擋，D項正確．11.(單選)某電容式話筒的原理示意圖如圖所示，E為電源，R為電阻，薄片P和Q為兩金屬極板。對著話筒說話時，P振動而Q可視為不動．在P、Q間距增大過程中()A．P、Q構成的電容器的電容增大B．P上電荷量保持不變C．M點的電勢比N點的低D．M點的電勢比N點的高【答案】D【解析】由C＝eq\f(εrS,4πkd)可知PQ間距離d增大時電容C減小，A項錯誤．電容減小將放電，電荷量減小，故B項錯誤．放電時電流從M點經R到N點，說明M點電勢高于N點電勢，所以C項錯誤，D項正確．12.(單選)在制作光控電路實驗中，某同學按圖所示電路將元件安裝完畢后，發(fā)現(xiàn)將裝置置入黑暗環(huán)境中接通電源時，燈泡不發(fā)光，原因不可能是()A．二極管兩極接反 B．R1與RG位置顛倒C．R1阻值太小 D．燈泡被斷路【答案】C【解析】由題可知若二極管接反，光線暗時，二極管上為負向電壓，無法導通，燈泡不亮，A項可能；若R1與RG位置顛倒，則光線較暗時，Y端為高電平，二極管不導通，燈泡不發(fā)光，B項可能；若R1阻值太小，Y端一直為低電平，燈泡一直發(fā)光，C項不可能；燈泡斷路時無法發(fā)光，D可能．二、非選擇題13.目前有些居民區(qū)內樓道燈的控制使用的是一種延時開關,該延時開關的簡化原理如圖所示。圖中D是紅色發(fā)光二極管(只要有很小的電流通過,就能使其發(fā)出紅色亮光),R為限流電阻,K為按鈕式開關,虛線框內S表示延時開關電路,當按下K接通電路瞬間,延時開關觸發(fā),相當于S閉合,這時釋放K后,延時開關S約在1min后斷開,燈泡熄滅。根據上述信息和原理圖,我們可推斷:按鈕式開關K按下前,發(fā)光二極管是(填“發(fā)光的”或“熄滅的”);將按鈕式開關K按下再釋放后,燈泡L發(fā)光持續(xù)時間約min,這一過程中發(fā)光二極管是(填“發(fā)光的”或“熄滅的”)。限流電阻R的阻值和燈絲電阻RL相比,應滿足RRL的條件。

【答案】發(fā)光的1熄滅的?【解析】：開關K按下前，S為斷開，有電流經過發(fā)光二極管，故發(fā)光二極管是發(fā)光的．當按下開關K后，延時開關S閉合，二極管和R被短路，二極管不發(fā)光，由于延時開關S約1min后斷開，故電燈L能持續(xù)發(fā)光1min，由于R為限流電阻，且二極管只要有很小的電流通過就能發(fā)光，故應滿足R?RL.14.某同學通過實驗制作一個簡易的溫控裝置,實驗原理電路圖如圖所示,繼電器與熱敏電阻Rt、滑動變阻器R串聯(lián)接在電源E兩端,當繼電器的電流超過15mA時,銜鐵被吸合,加熱器停止加熱,實現(xiàn)溫控。繼電器的電阻約20Ω,熱敏電阻的阻值Rt與溫度t的關系如下表所示。t/℃30.040.050.060.070.080.0Rt/Ω199.5145.4108.181.862.949.1(1)提供的實驗器材有:電源E1(3V,內阻不計)、電源E2(6V,內阻不計)、滑動變阻器R1(0~200Ω)、滑動變阻器R2(0~500Ω)、熱敏電阻Rt、繼電器、電阻箱(0~999.9Ω)、開關S、導線若干。為使該裝置實現(xiàn)對30~80℃之間任一溫度的控制,電源E應選用(選填“E1”或“E2”),滑動變阻器R應選用(選填“R1”或“R2”)。

(2)欲使銜鐵在熱敏電阻為50℃時被吸合,下列操作步驟的正確順序是。(填寫各步驟前的序號)

①將熱敏電阻接入電路②觀察到繼電器的銜鐵被吸合③斷開開關,將電阻箱從電路中移除④合上開關,調節(jié)滑動變阻器的阻值⑤斷開開關,用電阻箱替換熱敏電阻,將阻值調至108.1Ω【答案】(1)E2R2(2)⑤④②③①【解析】(1)因通過繼電器的電流超過15mA時加熱器停止加熱,為使該裝置實現(xiàn)對30~80℃之間任一溫度的控制,要求電路在30~80℃之間的任一溫度下的電流能通過調節(jié)達到15mA。當控制到30℃時,電路的最小阻值為Rmin=199.5Ω+20Ω=219.5Ω,要使電流達到15mA,則所需電源電動勢至少為Emin=IRmin=3.29V,