課時跟蹤檢測（十七） 科學(xué)制作：簡單的自動控制裝置

課時跟蹤檢測（十七）科學(xué)制作：簡單的自動控制裝置1.在電噴汽車的進氣管道中，廣泛地使用著一種叫作“電熱絲式空氣流量傳感器”的部件，其核心部分是一種用特殊的合金材料制作的電熱絲。如圖所示，當(dāng)進氣管道中的冷空氣流速越大時，電阻R兩端電壓U0就越高，反之，電壓U0就越低。這樣，管道內(nèi)空氣的流量就轉(zhuǎn)變成了可以測量的電壓信號，便于汽車內(nèi)的電腦系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制。如果將這種電熱絲從汽車的進氣管道中取出，在實驗室中測量它的伏安特性曲線，得到結(jié)果正確的是()解析：選D由題意知，當(dāng)進氣管道中的冷空氣流速越大時，電阻R兩端電壓U0就越高，電熱絲是熱敏電阻，溫度越低，電阻越小，則知溫度越高，電熱絲電阻越大，而IU圖線上任意一點與原點連線的斜率等于電阻的倒數(shù)，電壓和電流增大時，電熱絲的溫度升高，電阻增大，I-U圖線上的點與原點連線斜率的倒數(shù)就越小，故D正確。2．如圖為利用光敏電阻設(shè)計的行人監(jiān)控裝置原理圖。R1為光敏電阻，光敏阻值隨光照減弱而增大，R2為定值電阻，A、B接監(jiān)控器，監(jiān)控器在電路中的作用相當(dāng)于一個定值電阻，電源電壓不變。當(dāng)有人走過通道，光線受到遮擋時，加在監(jiān)控器上的電壓將________(選填“增大”“減小”或“不變”)，通過R1的電流將________(選填“增大”“減小”或“不變”)。解析：由題圖可知，監(jiān)控器與R2并聯(lián)后與R1串聯(lián)，當(dāng)光線受到遮擋時，R1電阻增大，則電路中總電阻增大，總電流減小，由于并聯(lián)部分電阻不變，故加在監(jiān)控器上的電壓減小。答案：減小減小3.如圖所示是繼電器的原理圖，當(dāng)在接線柱2、3間接入電源時，電磁鐵便將銜鐵P吸離A而與B接觸，從而達到控制電路的目的，接線柱________與接有電源的負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻串接，接線柱________與外電路串接，即可在溫度過高時切斷外電路，實現(xiàn)對外電路的自動控制。解析：A為常閉觸點，正常情況下與銜鐵P相吸；B為常開觸點，正常情況下與銜鐵P分離，因此，接線柱1、5與外電路相連，以便加熱。當(dāng)溫度越來越高時，電磁鐵將銜鐵P吸下，切斷電路。所以，接線柱2、3應(yīng)與接有電源的負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻相連。答案：2、31、54．現(xiàn)有熱敏電阻、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動變阻器、開關(guān)和導(dǎo)線若干，如圖所示，試設(shè)計一個溫控電路。要求溫度低于某一溫度時，電爐絲自動通電供熱，超過某一溫度時，又可以自動斷電，畫出電路圖并說明工作過程。解析：熱敏電阻RT與滑動變阻器及電磁繼電器構(gòu)成低壓控制電路。(1)電路圖如圖所示(2)工作過程：閉合S1，當(dāng)溫度低于設(shè)計值時，熱敏電阻阻值大，通過電磁繼電器的電流不能使它工作，S2接通，電爐絲加熱，當(dāng)溫度達到設(shè)計值時，熱敏電阻阻值減小到某值，通過電磁繼電器的電流達到工作電流，S2斷開，電爐絲斷電，停止供熱。當(dāng)溫度低于設(shè)計值時，又重復(fù)上述過程。答案：見解析5．用壓敏電阻可制成壓力傳感器，它受到的壓力越大，輸出的電壓就越大，用它可以對汽車稱重。經(jīng)實測，某壓力傳感器輸出電壓與力的關(guān)系式為U＝eq\f(5,6)×10－5F，將該壓力傳感器水平放置，并和電阻箱R′(最大電阻999.9Ω)及部分其他器材組成了如圖所示的電路，閉合開關(guān)S，當(dāng)線圈中的電流I≥20mA時，電磁繼電器的銜鐵被吸合。已知繼電器線圈的電阻為30Ω，繼電器控制電路的電壓由傳感器的輸出電壓U提供。(假設(shè)U不受繼電器電路影響)(1)當(dāng)壓力增加到一定程度時，電鈴報警，說明汽車超載，則圖中電鈴應(yīng)接在________(選填“A、B”或“C、D”)兩端。