2024版高中同步新教材選擇性必修第二冊人教物理備課資源第五章傳感器3利用傳感器制作簡單的自動控制裝置基礎過關練題組一門窗防盜報警裝置1.【經典題】如圖所示是某保密室的防盜報警電路,當有人闖入保密室時會使開關S閉合。下列說法正確的是()A.電磁繼電器與發電機工作原理相同B.電磁鐵的磁性強弱只與電流大小有關C.電磁鐵工作時,上端為S極D.當有人闖入保密室時,b燈亮2.圖甲為一種家用門磁防盜報警器,由磁條和主機組成,門窗均可使用。乙圖為其簡化示意圖,安裝時,將磁條固定在門框上,主機安裝在與其等高的門板邊緣,門關上時,兩者剛好靠在一起。當主機開關閉合時,若門被打開,磁條與主機分離,主機內的觸發器就會工作,帶動報警器發出報警聲。下列有關說法正確的是()甲乙A.觸發器內是一個開關,當磁條與主機靠近時,開關是斷開的B.觸發器可以由銅制成C.磁條的兩極對調后,該報警器不能正常工作D.本裝置是利用電流的磁效應工作的題組二光控開關3.【經典題】【多選題】(2023江西撫州臨川一中期中)如圖是利用太陽能給LED路燈供電的自動控制電路的示意圖。R是光敏電阻,R0是保護電阻,日光充足時,電磁繼電器把銜鐵吸下,G、H接入電路,太陽能電池板給蓄電池充電,光線不足時,銜鐵被彈簧拉起,E、F接入電路,蓄電池給LED路燈供電,路燈亮起,下列關于該電路的說法中正確的是()A.該光敏電阻阻值隨光照強度增大而增大B.增大光敏電阻所在電路的電源電動勢,會減少路燈的照明時間C.并聯更多的LED路燈可延長每天路燈照明時間D.增大保護電阻R0的阻值可延長每天路燈照明時間4.(2023江西高三聯考)光敏電阻廣泛應用于光控電路中,物理探究小組設計了圖甲所示的電路測量不同照度下的光敏電阻的阻值,照度單位為勒克斯(lx)。小組成員先將照射光敏電阻的光調至某一照度,將電阻箱阻值調到最大,然后閉合開關S1,再將開關S2與1連接,調節電阻箱的阻值如圖乙所示時,通過電流表G的電流為I,最后將開關S2與2連接,當調節電阻箱的阻值如圖丙所示時,電流表的示數恰好也為I。(1)圖乙讀數R1=Ω,圖丙讀數R2=Ω,此照度下光敏電阻阻值R0=Ω。

(2)圖丁是該小組描繪出的光敏電阻的阻值隨照度變化的關系圖像,由圖丁可知(1)中的光照度為lx(保留2位有效數字)。

(3)此光敏電阻的阻值隨光照強度的減小而(填“增大”“不變”或“減小”)。

(4)小組設計了如圖戊所示的電路控制路燈,圖戊中R0為此實驗的光敏電阻,R1為滑動變阻器,電磁繼電器的銜鐵由軟鐵(容易磁化和消磁)制成,R2為電磁鐵的線圈電阻,K為單刀雙擲開關。若將K接a,當光照強度小到某一值時,銜鐵就會被吸下,交流電路接通,當光照強度大到某一值時,銜鐵就會被彈簧拉起,交流電路就會斷開,路燈熄滅,請在圖戊虛線框中用筆畫線連接電路實現這一功能。題組三溫控裝置5.【經典題】(2023河南安陽一中開學考試)如圖所示,某同學在實驗室找到熱敏電阻(溫度升高,阻值減小)、電爐絲、電源、電磁繼電器、滑動變阻器、開關和導線若干,想自己設計一個恒溫箱,要求溫度低于某一值時,電爐絲自動通電供熱,超過某一溫度時,又可以自動斷電。(1)F應該與(填“B”或“C”)連接。

(2)要使恒溫箱的溫度更高,滑動變阻器的滑片應向(填“左”或“右”)移動。

6.在溫度為10℃左右的環境中工作的自動恒溫箱簡圖如圖甲所示,箱內電阻R1=20kΩ,R2=10kΩ,R3=40kΩ,Rt為熱敏電阻,它的阻值隨溫度變化的圖像如圖乙所示。當a、b端電壓Uab<0時,電壓鑒別器會令開關S接通,恒溫箱內的電熱絲發熱,使箱內溫度升高;當Uab≥0時,電壓鑒別器使S斷開,停止加熱,恒溫箱內的溫度恒定在℃。

