5.3 利用傳感器制作簡單的自動控制裝置（解析版）

5.3利用傳感器制作簡潔的自動把握裝置模塊一學(xué)問把握學(xué)問點一門窗防盜報警裝置【重難詮釋】1.試驗器材和裝置干簧管作為傳感器，用于感知磁體磁場是否存在．繼電器(虛線框部分)作為執(zhí)行裝置．發(fā)光二極管LED作為電路正常工作提示，R為發(fā)光二極管的限流電阻，起愛護(hù)作用．蜂鳴器H作為報警提示．電路設(shè)計如圖．2．電路工作原理當(dāng)門窗緊閉時，磁體M靠近干簧管SA，干簧管兩簧片被磁化相吸，繼電器接通而工作．當(dāng)門窗開啟時，磁體離開干簧管，干簧管失磁斷開，繼電器被斷電，動觸點c與常閉觸點b接通，蜂鳴器H發(fā)聲報警．3．試驗操作(1)檢查干簧管．用磁體直接靠近干簧管，觀看干簧管簧片能否正常動作．(2)連接電路．連接電路前，要檢查其他元件是否也能正常工作．(3)接通電源后，將磁體靠近和離開干簧管，分別觀看試驗現(xiàn)象．學(xué)問點二光控開關(guān)【重難詮釋】1．試驗器材和裝置光敏電阻完成光信號向電信號的轉(zhuǎn)變．晶體三極管將電流進(jìn)行放大，同時具有完成斷路和接通的開關(guān)作用．發(fā)光二極管LED仿照路燈．電路設(shè)計如圖甲．為了能夠驅(qū)動更大功率的負(fù)載，需用繼電器來啟、閉另外的供電電路，如圖乙所示．2．電路工作原理(1)光較強時，光敏電阻阻值小，三極管不導(dǎo)通，繼電器斷路，處于常開狀態(tài)，小燈泡L不亮．(2)光較弱時，光敏電阻阻值變大，三極管導(dǎo)通，產(chǎn)生較大的集電極電流，點亮發(fā)光二極管或驅(qū)動繼電器吸合，點亮小燈泡L.3．試驗操作(1)連接電路，檢查無誤后，接通電源．(2)用白光照射光敏電阻，調(diào)整R1，使發(fā)光二極管LED或小燈泡L剛好不發(fā)光．(3)減弱光敏電阻的光照強度，當(dāng)光減弱到某種程度時，發(fā)光二極管LED或小燈泡L發(fā)光．(4)讓光照加強，當(dāng)光照強到某種程度時，發(fā)光二極管LED或小燈泡L熄滅．學(xué)問點三自動把握電路的分析與設(shè)計【重難詮釋】設(shè)計自動把握電路時，一般依據(jù)以下的思路進(jìn)行。(1)依據(jù)題目給出的儀器和要求畫出把握電路和工作電路。把握電路由電源、開關(guān)、光敏電阻(或熱敏電阻等其他敏感元件)、電磁繼電器和導(dǎo)線等組成；工作電路由電源、用電器(燈泡、電熱絲或其他用電器)、導(dǎo)線等組成。這兩個電路相互獨立，又通過電磁繼電器相關(guān)聯(lián)，電磁繼電器實際上是工作電路的開關(guān)。(2)分析自控電路的合理性。電路設(shè)計完成后，要對它的合理性進(jìn)行分析，用光照射光敏電阻或?qū)崦綦娮杓訜?，檢查工作電路的接通和斷開是否符合實際要求。例如，自控路燈電路的設(shè)計要求是白天切斷工作電路，使路燈熄滅，晚上接通工作電路，使路燈發(fā)光。（多選）（2022秋?包頭月考）如圖是蘋果自動分揀裝置的示意圖。該裝置把大小不同的蘋果，按肯定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)自動分揀為大蘋果和小蘋果。R1為壓力傳感器。R2為可調(diào)電阻，R2兩端電壓越大，電磁鐵對分揀開關(guān)的銜鐵吸引越強（）A．壓力越大R1越大 B．壓力越大R1越小 C．調(diào)整R2的大小可以起到愛護(hù)電路的作用 D．