人教版高中物理選修二5.3利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置（解析版）習(xí)題

5.3利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置一、選擇題1.(單選)如圖所示是一位同學(xué)設(shè)計(jì)的防盜門報(bào)警器的簡(jiǎn)化電路示意圖。門打開時(shí),紅外光敏電阻R3受到紅外線照射,電阻減小;門關(guān)閉時(shí)會(huì)遮蔽紅外線源(紅外線源沒有畫出)。經(jīng)實(shí)際試驗(yàn),可知燈的亮滅情況能反映門的開關(guān)狀態(tài)。門打開時(shí)兩燈的發(fā)光情況及R2兩端電壓UR2與門關(guān)閉時(shí)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(dāng)門打開時(shí),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(bào)警器,由磁條和主機(jī)組成,門窗均可使用。乙圖為其簡(jiǎn)化示意圖,安裝時(shí),將磁條固定在門框上,主機(jī)安裝在與其等高的門板邊緣,門關(guān)上時(shí),兩者剛好靠在一起。當(dāng)主機(jī)開關(guān)閉合時(shí),若門被打開,磁條與主機(jī)分離,主機(jī)內(nèi)的觸發(fā)器就會(huì)工作,帶動(dòng)報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲。下列有關(guān)說法正確的是()A.觸發(fā)器內(nèi)是一個(gè)開關(guān),當(dāng)主機(jī)與磁條靠近時(shí),開關(guān)是斷開的B.觸發(fā)器可以由銅制成C.磁條的兩極對(duì)調(diào)后,該報(bào)警器不能正常工作D.本裝置是利用電流的磁效應(yīng)工作的【答案】A【解析】門關(guān)上時(shí),磁條與主機(jī)剛好靠在一起,此時(shí)報(bào)警器不工作,說明電路是斷開的;當(dāng)主機(jī)開關(guān)閉合時(shí),若門被打開,磁條與主機(jī)分離,主機(jī)內(nèi)的觸發(fā)器就會(huì)工作,帶動(dòng)報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲,說明此時(shí)觸發(fā)器內(nèi)開關(guān)是閉合的,選項(xiàng)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?yàn)殂~沒有磁性,選項(xiàng)B錯(cuò)誤。無論磁條哪個(gè)磁極靠近觸發(fā)器,都存在磁力作用,所以兩極對(duì)調(diào)后,該報(bào)警器仍能正常工作,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。本裝置是利用磁體能夠吸引磁性物體的特點(diǎn)工作的,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。3．(單選)如圖所示為測(cè)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(dāng)壓力F作用于可動(dòng)膜片電極上時(shí)，膜片發(fā)生形變，引起電容的變化，導(dǎo)致靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)，在對(duì)膜片開始施加壓力使膜片電極從圖中的虛線推到圖中實(shí)線位置并保持固定的過程中，靈敏電流表指針偏轉(zhuǎn)情況為(電流從電流表正接線柱流入時(shí)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(dòng)D．向左偏到某一刻度后不動(dòng)【答案】A【解析】壓力F作用時(shí)，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(jù)Q＝CU，極板帶電量變大，所以電容器應(yīng)充電，靈敏電流計(jì)中產(chǎn)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(jié)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(xué)利用壓敏電阻設(shè)計(jì)了判斷小車運(yùn)動(dòng)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(gè)絕緣重球．小車在水平面內(nèi)向右做直線運(yùn)動(dòng)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(shí)間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)B．從t1到t2時(shí)間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)C．從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車做勻速直線運(yùn)動(dòng)D．從t2到t3時(shí)間內(nèi)，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)【答案】D【解析】分析圖乙中電流隨時(shí)間的變化關(guān)系可以得出，在t1～t2時(shí)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(yùn)動(dòng)；在t2～t3時(shí)間段，電流在較大數(shù)值上保持恒定，說明電阻保持一個(gè)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(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)D正確．