新教材2024高中物理第五章傳感器5.3利用傳感器制作簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制裝置同步測(cè)試新人教版選擇性必修第二冊(cè)

第五章傳感器3利用傳感器制作簡(jiǎn)潔的自動(dòng)限制裝置【基礎(chǔ)鞏固】1.下圖為用電源、電磁繼電器、滑動(dòng)變阻器、綠燈泡、小電鈴、負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線等組成的一個(gè)高溫報(bào)警器的電路圖,正常狀況綠燈亮,溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)電鈴報(bào)警.圖中甲、乙、丙分別是 ()A.小電鈴、熱敏電阻、綠燈泡B.綠燈泡、熱敏電阻、小電鈴C.熱敏電阻、小電鈴、綠燈泡D.熱敏電阻、綠燈泡、小電鈴解析:甲所在電路應(yīng)為限制電路,甲為熱敏電阻;熱敏電阻溫度上升時(shí),電阻減小,電路電流增大,繼電器工作,銜鐵被吸下,乙被接通,乙是小電鈴;正常狀況,熱敏電阻溫度低、電阻大,限制電路電流小,丙接通,丙應(yīng)是綠燈泡.答案:C2.(多選)某同學(xué)設(shè)計(jì)的家庭電路愛(ài)護(hù)裝置如圖所示.鐵芯左側(cè)線圈L1由火線和零線并行繞成.當(dāng)右側(cè)線圈L2中產(chǎn)生電流時(shí),電流經(jīng)放大器放大后,使電磁鐵吸起鐵質(zhì)開(kāi)關(guān)K,從而切斷家庭電路.僅考慮L1在鐵芯中產(chǎn)生的磁場(chǎng),下列說(shuō)法正確的有 ()A.家庭電路正常工作時(shí),穿過(guò)L2的磁通量為0B.家庭電路中運(yùn)用的用電器增多時(shí),穿過(guò)L2的磁通量不變C.家庭電路發(fā)生短路時(shí),開(kāi)關(guān)K將被電磁鐵吸起D.地面上的人接觸火線發(fā)生觸電時(shí),開(kāi)關(guān)K將被電磁鐵吸起解析:當(dāng)家庭電路正常工作時(shí),電流經(jīng)火線流入用電器,再經(jīng)零線流回.由于火線和零線并行繞在鐵芯左側(cè),火線和零線中的電流反向,合磁通量為0,故選項(xiàng)A、B正確.短路后,火線和零線中電流仍舊等大、反向,穿過(guò)鐵芯的磁通量為0,開(kāi)關(guān)不會(huì)被電磁鐵吸起,選項(xiàng)C錯(cuò)誤.當(dāng)?shù)孛嫔系娜擞|電時(shí),火線中的電流經(jīng)人體流入大地,繞在鐵芯左側(cè)的零線中的電流小于和它并行的火線中的電流,穿過(guò)鐵芯的磁通量發(fā)生改變,L2產(chǎn)生感應(yīng)電流,電流經(jīng)放大器放大后,使電磁鐵吸起鐵質(zhì)開(kāi)關(guān)K,從而切斷家庭電路,選項(xiàng)D正確.答案:ABD3.傳感器擔(dān)負(fù)著信息采集的任務(wù),在自動(dòng)限制中發(fā)揮著重要作用,傳感器能夠?qū)⒏惺艿降奈锢砹?如溫度、光、聲等)轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的量(通常是電學(xué)量),例如溫度傳感器,主要應(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改變的圖線如圖甲所示,圖乙是用熱敏電阻R1作為傳感器制作的簡(jiǎn)潔自動(dòng)報(bào)警器原理圖.甲乙(1)為了使溫度過(guò)高時(shí)報(bào)警器報(bào)警,開(kāi)關(guān)應(yīng)接在(選填“a”或“b”)處.

(2)若使啟動(dòng)報(bào)警的溫度提高些,則應(yīng)將滑動(dòng)變阻器的滑片P向(選填“左”或“右”)移動(dòng).