調(diào)整R2的大小可以轉(zhuǎn)變蘋果篩選的標(biāo)準(zhǔn)【解答】解：AB、蘋果越重，R1電阻越小，兩端電壓越小，R2兩端電壓越大，電磁鐵吸力越強，大果會進(jìn)入下端分揀口，要求壓力越大R1越小，故A錯誤，B正確；CD、調(diào)整R2不同阻值即是為調(diào)整R2自身電壓，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)變蘋果的篩選標(biāo)準(zhǔn)，故C錯誤，D正確；故選：BD。（2019春?華安縣校級期末）傳感器擔(dān)負(fù)著信息的采集任務(wù)，在自動把握中發(fā)揮著重要作用，傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹浚ㄈ鐪囟?、光、聲等）轉(zhuǎn)換成便于測量的量（通常是電學(xué)量）。例如熱敏傳感器，主要是應(yīng)用了半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻將熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，熱敏電阻隨溫度變化的圖象如圖甲所示，圖乙是由熱敏電阻R1作為傳感器制作的簡潔自動報警器線路圖，問：（1）為了使溫度過高時報警器鈴響，c應(yīng)接在（填“a”或“b”）。（2）若使啟動報警的溫度提高些，應(yīng)將滑動變阻器滑片P點向移動（填“左”或“右”）。（3）直流電源電動勢為18V（內(nèi)阻不計），熱敏電阻R1達(dá)到100℃電阻大小為600Ω．流過熱敏電阻R1的電流超過Ic時就會報警，Ic為10mA，則滑動變阻器應(yīng)選擇A．R2（0﹣200Ω）B．R2（0﹣1000Ω）C．R2（0﹣2000Ω）【解答】解：（1）依據(jù)圖甲坐標(biāo)系中曲線的趨勢可以得出，電阻隨溫度的上升而減小，因此熱敏電阻的阻值隨溫度的上升而減小，為了使溫度過高時發(fā)送報警信息，則熱敏電阻阻值最小，開關(guān)c應(yīng)當(dāng)接在a處，（2）若使報警的最低溫度提高些電路中電阻增大，則滑動變阻R應(yīng)將P點向左移動。（3）依據(jù)閉合電路歐姆定律Ic=代入數(shù)據(jù)解得R＝1200Ω．所以滑動變阻器要選0﹣2000Ω的，故選：C故答案為：（1）a（2）左；（3）C模塊二鞏固提高（多選）傳感器擔(dān)負(fù)著信息的采集任務(wù)，在自動把握中發(fā)揮著重要作用，傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹浚ㄈ鐪囟取⒐?、聲等）轉(zhuǎn)換成便于測量的量（通常是電學(xué)量），例如熱敏傳感器，主要是應(yīng)用了半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻。熱敏電阻阻值隨溫度變化的圖線如圖甲所示，圖乙是由熱敏電阻RT作為傳感器制作的簡潔自動報警器的線路圖。則下列說法正確的是（）A．為了使溫度過高時報警器響鈴，c應(yīng)接在a處 B．為了使溫度過高時報警器響鈴，c應(yīng)接在b處 C．若使啟動報警的溫度提高些，應(yīng)將滑動變阻器滑片P向右移動 D．假如在調(diào)試報警器達(dá)到最低報警溫度時，無論如何調(diào)整滑動變阻器滑片P都不能使報警器工作，且電路連接完好，各電路元件都能處于工作狀態(tài)，則造成工作電路不能正常工作的緣由可能是乙圖中左邊電源電壓太低【解答】解：AB、由熱敏電阻隨溫度變化的圖線可知，溫度越高電阻越小，電流增大，電磁鐵的引力增加，吸引彈簧向a運動，故A正確，B錯誤；C、若使啟動報警的溫度提高些，即熱敏電阻阻值再小些，則滑動變阻器的阻值應(yīng)再大些，滑片P向左移動，故C錯誤；D、造成工作電路不能正常工作的緣由可能是題圖乙中左邊電源電壓太低，或者線圈的匝數(shù)太少，或者彈簧的勁度系數(shù)太大等，故D正確。