甲乙

答案與分層梯度式解析第五章傳感器3利用傳感器制作簡單的自動控制裝置基礎過關練1.D電磁繼電器是利用電流的磁效應工作的,發電機是利用電磁感應原理制成的,選項A錯誤;電磁鐵的磁性強弱和電流大小、線圈的匝數及有無鐵芯有關,選項B錯誤;由題圖可知電磁鐵工作時線圈中電流的方向,根據安培定則可知,電磁鐵工作時,上端為N極,選項C錯誤;當有人闖入保密室時會使開關S閉合,電磁鐵有磁性,吸引銜鐵向下移動,b燈所在電路接通,b燈亮,選項D正確。2.A門關上時,磁條與主機剛好靠在一起,此時報警器不工作,說明電路是斷開的;當主機開關閉合時,若門被打開,磁條與主機分離,主機內的觸發器就會工作,帶動報警器發出報警聲,說明此時觸發器內開關是閉合的,選項A正確。觸發器與磁條之間存在磁力的作用,所以觸發器不可能是銅制成的,因為銅沒有磁性,選項B錯誤。無論磁條哪個磁極靠近觸發器,都存在磁力作用,所以兩極對調后,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。3.BD日光充足時,電磁繼電器把銜鐵吸下,可知是控制電路的電流增大,光敏電阻R的阻值減小,A錯誤;增大光敏電阻所在電路的電源電動勢,控制電路電流增大,銜鐵不易被拉起,會減少路燈照明時間,B正確;LED路燈的數量不影響控制電路,若考慮蓄電池的容量,則并聯更多的LED路燈會更快地消耗電能,反而會減少路燈的照明時間,C錯誤;增大保護電阻R0的阻值,控制電路電流減小,會增大路燈照明時間,D正確。故選B、D。4.答案(1)232011201200(2)1.0(3)增大(4)圖見解析解析(1)根據題圖可知R1=2320Ω,R2=1120Ω;開關S2與1連接和與2連接時電流表的示數都為I,兩種情況下電路中電阻大小相等,所以R0=R1-R2=2320Ω-1120Ω=1200Ω。(2)根據R0的阻值,結合圖像可知(1)中的光照度為1.0lx。(3)根據圖線可知,此光敏電阻的阻值隨光照強度的減小而增大。(4)將線圈與光敏電阻并聯,然后與滑動變阻器以及電源串聯,這樣就可以實現題中要求的功能。當光照強度減小時,光敏電阻的阻值增大,并聯部分的分壓變大,線圈中的電流增大,螺線管的磁性增強,將銜鐵吸下,路燈接通;當光照強度增大時,光敏電阻阻值變小,并聯部分分壓變小,線圈中的電流減小,螺線管的磁性變弱,銜鐵彈起,路燈熄滅。如圖所示:5.答案(1)B(2)左解析(1)恒溫箱內的溫度低于標準溫度時,熱敏電阻阻值較大,電磁鐵中的電流較小,電磁鐵不吸引銜鐵,此時電爐絲要能與交流電源組成一個閉合回路,F應與B連接,這樣當銜鐵被松開時電爐絲就會工作。(2)要使恒溫箱溫度更高,自動斷電時熱敏電阻的阻值會更小一些,故應使滑動變阻器接入電路的阻值大一些,滑片應向左滑動。6.答案35解析根據圖甲求出當Uab=0時熱敏電阻的阻值,然后從圖乙中找出所對應的溫度。設電路路端電壓為U,當Uab=0時,有UR1R1+R2=UR3R3+Rt,代入數據解得Rt本章復習提升易混易錯練易錯點不了解傳感器的應用1.【多選題】(2021山東泰安期中)下列有關傳感器及其敏感元件的說法中正確的是()A.霍爾元件是能夠把磁感應強度轉換為電壓的一種磁傳感器B.光電鼠標利用了力傳感器C.電子秤稱量物體質量利用了力傳感器D.槍式測溫儀利用了溫度傳感器2.【多選題】傳感器在日常生活中有著廣泛的應用,它的種類多種多樣,性能也各不相同。以下有關傳感器的說法正確的是()A.圖1中辦公大樓的大門能“看到”人的到來或離開而自動開或關,應用的是光傳感器B.圖2中非觸摸式自動水龍頭(自動感應水龍頭)應用的傳感器是生物傳感器C.圖3中空調機在室內溫度達到設定的溫度后,會自動停止工作,空調機內實現這一功能的傳感器是溫度傳感器D.圖4中電熨斗能夠自動控制溫度的原因是它裝有雙金屬片溫度傳感器,能控制電路的通斷思想方法練程序法方法概述程序法,顧名思義,就是按照程序推進分析的方法,該方法在很多物理問題的分析中都非常有效?！径噙x題】(2022山東煙臺期中)溫控電路常用于恒溫箱、自動孵化器等,如圖所示為一溫控電路的工作原理圖,主要由電磁繼電器、熱敏電阻、滑動變阻器、電源、電爐絲、開關組成,其中P為銜鐵,K為金屬觸點,閉合開關S后,當溫度低于T1時,電爐絲自動通電供熱,當溫度超過T2時,又可以自動斷電。則下列說法中正確的是()A.該熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而增大B.該熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小C.要使T1升高,可將滑動變阻器的滑片向右移動D.要使T1升高,可將滑動變阻器的滑片向左移動

