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

第五章傳感器3利用傳感器制作簡潔的自動限制裝置【基礎(chǔ)鞏固】1.下圖為用電源、電磁繼電器、滑動變阻器、綠燈泡、小電鈴、負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻、開關(guān)、導(dǎo)線等組成的一個高溫報警器的電路圖,正常狀況綠燈亮,溫度超過設(shè)定值時電鈴報警.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,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)計的家庭電路愛護(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,電流經(jīng)放大器放大后,使電磁鐵吸起鐵質(zhì)開關(guān)K,從而切斷家庭電路.僅考慮L1在鐵芯中產(chǎn)生的磁場,下列說法正確的有 ()A.家庭電路正常工作時,穿過L2的磁通量為0B.家庭電路中運用的用電器增多時,穿過L2的磁通量不變C.家庭電路發(fā)生短路時,開關(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,開關(guān)K將被電磁鐵吸起解析:當(dāng)家庭電路正常工作時,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A、B正確.短路后,火線和零線中電流仍舊等大、反向,穿過鐵芯的磁通量為0,開關(guān)不會被電磁鐵吸起,選項C錯誤.當(dāng)?shù)孛嫔系娜擞|電時,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)開關(guān)K,從而切斷家庭電路,選項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潔自動報警器原理圖.甲乙(1)為了使溫度過高時報警器報警,開關(guān)應(yīng)接在(選填“a”或“b”)處.

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

解析:(1)由題圖乙可知,溫度過高時,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,要使報警器所在電路接通并報警的話,開關(guān)應(yīng)接在a處.(2)要實現(xiàn)溫度更高時,即熱敏電阻阻值更小時才將報警器電路接通,應(yīng)當(dāng)將滑動變阻器連入電路的阻值調(diào)大,即P向左移動.答案:(1)a(2)左4.一臺臭氧發(fā)生器的電阻為10kΩ,當(dāng)供電電壓等于24V時能產(chǎn)生臭氧,否則不產(chǎn)生臭氧.現(xiàn)要用這種臭氧發(fā)生器制成自動消毒裝置,要求它在有光照時能產(chǎn)生臭氧,在黑暗時不產(chǎn)生臭氧.擬用一個光敏電阻R1對它進(jìn)行限制,R1的阻值在有光照時為100Ω,黑暗時為1000Ω,允許通過的最大電流為3mA;電源的電動勢E為36V,內(nèi)阻不計;另有一個滑動變阻器R2,阻值為0~100Ω,允許通過的最大電流為0.4A;一個開關(guān)S和導(dǎo)線若干.臭氧發(fā)生器和光敏電阻R1的符號如圖所示.設(shè)計一個滿意上述要求的電路圖,圖中各元件要標(biāo)上字母代號,其中滑動變阻器兩固定接線柱端分別標(biāo)上字母A、B.(電路圖畫在虛線框內(nèi))解析:臭氧發(fā)生器有光照時能產(chǎn)生臭氧,黑暗時不產(chǎn)生臭氧,而光敏電阻有光照時電阻小,無光照時電阻大,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,若電路中無其他電阻,光敏電阻阻值最大時,臭氧發(fā)生器兩端電壓仍大于24V,需將滑動變阻器接成分壓式接入電路,電路圖如圖所示.答案:見解析圖.【拓展提高】5.(2024·全國高三課時練習(xí))圖甲為一種家用門磁防盜報警器,由磁條和主機(jī)組成,門窗均可運用.圖乙為其簡化示意圖,安裝時,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,兩者剛好靠在一起.當(dāng)主機(jī)開關(guān)閉合時,若門被打開,磁條與主機(jī)分別,主機(jī)內(nèi)的觸發(fā)器就會工作,帶動報警器發(fā)出報警聲.下列說法正確的是 ()甲乙A.觸發(fā)器內(nèi)是一個開關(guān),當(dāng)主機(jī)與磁條靠近時,開關(guān)是斷開的B.觸發(fā)器可以由銅制成C.磁條的兩極對調(diào)后,該報警器不能正常工作D.本裝置是利用電流的磁效應(yīng)工作的解析:門關(guān)上時,磁條與主機(jī)剛好靠在一起,此時報警器不工作,說明電路是斷開的;當(dāng)主機(jī)開關(guān)閉合時,若門被打開,磁條與主機(jī)分別,主機(jī)內(nèi)的觸發(fā)器就會工作,帶動報警器發(fā)出報警聲,說明此時觸發(fā)器內(nèi)開關(guān)是閉合的,選項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B錯誤;無論磁條哪個磁極靠近觸發(fā)器,都存在磁力作用,所以兩極對調(diào)后,該報警器仍能正常工作,選項C錯誤;本裝置是利用磁體能夠吸引磁性物體的特點工作的,選項D錯誤.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是一個磁鋼限溫開關(guān),手動閉合,當(dāng)此開關(guān)的溫度達(dá)到居里點(103℃)時,自動斷開,且不能自動復(fù)位(閉合).S2是一個雙金屬片自動開關(guān),當(dāng)溫度達(dá)到70~80℃時,自動斷開,低于70℃時,自動閉合.紅燈、黃燈是指示燈,通過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,S2斷開,當(dāng)溫度達(dá)到103℃飯煮熟時,S1斷開,當(dāng)溫度降到70℃以下時,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才會斷開,試說明此現(xiàn)象.

解析:R1、R2的作用是限流,防止指示燈因電流過大而燒毀,S2是自動限制溫度的開關(guān),當(dāng)溫度低于70℃時自動閉合,當(dāng)溫度達(dá)到70~80℃時又自動斷開,由于R3的功率較大,R2>R3.當(dāng)溫度達(dá)到103℃時S1才自動斷開,而標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點為100℃,因此用電飯煲燒水時,直到水被燒干S1才會斷開.答案:限流閉合的>說明見解析.7.圖甲為一測量光敏電阻特性的試驗電路,電源電壓恒定,電流表內(nèi)阻不計,開關(guān)閉合后,調(diào)整滑動變阻器滑片,使小燈泡發(fā)光漸漸增加,測得流過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)計的路燈自動限制電路如圖所示,請簡要說明該電路是如何對路燈實現(xiàn)自動限制的.答案:由光敏電阻的特性曲線可以看出,當(dāng)光照增加時,光敏電阻的阻值減小,流過光敏電阻的電流增大.由題中電路可