故選：AD。（2023?鎮(zhèn)海區(qū)模擬）如圖甲所示為蘋果自動分揀裝置的示意圖，該裝置把大小不同的蘋果，按肯定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)自動分揀為大蘋果和小蘋果。該裝置的托盤秤壓在一個以O(shè)1為轉(zhuǎn)動軸的杠桿上，杠桿末端壓在壓力傳感器R上，R的阻值隨壓力變化的曲線如圖乙所示。調(diào)整托盤秤壓在杠桿上的位置，使質(zhì)量等于分揀標(biāo)準(zhǔn)（0.20kg）的大蘋果經(jīng)過托盤秤時，杠桿對R的壓力為1N。調(diào)整可調(diào)電阻R0，可轉(zhuǎn)變R、R0兩端的電壓比，使質(zhì)量等于分揀標(biāo)準(zhǔn)的大蘋果通過托盤秤時，R0兩端的電壓恰好能使放大電路中的電磁鐵吸動分揀開關(guān)的銜鐵，此電壓叫做放大電路的激勵電壓。該放大電路中包含保持電路，能夠確保大蘋果在銜鐵上運動時電磁鐵始終保持吸動狀態(tài)。（1）該自動分揀裝置正常工作時，大蘋果通過（填“通道A”、“通道B”）。（2）若電源電動勢為5V，內(nèi)阻不計，放大電路的激勵電壓為2V，為使該裝置達(dá)到上述分揀目的，R0的阻值等于kΩ。（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）（3）小鎮(zhèn)同學(xué)想在托盤秤壓在杠桿上的位置不變的狀況下，利用一塊電壓表測出每個蘋果的質(zhì)量，且電壓表的示數(shù)隨蘋果質(zhì)量的增大而增大，則電壓表應(yīng)當(dāng)并聯(lián)在電阻（填“R”、“R0”或“電源”）兩端，蘋果質(zhì)量與電壓表示數(shù)（填“均勻”、“不均勻”）對應(yīng)?！窘獯稹拷猓海?）大蘋果通過托盤秤時，R0兩端的電壓達(dá)到放大電路的激勵電壓，使放大電路中的電磁鐵吸動分揀開關(guān)的銜鐵，大蘋果進(jìn)入下面的通道B。（2）杠桿對R的壓力為1N，R阻值為30kΩ，為使該裝置達(dá)到上述分揀目的，R0的阻值需滿足RR則R0＝20kΩ（3）隨著蘋果質(zhì)量增大，R阻值減小，分壓減小，電源電動勢不變，R0分壓增大，為了滿足電壓表的示數(shù)隨蘋果質(zhì)量的增大而增大，需要將電壓表并聯(lián)在R0兩端。由圖乙可知R的阻值隨壓力的增大而減小，且不是線性變化關(guān)系。電壓表示數(shù)為R0兩端的電壓。蘋果質(zhì)量與壓力傳感器上的壓力成正比，由閉合電路歐姆定律得，電路中的電流與蘋果質(zhì)量不是線性變化關(guān)系。蘋果質(zhì)量與電壓表示數(shù)不均勻?qū)?yīng)。故答案為：（1）通道B；（2）20；（3）R0；不均勻某同學(xué)利用傳感器測量某小球運動時受到的平均空氣阻力，其所用的試驗裝置如圖甲所示，將質(zhì)量為m、直徑為d的金屬小球從距紅外線的高度為h處由靜止釋放，小球正下方固定著一臺紅外線計時器，能自動記錄小球攔住紅外線的時間t，d＜＜h。（1）用游標(biāo)卡尺測得小球的直徑如圖乙所示，則小球的直徑d＝cm。（2）小球下落高度h時的速度大小v＝（用測得的物理量符號表示）。（3）已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣却笮間，依據(jù)題中所給的數(shù)據(jù)，可知小球在這段運動過程中受到的平均空氣阻力的大小f＝（用測量量和已知量的符號表示）?！窘獯稹拷猓海?）游標(biāo)卡