（新教材適用）高中物理第5章傳感器3利用傳感器制作簡單的自動控制裝置課后習題新人教版選擇性

3.利用傳感器制作簡單的自動控制裝置課后訓練鞏固提升一、基礎鞏固1.某市為了節(jié)約能源,合理適時地使用路燈,要求夜晚亮、白天熄,利用半導體的某種特性制成自動點亮、熄滅的裝置,實現(xiàn)了自動控制。這是利用半導體的()A.力敏性 B.光敏性C.熱敏性 D.三種特性都利用了答案:B解析:題目中半導體應能感知光照強度變化,并輸出電信號,控制電路通斷,所以利用了半導體的光敏性,故B正確。2.右圖是一測定液面高低的傳感器示意圖,A為固定的導體芯,B為導體芯外面的一層絕緣物質,C為導電液體,把傳感器接到圖示電路中,已知靈敏電流表指針偏轉方向與電流方向相同。如果發(fā)現(xiàn)指針正向右偏轉,則導電液體的深度h變化為()A.h正在增大 B.h正在減小C.h不變 D.無法確定答案:B解析:由電源極性及電流方向可知,A、B、C構成的電容器上的電荷量減小,根據(jù)C=QU,電容C在減小,故正對面積S減小,即h3.對于常見的可燃氣體濃度的檢測,現(xiàn)在一般用催化燃燒檢測器。它的原理如下:傳感器的核心為一惠斯通電橋,其中一橋臂上有催化劑,當與可燃氣體接觸時,可燃氣體在有催化劑的電橋上燃燒,該橋臂的電阻發(fā)生明顯變化,其余橋臂的電阻不變化,從而引起整個電路的輸出發(fā)生變化,而該變化與可燃氣體的濃度成比例,從而實現(xiàn)對可燃氣體的檢測。由此可推斷有催化劑的橋臂上的電阻材料為()A.銅 B.合金C.半導體 D.絕緣體答案:C解析:可燃氣體燃燒后電阻發(fā)生變化,是由于溫度升高造成的,所以此電阻應為金屬熱電阻或熱敏電阻,而能夠隨溫度變化其電阻有較明顯變化的材料只可能是選項中的半導體材料,故選C。4.(多選)下圖是電容式聲波傳感器的示意圖,該電路可將聲音信號轉化為電信號。該電路中右側金屬板b固定不動,左側是能在聲波驅動下沿水平方向左右往復運動的鍍有金屬層的振動膜a,a、b構成了一個平行板電容器,且通過導線與穩(wěn)壓電源正、負極相接,a隨聲源S振動而左右往復運動。下列有關分析正確的是()A.a左右往復運動過程中,a、b板構成的電容器的電容不變B.a左右往復運動過程中,b板所帶的電荷量不斷變化C.a左右往復運動過程中,a、b板之間的電場強度不斷變化D.a左右往復運動過程中,靈敏電流計中始終有方向不變的電流答案:BC解析:由于平行板電容器兩極板與電池兩極始終連接,兩板間的電壓U保持不變,根據(jù)電場強度公式E=Ud、電容的決定式C=εrS4πkd,可判斷出A錯,C對;a、b板所帶電荷量Q=CU,電容C變化導致5.(多選)某壓力傳感器輸出的電阻的阻值會隨所受壓力的增大而減小。一同學利用該傳感器設計了判斷升降機運動狀態(tài)的裝置,如圖甲所示,將該傳感器平放在升降機內(nèi),受壓面朝上,在上面放一物體M,升降機靜止時電流表示數(shù)為I0。某過程中電流表的示數(shù)如圖乙所示,則在此過程中()A.物體處于失重狀態(tài)B.物體處于超重狀態(tài)C.升降機一定向上做勻加速運動D.升降機可能向下做勻減速運動答案:BD解析:升降機靜止時電流表示數(shù)為I0,而此過程中電流表示數(shù)為2I0,由歐姆定律分析電阻的阻值變小,說明壓力增大,則物體處于超重狀態(tài),故A錯誤,B正確。物體處于超重狀態(tài)時,速度方向可能向下,也可能向上,則升降機可能向下做勻減速運動,也可能向上做勻加速運動,故C錯誤,D正確。6.大多樓道燈具有這樣的功能:天黑時,出現(xiàn)聲音它就開啟;而在白天,即使有聲音它也沒有反應。它的控制電路中接入了哪幾種傳感器?答案:接入了兩種傳感器:光傳感器(通常用的是光敏電阻),聲傳感器(通常用的是微型駐極體話筒)。二、能力提升1.下圖為用電源、電磁繼電器、滑動變阻器、綠燈泡、小電鈴、負溫度系數(shù)半導體熱敏電阻、開關、導線等組成的一個高溫報警器電路圖,要求正常情況綠燈亮,有險情時電鈴報警。則圖中的甲、乙、丙分別是()A.小電鈴、半導體熱敏電阻、綠燈泡B.半導體熱敏電阻、小電鈴、綠燈泡C.綠燈泡、小電鈴、半導體熱敏電阻D.半導體熱敏電阻、綠燈泡、小電鈴答案:B解析:控制電路含有電磁繼電器,因此甲的回路為控制電路,甲是半導體熱敏電阻;負溫度系數(shù)熱敏電阻的特點是溫度高,電阻小,電流大,繼電器工作,觸頭被吸下,乙被接通應報警,即乙是小電鈴;平常時,溫度低,熱敏電阻電阻大,電流小,觸頭未被吸下,丙導通,丙應是綠燈泡,即B正確。2.(多選)某同學設計了一個探究電容器所帶電荷量與電容器兩極間電壓關系的實驗,實驗電路如圖甲所示,其中P為電流傳感器,V為電阻很大的電壓表。實驗時,先將開關S1閉合,單刀雙擲開關S2擲向a,調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片到某位置使電容器C充電,當電路達到穩(wěn)定后記錄理想電壓表的示數(shù)。再迅速將開關S2擲向b,使電容器放電。電流傳感器P將電容器充、放電過程中的電流數(shù)據(jù)傳送給計算機,在計算機上可顯示出電流i隨時間t變化的圖像如圖乙所示。然后改變滑動變阻器滑片的位置,重復上述步驟,記錄多組電流隨時間變化的圖像和電壓表的示數(shù)。對于這個實驗過程和由圖像及數(shù)據(jù)所得出的結果,下列說法正確的是()甲乙A.流過電流傳感器P的充電電流和放電電流方向相同B.圖乙中的第①段(充電階段)電流曲線與橫軸所圍圖形的面積表示電容器充電結束時所帶的電荷量C.電容器充電結束時所帶電荷量隨電容器充電結束時兩極間電壓變化的關系圖像應為一條過原點的傾斜直線D.電容器充電結束時所帶電荷量與滑動變阻器滑片的位置無關答案:BC解析:流過電流傳感器P的充電電流和放電電流方向相反,選項A錯誤;題圖乙中的第①段(充電階段)電流曲線與橫軸所圍圖形的面積表示電容器充電結束時所帶的電荷量,選項B正確;由C=QU3.(2020江蘇鹽城檢測)目前有些居民區(qū)內(nèi)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圖如圖所示,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(nèi)S表示延時開關電路。當K按下接通電路瞬間,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1分鐘后斷開,電燈熄滅。根據(jù)上述信息和電路原理圖,我們可推斷:按鈕開關K按下前,發(fā)光二極管是(選填“發(fā)光的”或“熄滅的”)。按鈕開關K按下再釋放后,電燈L發(fā)光持續(xù)時間約分鐘,這一過程中發(fā)光二極管是(選填“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,二極管、燈泡、電阻R、電源組成串聯(lián)電路,所以二極管是發(fā)光的。按鈕開關K按下再釋放后,由于延時開關的作用,燈L發(fā)光時間為1分鐘,此時二極管被短路,所以二極管是熄滅的。只有當限流電阻R的阻值比燈絲電阻RL大得多時,通過發(fā)光二極管的電流才很小,確保二極管不燒壞。4.圖甲為熱敏電阻的Rt圖像,圖乙為用此熱敏電阻R和繼電器組成的一個簡單恒溫箱溫控電路,繼電器的電阻為100Ω。當線圈的電流大于或等于20mA時,繼電器的銜鐵被吸合。為繼電器線圈供電的電池的電動勢E=9.0V,內(nèi)阻可以不計。圖中的“電源”是恒溫箱加熱器的電源。則:甲乙(1)應該把恒溫箱內(nèi)的加熱器接在(選填“A、B端”或“C、D端”)。