解析:(1)由題圖乙可知,溫度過(guò)高時(shí),熱敏電阻阻值較小,通電螺線管的磁性增加,將與彈簧相連的金屬導(dǎo)體向左吸引,要使報(bào)警器所在電路接通并報(bào)警的話,開(kāi)關(guān)應(yīng)接在a處.(2)要實(shí)現(xiàn)溫度更高時(shí),即熱敏電阻阻值更小時(shí)才將報(bào)警器電路接通,應(yīng)當(dāng)將滑動(dòng)變阻器連入電路的阻值調(diào)大,即P向左移動(dòng).答案:(1)a(2)左4.一臺(tái)臭氧發(fā)生器的電阻為10kΩ,當(dāng)供電電壓等于24V時(shí)能產(chǎn)生臭氧,否則不產(chǎn)生臭氧.現(xiàn)要用這種臭氧發(fā)生器制成自動(dòng)消毒裝置,要求它在有光照時(shí)能產(chǎn)生臭氧,在黑暗時(shí)不產(chǎn)生臭氧.擬用一個(gè)光敏電阻R1對(duì)它進(jìn)行限制,R1的阻值在有光照時(shí)為100Ω,黑暗時(shí)為1000Ω,允許通過(guò)的最大電流為3mA;電源的電動(dòng)勢(shì)E為36V,內(nèi)阻不計(jì);另有一個(gè)滑動(dòng)變阻器R2,阻值為0~100Ω,允許通過(guò)的最大電流為0.4A;一個(gè)開(kāi)關(guān)S和導(dǎo)線若干.臭氧發(fā)生器和光敏電阻R1的符號(hào)如圖所示.設(shè)計(jì)一個(gè)滿意上述要求的電路圖,圖中各元件要標(biāo)上字母代號(hào),其中滑動(dòng)變阻器兩固定接線柱端分別標(biāo)上字母A、B.(電路圖畫(huà)在虛線框內(nèi))解析:臭氧發(fā)生器有光照時(shí)能產(chǎn)生臭氧,黑暗時(shí)不產(chǎn)生臭氧,而光敏電阻有光照時(shí)電阻小,無(wú)光照時(shí)電阻大,可以利用光敏電阻與之串聯(lián),調(diào)整臭氧發(fā)生器兩端的電壓.由于臭氧發(fā)生器正常工作須要的電壓為24V,若電路中無(wú)其他電阻,光敏電阻阻值最大時(shí),臭氧發(fā)生器兩端電壓仍大于24V,需將滑動(dòng)變阻器接成分壓式接入電路,電路圖如圖所示.答案:見(jiàn)解析圖.【拓展提高】5.(2024·全國(guó)高三課時(shí)練習(xí))圖甲為一種家用門(mén)磁防盜報(bào)警器,由磁條和主機(jī)組成,門(mén)窗均可運(yùn)用.圖乙為其簡(jiǎn)化示意圖,安裝時(shí),將磁條固定在門(mén)框上,主機(jī)安裝在與其等高的門(mén)板邊緣,門(mén)關(guān)上時(shí),兩者剛好靠在一起.當(dāng)主機(jī)開(kāi)關(guān)閉合時(shí),若門(mén)被打開(kāi),磁條與主機(jī)分別,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.下列說(shuō)法正確的是 ()甲乙A.觸發(fā)器內(nèi)是一個(gè)開(kāi)關(guān),當(dāng)主機(jī)與磁條靠近時(shí),開(kāi)關(guān)是斷開(kāi)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)工作的解析:門(mén)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(shuō)明電路是斷開(kāi)的;當(dāng)主機(jī)開(kāi)關(guān)閉合時(shí),若門(mén)被打開(kāi),磁條與主機(jī)分別,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(shuō)明此時(shí)觸發(fā)器內(nèi)開(kāi)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)器不行能是銅制成的,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;無(wú)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.答案:A6.電飯煲的工作原理如圖所示,可分為兩部分:限制部分,由S2、R1和黃燈組成;工作(加熱)部分,由發(fā)熱電阻R3、R2和紅燈組成.S1是一個(gè)磁鋼限溫開(kāi)關(guān),手動(dòng)閉合,當(dāng)此開(kāi)關(guān)的溫度達(dá)到居里點(diǎn)(103℃)時(shí),自動(dòng)斷開(kāi),且不能自動(dòng)復(fù)位(閉合).S2是一個(gè)雙金屬片自動(dòng)開(kāi)關(guān),當(dāng)溫度達(dá)到70~80℃時(shí),自動(dòng)斷開(kāi),低于70℃時(shí),自動(dòng)閉合.紅燈、黃燈是指示燈,通過(guò)它們的電流必需較小,所以R1、R2起作用,R3是發(fā)熱電阻,由于煮飯前溫度低于70℃,所以S2是(選填“斷開(kāi)的”或“閉合的”).接通電源并閉合S1后,黃燈不亮紅燈亮,R3發(fā)熱,當(dāng)溫度達(dá)到70~80℃時(shí),S2斷開(kāi),當(dāng)溫度達(dá)到103℃飯煮熟時(shí),S1斷開(kāi),當(dāng)溫度降到70℃以下時(shí),S2閉合,電飯煲處于保溫狀態(tài).由以上描述可知R2(選填“<”“=”或“>”)R3,若用電飯煲燒水,直到水被燒干S1才會(huì)斷開(kāi),試說(shuō)明此現(xiàn)象.

解析:R1、R2的作用是限流,防止指示燈因電流過(guò)大而燒毀,S2是自動(dòng)限制溫度的開(kāi)關(guān),當(dāng)溫度低于70℃時(shí)自動(dòng)閉合,當(dāng)溫度達(dá)到70~80℃時(shí)又自動(dòng)斷開(kāi),由于R3的功率較大,R2>R3.當(dāng)溫度達(dá)到103℃時(shí)S1才自動(dòng)斷開(kāi),而標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)為100℃,因此用電飯煲燒水時(shí),直到水被燒干S1才會(huì)斷開(kāi).答案:限流閉合的>說(shuō)明見(jiàn)解析.7.圖甲為一測(cè)量光敏電阻特性的試驗(yàn)電路,電源電壓恒定,電流表內(nèi)阻不計(jì),開(kāi)關(guān)閉合后,調(diào)整滑動(dòng)變阻器滑片,使小燈泡發(fā)光漸漸增加,測(cè)得流過(guò)光敏電阻的電流和光照強(qiáng)度的關(guān)系曲線如圖乙所示.甲乙某同學(xué)依據(jù)光敏電阻的這一特性設(shè)計(jì)的路燈自動(dòng)限制電路如圖所示,請(qǐng)簡(jiǎn)要說(shuō)明該電路是如何對(duì)路燈實(shí)現(xiàn)自動(dòng)限制的.答案:由光敏電阻的特性曲線可以看出,當(dāng)光照增加時(shí),光敏電阻的阻值減小,流過(guò)光敏電阻的電流增大.由題中電路可