答案與分層梯度式解析第五章傳感器本章復習提升易混易錯練1.AC霍爾元件是能夠把磁感應強度轉換為電壓的一種磁傳感器,故A正確;光電鼠標利用了光傳感器,故B錯誤;電子秤稱量物體質量利用了力傳感器,故C正確;槍式測溫儀是根據人體輻射的紅外線來測溫的,沒有利用溫度傳感器,故D錯誤。2.ACD辦公大樓的大門能“看到”人的到來或離開而自動開或關,是由于人體會發出紅外線,當傳感器探測到人體發出的紅外線后,門會自動打開,應用的是光傳感器,故A正確;自動感應水龍頭的傳感器能根據接收的紅外線探測到人手的靠近和遠離,利用了光傳感器,故B錯誤;空調機在室內溫度達到設定的溫度后,會自動停止工作,這是因為空調機內有溫度傳感器,故C正確;電熨斗能夠自動控制溫度的原因是它裝有雙金屬片溫度傳感器,這種傳感器的作用是控制電路的通斷,原理是不同的金屬熱膨脹系數不同,故D正確。錯解分析產生錯誤的原因是對各種不同的敏感元件的特性不熟悉。對于生活中常見的傳感器應了解其工作原理,結合所學知識做進一步分析。思想方法練BC溫度超過T2時,電爐絲斷開連接,說明控制電路中電流增大,電磁繼電器把銜鐵吸下,故該熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小,選項A錯誤,B正確;當滑動變阻器的滑片向右移動時,熱敏電阻所在電路總電阻增大,總電流減小,需要更高的溫度才能使控制電路中有足夠大的電流,即T1升高,選項C正確;同理,當滑動變阻器的滑片向左移動時,T1降低,選項D錯誤。故選B、C。方法點津根據因果關系,從非電學量的變化入手,經過傳感器轉換為電阻,進一步引起電壓、電流等電學量的變化,應用程序法有利于理清具體過程,分析具體問題。第五章傳感器綜合拔高練五年高考練考點1常見的傳感器1.(2022北京,13)某同學利用壓力傳感器設計水庫水位預警系統。如圖所示,電路中的R1和R2,其中一個是定值電阻,另一個是壓力傳感器(可等效為可變電阻)。水位越高,對壓力傳感器的壓力越大,壓力傳感器的電阻值越小。當a、b兩端的電壓大于U1時,控制開關自動開啟低水位預警;當a、b兩端的電壓小于U2(U1、U2為定值)時,控制開關自動開啟高水位預警。下列說法正確的是()A.U1<U2B.R2為壓力傳感器C.若定值電阻的阻值越大,開啟高水位預警時的水位越低D.若定值電阻的阻值越大,開啟低水位預警時的水位越高考點2敏感元件與電學實驗綜合2.(2021廣東,12)某小組研究熱敏電阻阻值隨溫度的變化規律。根據實驗需要已選用了規格和量程合適的器材。(1)先用多用電表預判熱敏電阻阻值隨溫度的變化趨勢。選擇適當倍率的歐姆擋,將兩表筆,調節歐姆調零旋鈕,使指針指向右邊“0Ω”處。測量時觀察到熱敏電阻溫度越高,相同倍率下多用電表指針向右偏轉角度越大,由此可判斷熱敏電阻阻值隨溫度的升高而。