5.(多選)如圖所示，兩塊金屬板水平放置，與左側(cè)水平放置的線圈通過開關(guān)S用導(dǎo)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(chǎng)沿線圈的軸向穿過線圈．S未接通時(shí)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(chǎng)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(chǎng)都能使上金屬板帶正電，下金屬板帶負(fù)電，帶正電的小球受豎直向下的電場(chǎng)力，傳感器示數(shù)變大．故選A、C.6．(多選)在制作光控電路實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)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(shí)，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(shí)，二極管上為負(fù)向電壓，無法導(dǎo)通，燈泡不亮，A項(xiàng)正確；若R1與RG位置顛倒，則光線較暗時(shí)，Y端為高電平，晶體管不導(dǎo)通，燈泡不發(fā)光，B項(xiàng)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(xiàng)錯(cuò)誤；燈泡斷路時(shí)無法發(fā)光，D正確．7.(單選)如圖所示為一種溫度自動(dòng)報(bào)警器的原理圖，在水銀溫度計(jì)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(shí)，L1亮燈報(bào)警B．溫度升高至74℃時(shí)，L2亮燈報(bào)警C．溫度升高至78℃時(shí)，L1亮燈報(bào)警D．溫度升高至78℃時(shí)，L2亮燈報(bào)警【答案】:D【解析】:當(dāng)溫度低于78℃時(shí)，線圈中沒有電流，此時(shí)燈L1亮，但不報(bào)警，當(dāng)溫度升高到78℃時(shí)，線圈中有電流，磁鐵吸引銜鐵，燈L2被接通，所以燈L2亮且報(bào)警，溫度升高至74℃時(shí)，線圈中沒有電流，只是燈L1亮，不會(huì)報(bào)警．8．(單選）2007年法國(guó)科學(xué)家阿爾貝·費(fèi)爾和德國(guó)科學(xué)家彼得·格林貝格爾由于發(fā)現(xiàn)巨磁阻效應(yīng)(GMR)而榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．如圖所示是利用GMR設(shè)計(jì)的磁鐵礦探測(cè)儀原理示意圖，圖中GMR在外磁場(chǎng)作用下，電阻會(huì)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(diào)大，該探測(cè)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(diào)小，該探測(cè)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(diào)大，該探測(cè)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(diào)小，該探測(cè)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(diào)大，則A端電平調(diào)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(cè)儀的靈敏度提高，故A、B、D錯(cuò)，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(dòng)恒溫箱原理圖,箱內(nèi)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(dāng)a、b端電壓Uab≤0時(shí),電壓鑒別器會(huì)令開關(guān)S接通,恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱,使箱內(nèi)溫度升高;當(dāng)a、b端電壓Uab>0時(shí),電壓鑒別器會(huì)令開關(guān)S斷開,停止加熱。則恒溫箱內(nèi)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(shì)差,可采用“等勢(shì)法”。分析圖甲電路可知:當(dāng)時(shí),a、b兩電勢(shì)相等,把R1=20kΩ、R2=10kΩ、R3=40kΩ,代入上式可得Rt=20kΩ。若溫度降低時(shí),電阻Rt>20kΩ,電壓鑒別器會(huì)令開關(guān)S接通,恒溫箱內(nèi)的電熱絲發(fā)熱,使箱內(nèi)溫度升高。由圖乙可知此時(shí)的溫度為35℃,C選項(xiàng)對(duì)。10.(單選）某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在用多用電表研究熱敏特性實(shí)驗(yàn)中，安裝好如圖所示裝置，向杯內(nèi)加入冷水，溫度計(jì)的示數(shù)為20℃，多用電表選擇適當(dāng)?shù)谋堵?，讀出熱敏電阻的阻值R1，然后向杯內(nèi)加入熱水，溫度計(jì)的示數(shù)為60℃，發(fā)現(xiàn)多用電表的指針偏轉(zhuǎn)角度較大，則下列說法正確的是()A．應(yīng)選用電流擋，溫度升高時(shí)換用大量程測(cè)量B．應(yīng)選用電流擋，溫度升高時(shí)換用小量程測(cè)量C．應(yīng)選用歐姆擋，溫度升高時(shí)換用倍率大的擋D．