(2)如果要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持50℃,可變電阻R'的阻值應調(diào)節(jié)為Ω。

答案:(1)A、B端(2)260解析:(1)恒溫箱內(nèi)的加熱器應接在A、B端。當溫度較低時,熱敏電阻R阻值較大,線圈中的電流較小,繼電器的銜鐵在上方,恒溫箱的加熱器處于工作狀態(tài),恒溫箱內(nèi)溫度升高。(2)隨著恒溫箱內(nèi)溫度升高,熱敏電阻R的阻值變小,則線圈中的電流變大,當線圈中的電流大于或等于20mA時,繼電器的銜鐵被吸到下方來,則恒溫箱加熱器與電源斷開,加熱器停止工作,恒溫箱內(nèi)溫度降低。隨著恒溫箱內(nèi)溫度降低,熱敏電阻R的阻值變大,則線圈中的電流變小,當線圈的電流小于20mA時,繼電器的銜鐵又被釋放到上方,則恒溫箱加熱器又開始工作,這樣就可以使恒溫箱內(nèi)保持在某一溫度。要使恒溫箱內(nèi)的溫度保持50℃,即50℃時線圈內(nèi)的電流為20mA。由閉合電路歐姆定律得I=Er+R+R',r為繼電器的電阻。由題圖甲可知,505.一熱敏電阻在溫度為80℃時阻值很大,當溫度達到100℃時阻值就很小,今用一電阻絲給水加熱,并配以熱敏電阻以保持