(2)為使車重G≥3.6×105N時啟動報警系統(tǒng)，則電阻箱R′的電阻應(yīng)調(diào)節(jié)到________Ω。(3)通過調(diào)整電阻箱R′的阻值，可以調(diào)整報警車重，能使該裝置報警的最小車重為________N。解析：(1)當(dāng)壓力增大到一定程度時，壓力傳感器輸出電壓達到一定數(shù)值，線圈中電流大于或等于20mA時，電磁繼電器的銜鐵被吸合，C、D間的電路就會被接通，因此電鈴應(yīng)接在C、D之間。(2)當(dāng)F＝3.6×105N時，由U＝eq\f(5,6)×10－5F，可得U＝3V，而使得電磁繼電器的銜鐵被吸合的最小電流為20mA，故電路總電阻R總＝eq\f(3.0,0.02)Ω＝150Ω，所以電阻箱接入電路的阻值R′＝R總－R線＝150Ω－30Ω＝120Ω。(3)因為使電磁繼電器銜鐵被吸合的最小電流I＝20mA＝0.02A，繼電器線圈的電阻R線＝30Ω，所以要使該裝置報警，壓力傳感器輸出的電壓最小值為U最?。絀R線＝0.02A×30Ω＝0.6V，由公式可知，輸出電壓為0.6V時，對應(yīng)的壓力為7.2×104N。答案：(1)C、D(2)120(3)7.2×1046．如圖甲所示為某同學(xué)設(shè)計的電子秤原理圖，其中E是電動勢為3V的電源(內(nèi)阻不計)，A是電流表(在設(shè)計中計劃被改成電子秤的示數(shù)表盤)，R0是阻值為5Ω的定值電阻，R是一根長為6cm、阻值為15Ω的均勻電阻絲。c是一根金屬彈簧(電阻不計)，其壓縮量ΔL與所受壓力F之間的關(guān)系如圖乙所示，c頂端連接有一個塑料盤。制作時調(diào)整彈簧的位置，使之不稱重物時滑片P剛好在電阻絲的a端。(計算中g(shù)取10m/s2)(1)當(dāng)電流表示數(shù)為0.3A時，所稱重物的質(zhì)量為________；(2)該設(shè)計中使用的電流表的量程最小為________，該電子秤的稱量范圍為________；(3)由電流表的表盤改制成的電子秤示數(shù)盤有哪些特點？(請至少寫出兩個)______________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)當(dāng)電流表示數(shù)為0.3A時，根據(jù)閉合電路歐姆定律得R＝eq\f(E,I)－R0＝5Ω，R是一根長為6cm、阻值為15Ω的均勻電阻絲，則滑片P向下移動的距離為2cm，即彈簧的壓縮量為2cm，由題圖乙可以讀出此時電子秤的讀數(shù)為20N，則所稱重物的質(zhì)量為2kg。(2)當(dāng)不稱重物時，滑片P剛好處于a端，電路中電流最大為Im＝eq\f(E,R0)＝eq\f(3,5)A＝0.6A，故該設(shè)計中使用的電流表的量程最小為0～0.6A。當(dāng)滑片P滑到b端時，電子秤的稱量示數(shù)最大，此時彈簧的壓縮量為6cm，結(jié)合題圖乙可知此時所放重物的重力為60N，所以重物的質(zhì)量為6kg，即電子秤的稱量范圍是0～6kg。(3)由R＝eq\f(E,I)－R0知，R與I不是成反比，所以將電流表的表盤改制成的電子秤示數(shù)盤刻度不均勻，與電流是反刻度，左大右小；因為電路中電流不會為零，則刻度盤最左側(cè)部分區(qū)域無刻度。答案：(1)2kg(2)0～0.6A0～6kg(3)刻度不均勻，左大右??；刻度盤最左側(cè)部分區(qū)域無刻度7．電控調(diào)光玻璃能根據(jù)光照強度自動調(diào)節(jié)玻璃的透明度，將光敏電阻Rx和定值電阻R0接在9V的電源上，電源內(nèi)阻不計，光敏電阻阻值隨光強變化關(guān)系如表所示。光強E/cd12345光敏電阻Rx阻值/Ω18963.6已知“光強”是表示光強弱程度的物理量，符號為E，單位是坎德拉(cd)。(1)當(dāng)光照強度為4坎德拉(cd)時光敏電阻Rx的阻值大小為________Ω。(2)電控調(diào)光玻璃的原理是光照增強，光敏電阻Rx阻值變小，施加于玻璃兩端的電壓降低，玻璃透明度下降，反之則玻璃透明度上升。若電源電壓不變，R0是定值電阻，則下列電路圖中符合要求的是________(填序號)。(3)現(xiàn)已知定值電阻R0為12Ω，用電壓表測得光敏電阻兩端的電壓為3V，則此時光照強度為多少？