應(yīng)選用歐姆擋，溫度升高時(shí)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(dāng)向杯內(nèi)加入熱水，多用電表的指針偏轉(zhuǎn)角度較大，說明此時(shí)熱敏電阻的阻值較小，故換用倍率小的擋，D項(xiàng)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(duì)著話筒說話時(shí)，P振動(dòng)而Q可視為不動(dòng)．在P、Q間距增大過程中()A．P、Q構(gòu)成的電容器的電容增大B．P上電荷量保持不變C．M點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的低D．M點(diǎn)的電勢(shì)比N點(diǎn)的高【答案】D【解析】由C＝eq\f(εrS,4πkd)可知PQ間距離d增大時(shí)電容C減小，A項(xiàng)錯(cuò)誤．電容減小將放電，電荷量減小，故B項(xiàng)錯(cuò)誤．放電時(shí)電流從M點(diǎn)經(jīng)R到N點(diǎn)，說明M點(diǎn)電勢(shì)高于N點(diǎn)電勢(shì)，所以C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確．12.(單選)在制作光控電路實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)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(shí)，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(shí)，二極管上為負(fù)向電壓，無法導(dǎo)通，燈泡不亮，A項(xiàng)可能；若R1與RG位置顛倒，則光線較暗時(shí)，Y端為高電平，二極管不導(dǎo)通，燈泡不發(fā)光，B項(xiàng)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(xiàng)不可能；燈泡斷路時(shí)無法發(fā)光，D可能．二、非選擇題13.目前有些居民區(qū)內(nèi)樓道燈的控制使用的是一種延時(shí)開關(guān),該延時(shí)開關(guān)的簡(jiǎn)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(guān),虛線框內(nèi)S表示延時(shí)開關(guān)電路,當(dāng)按下K接通電路瞬間,延時(shí)開關(guān)觸發(fā),相當(dāng)于S閉合,這時(shí)釋放K后,延時(shí)開關(guān)S約在1min后斷開,燈泡熄滅。根據(jù)上述信息和原理圖,我們可推斷:按鈕式開關(guān)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(guān)K按下再釋放后,燈泡L發(fā)光持續(xù)時(shí)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(yīng)滿足RRL的條件。

【答案】發(fā)光的1熄滅的?【解析】：開關(guān)K按下前，S為斷開，有電流經(jīng)過發(fā)光二極管，故發(fā)光二極管是發(fā)光的．當(dāng)按下開關(guān)K后，延時(shí)開關(guān)S閉合，二極管和R被短路，二極管不發(fā)光，由于延時(shí)開關(guān)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(yīng)滿足R?RL.14.某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)制作一個(gè)簡(jiǎn)易的溫控裝置,實(shí)驗(yàn)原理電路圖如圖所示,繼電器與熱敏電阻Rt、滑動(dòng)變阻器R串聯(lián)接在電源E兩端,當(dāng)繼電器的電流超過15mA時(shí),銜鐵被吸合,加熱器停止加熱,實(shí)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(guān)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(shí)驗(yàn)器材有:電源E1(3V,內(nèi)阻不計(jì))、電源E2(6V,內(nèi)阻不計(jì))、滑動(dòng)變阻器R1(0~200Ω)、滑動(dòng)變阻器R2(0~500Ω)、熱敏電阻Rt、繼電器、電阻箱(0~999.9Ω)、開關(guān)S、導(dǎo)線若干。為使該裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)30~80℃之間任一溫度的控制,電源E應(yīng)選用(選填“E1”或“E2”),滑動(dòng)變阻器R應(yīng)選用(選填“R1”或“R2”)。

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

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(guān),將電阻箱從電路中移除④合上開關(guān),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值⑤斷開開關(guān),用電阻箱替換熱敏電阻,將阻值調(diào)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(shí)加熱器停止加熱,為使該裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)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(diào)節(jié)達(dá)到15mA。當(dāng)控制到30℃時(shí),電路的最小阻值為Rmin=199.5Ω+20Ω=219.5Ω,要使電流達(dá)到15mA,則所需電源電動(dòng)勢(shì)至少為Emin=IRmin=3.29V,