(2)再按圖連接好電路進行測量。①閉合開關S前,將滑動變阻器R1的滑片滑到端(選填“a”或“b”)。

將溫控室的溫度設置為T,電阻箱R0調為某一阻值R01。閉合開關S,調節滑動變阻器R1,使電壓表和電流表的指針偏轉到某一位置。記錄此時電壓表和電流表的示數、T和R01。斷開開關S。再將電壓表與熱敏電阻C端間的導線改接到D端,閉合開關S。反復調節R0和R1,使電壓表和電流表的示數與上述記錄的示數相同。記錄此時電阻箱的阻值R02。斷開開關S。②實驗中記錄的阻值R01R02(選填“大于”、“小于”或“等于”)。此時熱敏電阻阻值RT=。

(3)改變溫控室的溫度,測量不同溫度時的熱敏電阻阻值,可以得到熱敏電阻阻值隨溫度的變化規律。3.(2022重慶,11)某興趣小組研究熱敏電阻在通以恒定電流時,其阻值隨溫度的變化關系。實驗電路如圖所示,實驗設定恒定電流為50.0μA,主要實驗器材有:恒壓直流電源E、加熱器、測溫儀、熱敏電阻RT、可變電阻R1、電流表A、電壓表V。(1)用加熱器調節RT的溫度后,為使電流表的示數仍為50.0μA,須調節(選填一種給定的實驗器材)。當RT兩端未連接電壓表時,電流表示數為50.0μA;連接電壓表后,電流表示數顯著增大,須將原電壓表更換為內阻(選填“遠大于”“接近”“遠小于”)RT阻值的電壓表。

(2)測得RT兩端的電壓隨溫度的變化如圖所示,由圖可得溫度從35.0℃變化到40.0℃的過程中,RT的阻值隨溫度的平均變化率是kΩ·℃-1(保留2位有效數字)。

三年模擬練應用實踐1.(2023湖北孝感期中)利用電容傳感器可檢測礦井滲水及時發出安全警報,如圖所示是一種通過電容傳感器檢測礦井中液面高低的儀器原理圖,礦井水中摻有雜質可視為導電液體,根據該裝置,下列說法正確的是()A.水面升高,則電容器的相對介電常數變大B.水面升高,則電容器的兩極板之間的距離變大C.若G中有從a到b的電流,說明礦井出現滲水(h增加)D.G的示數小說明礦井水位低2.(2022浙江溫州二模)圖中光敏電阻RG沒有受到光照射(或光較暗)時,阻值較大;有光照射(或光較強)時,阻值較小。如圖所示,現利用該光敏電阻、低壓直流電源和電磁繼電器設計了自動控制電路,用于公路照明。下列說法正確的是()A.白天光照越強,電磁鐵的磁性越強B.白天流過R2的電流大于晚上流過R2的電流C.該電路能實現燈泡白天亮,晚上不亮的功能D.低壓直流電源的總功率晚上比白天的大3.(2022廣東廣州第五中學期末)某同學想通過實驗探究一個熱敏電阻的特性。甲乙丙(1)為探究熱敏電阻的特性,設計了如圖甲所示的電路,R0為電阻箱,R為熱敏電阻,開關S、S1、S2先斷開,滑動變阻器的滑片移到最(選填“左”或“右”)端。

(2)實驗時,溫控室的溫度為t0,先閉合S、S1,調節滑動變阻器的滑片,使電流表有合適的示數I0,然后斷開S1閉合S2,滑動變阻器的滑片不動,調節電阻箱R0的阻值R0=90Ω時,電流表的示數也為I0,則此溫度時該熱敏電阻阻值為Ω。多次改變溫控室的溫度,重復上述實驗過程,測得多組熱敏電阻在不同溫度t下對應的電阻值R,作出R-t圖像,如圖乙所示,則t0為℃。