解析：(1)由題表數(shù)據(jù)可知，光敏電阻Rx阻值與光強E的乘積均為18Ω·cd，則當(dāng)E＝4cd時，光敏電阻的阻值Rx＝eq\f(18Ω·cd,4cd)＝4.5Ω。(2)由題意可知，光敏電阻Rx與定值電阻R0串聯(lián)，光照增強時，光敏電阻Rx阻值減小，電路中的總電阻減小，由I＝eq\f(U,R)可知，電路中的電流增大，由U＝IR可知，R0兩端的電壓增大，所以Rx兩端的電壓減小，反之，光照減弱時，光敏電阻Rx阻值增大，R0兩端的電壓減小，Rx兩端的電壓增大，則玻璃并聯(lián)在R0兩端時不符合要求，玻璃并聯(lián)在Rx兩端時符合要求，故A錯誤，C正確；若玻璃與電源并聯(lián)，光照變化時，玻璃兩端的電壓始終保持不變，故B、D錯誤。(3)當(dāng)R0＝12Ω，光敏電阻兩端的電壓Ux＝3V時，R0兩端的電壓U0＝U－Ux＝9V－3V＝6V，因串聯(lián)電路中各處的電流相等，所以電路中的電流I＝eq\f(U0,R0)＝eq\f(Ux,Rx′)，即eq\f(6V,12Ω)＝eq\f(3V,Rx′)，解得Rx′＝6Ω，此時光照強度E′＝eq\f(18Ω·cd,6Ω)＝3cd。答案：(1)4.5(2)C(3)3cd8．(1)某學(xué)習(xí)小組測得某熱敏電阻阻值隨溫度變化的數(shù)據(jù)如下表，在如圖甲所示的坐標(biāo)紙上畫出該熱敏電阻阻值隨溫度變化的曲線。次數(shù)12345678溫度t/℃1015203040506080電阻R/Ω60040030020014012010080(2)某同學(xué)將該熱敏電阻接在如圖乙所示的電路中測量水溫，已知電源電動勢E＝8V，內(nèi)阻不計；G為靈敏電流計，其內(nèi)阻為Rg且保持不變；R為熱敏電阻。當(dāng)水溫為15℃時，電流計示數(shù)為10mA；當(dāng)電流表示數(shù)為14mA時，水溫是________。解析：(1)根據(jù)表中實驗數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系內(nèi)描出對應(yīng)點，然后作出圖像，圖像如圖所示。(2)由R-t圖像可知，溫度為15℃時，熱敏電阻阻值為400Ω，則電流表內(nèi)阻Rg＝eq\f(E,I)－R＝400Ω，電路電流為14mA時，熱敏電阻阻值R′＝eq\f(E,I′)－Rg＝171Ω，由R-t圖像可知，此時水溫為34℃。答案：(1)見解析圖(2)34℃(32℃～36℃均可)9．(2022·河北高考)某物理興趣小組利用廢棄電飯煲的部分器材自制簡易電飯煲，設(shè)計電路如圖1所示，選用的器材有：限溫開關(guān)S1(手動將其按下，開始持續(xù)加熱煮飯，當(dāng)鍋內(nèi)溫度高于103℃時自動斷開，之后不能自動閉合)；保溫開關(guān)S2(當(dāng)鍋內(nèi)溫度高于80℃時自動斷開，溫度低于70℃時自動閉合)；電飯煲的框架(結(jié)構(gòu)如圖2所示)。自備元件有：加熱電阻絲R(阻值為60Ω，用于加熱煮飯)；限流電阻R1和R2(阻值均為1kΩ)；指示燈L1和L2(2.5V,0.6W，當(dāng)電流低于30mA時可視為熄滅)；保險絲T。(1)按照興趣小組設(shè)計的電路，下列說法正確的是________(多選)。A．按下S1，L1和L2均發(fā)光B．當(dāng)鍋內(nèi)溫度高于103℃時，S1自動斷開，L1和L2均發(fā)光C．保溫過程中，S2自動在閉合、斷開狀態(tài)之間交替切換D．當(dāng)鍋內(nèi)溫度低于70℃時，S2自動閉合，L1發(fā)光，L2熄滅(2)簡易電飯煲制作完成后，試用時L1始終不亮，但加熱和保溫功能均正常。在不增加元件的前提下，斷開電源，使用多用電表判斷發(fā)生故障的元件。下列操作步驟的正確順序是________(填寫各步驟前的字母)。A．將選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到“×100”位置B．將兩支表筆直接接觸，調(diào)節(jié)“歐姆調(diào)零旋鈕”，使指針指向歐姆零點C．調(diào)整“指針定位螺絲”，使指針指到零刻度D．測量指示燈L1兩端的阻值E．將選擇開關(guān)置于OFF位置或交流電壓最高擋操作時，將多用電表兩表筆與L1兩端接觸，若指針如圖3所示，可判斷是________斷路損壞；若指針如圖4所示，可判斷是________斷路損壞。(用電路中的元件符號表示)解析