(3)把這個熱敏電阻接入如丙圖所示的電路中,可以制成溫控報警器。已知電源電壓為9V,內阻r=2Ω,R2=50Ω;當圖中的電流表A達到或超過0.5A時,便觸發報警器(不影響溫控電路,圖中未畫出)報警。若要求開始報警時環境溫度為80℃,圖中R1阻值為Ω(保留2位有效數字)。

遷移創新4.(2023湖北高二聯考)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,按一定質量標準自動分揀為大蘋果和小蘋果。該裝置的托盤秤壓在一個以O1為轉動軸的杠桿上,杠桿末端壓在壓力傳感器R上,R的阻值隨壓力變化的關系如圖乙所示。調節托盤秤壓在杠桿上的位置,使質量等于分揀標準(0.15kg)的大蘋果經過托盤秤時,杠桿對R的壓力為1N。調節可調電阻R0,可改變R、R0兩端的電壓比,使質量等于分揀標準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的銜鐵,此電壓叫作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。(1)當大蘋果通過托盤秤時,R所受的壓力較大,電阻(填“較大”或“較小”)。

(2)自動分揀裝置正常工作時,大蘋果通過(填“通道A”或“通道B”)。

(3)若電源1的電動勢為5V,內阻不計,放大電路的激勵電壓為2V:①為使該裝置達到上述分揀目的,R0的阻值等于kΩ。(結果保留2位有效數字)

②某同學想在托盤秤壓在杠桿上的位置不變的情況下,利用一塊電壓表測出每個蘋果的質量,電壓表的示數隨蘋果質量的增大而增大,則電壓表應該并聯在(填“R”“R0”或“電源1”)兩端。

③若要提高分揀標準到0.33kg,僅將R0的阻值調為kΩ即可實現。(結果保留2位有效數字)(提示:托盤秤壓在杠桿上的位置不變的情況下,壓力傳感器受到的壓力與蘋果的質量成正比)

答案與分層梯度式解析第五章傳感器綜合拔高練五年高考練1.C由于低水位預警要求a、b兩端電壓大于U1,高水位預警要求a、b兩端電壓小于U2,可知水位越高時,即壓力傳感器的阻值越小時,a、b兩端電壓越低,而阻值越小,電路中電流越大,定值電阻兩端電壓越高,故R1是壓力傳感器,R2是定值電阻,且U1>U2,A、B均錯誤。假設恰好開啟水位預警,若此時定值電阻的阻值增大,則電路中電流會隨之減小,從而導致a、b兩端電壓變小,若想恢復原本電壓,則需增大傳感器電阻,即降低水位,C正確,D錯誤。2.答案(1)短接減小(2)①b②大于R01-R02解析(1)多用電表使用前,需進行歐姆調零,調零時需將紅黑表筆短接;多用電表表盤最右側為電阻零刻度線,故當指針向右側偏轉越大時,代表所測電阻越小。(2)①對于滑動變阻器的限流式接法,為保護電路,閉合開關前要使其接入電路的阻值最大,故應將滑動變阻器R1的滑片滑到b端。②兩次操作中電壓表和電流表的示數分別相等,根據歐姆定律,導線接C端時有U=I(R01+RA),導線接D端時有U=I(R02+RA+RT),則有R01+RA=R02+RA+RT,故R01大于R02,RT=R01-R02。3.答案(1)可變電阻R1遠大于(2)-1.2解析(1)電源E的電動勢不變,用加熱器調節RT的溫度后,整個回路的總電阻改變。要確保電流表的示數仍為50.0μA,需控制整個回路的總電阻不變,故需要調節的器材是可變電阻R1。RT兩端連接電壓表后,電流表示數顯著增大,說明電壓表與RT并聯后R總減小,由并聯電阻的關系,R并=RTRVRT+RV=R(2)由題圖可得溫度為35.0℃時RT兩端電壓為1.6V,實驗設定恒定電流為50.0μA,此時熱敏電阻的阻值RT1=1.6V50×10?6A=32kΩ;溫度為40.0℃時RT兩端電壓為1.3V,此時熱敏電阻的阻值RT2=1.3V50×10?6A=26kΩ,所以溫度從35.0℃變化到40.0℃的過程中,RT的阻值隨溫度的平均變化率是k=ΔRTΔ三年模擬練1.C由題意可知,金屬芯線和導電液體相當于電容器的兩極。電容器的相對介電常數由材料決定,與液面高度無關,A錯誤;水面