课时跟踪检测（十七） 科学制作：简单的自动控制装置

课时跟踪检测（十七）科学制作：简单的自动控制装置1.在电喷汽车的进气管道中，广泛地使用着一种叫作“电热丝式空气流量传感器”的部件，其核心部分是一种用特殊的合金材料制作的电热丝。如图所示，当进气管道中的冷空气流速越大时，电阻R两端电压U0就越高，反之，电压U0就越低。这样，管道内空气的流量就转变成了可以测量的电压信号，便于汽车内的电脑系统实现自动控制。如果将这种电热丝从汽车的进气管道中取出，在实验室中测量它的伏安特性曲线，得到结果正确的是()解析：选D由题意知，当进气管道中的冷空气流速越大时，电阻R两端电压U0就越高，电热丝是热敏电阻，温度越低，电阻越小，则知温度越高，电热丝电阻越大，而IU图线上任意一点与原点连线的斜率等于电阻的倒数，电压和电流增大时，电热丝的温度升高，电阻增大，I­U图线上的点与原点连线斜率的倒数就越小，故D正确。2．如图为利用光敏电阻设计的行人监控装置原理图。R1为光敏电阻，光敏阻值随光照减弱而增大，R2为定值电阻，A、B接监控器，监控器在电路中的作用相当于一个定值电阻，电源电压不变。当有人走过通道，光线受到遮挡时，加在监控器上的电压将________(选填“增大”“减小”或“不变”)，通过R1的电流将________(选填“增大”“减小”或“不变”)。解析：由题图可知，监控器与R2并联后与R1串联，当光线受到遮挡时，R1电阻增大，则电路中总电阻增大，总电流减小，由于并联部分电阻不变，故加在监控器上的电压减小。答案：减小减小3.如图所示是继电器的原理图，当在接线柱2、3间接入电源时，电磁铁便将衔铁P吸离A而与B接触，从而达到控制电路的目的，接线柱________与接有电源的负温度系数的热敏电阻串接，接线柱________与外电路串接，即可在温度过高时切断外电路，实现对外电路的自动控制。解析：A为常闭触点，正常情况下与衔铁P相吸；B为常开触点，正常情况下与衔铁P分离，因此，接线柱1、5与外电路相连，以便加热。当温度越来越高时，电磁铁将衔铁P吸下，切断电路。所以，接线柱2、3应与接有电源的负温度系数的热敏电阻相连。答案：2、31、54．现有热敏电阻、电炉丝、电源、电磁继电器、滑动变阻器、开关和导线若干，如图所示，试设计一个温控电路。要求温度低于某一温度时，电炉丝自动通电供热，超过某一温度时，又可以自动断电，画出电路图并说明工作过程。解析：热敏电阻RT与滑动变阻器及电磁继电器构成低压控制电路。(1)电路图如图所示(2)工作过程：闭合S1，当温度低于设计值时，热敏电阻阻值大，通过电磁继电器的电流不能使它工作，S2接通，电炉丝加热，当温度达到设计值时，热敏电阻阻值减小到某值，通过电磁继电器的电流达到工作电流，S2断开，电炉丝断电，停止供热。当温度低于设计值时，又重复上述过程。答案：见解析5．用压敏电阻可制成压力传感器，它受到的压力越大，输出的电压就越大，用它可以对汽车称重。经实测，某压力传感器输出电压与力的关系式为U＝eq\f(5,6)×10－5F，将该压力传感器水平放置，并和电阻箱R′(最大电阻999.9Ω)及部分其他器材组成了如图所示的电路，闭合开关S，当线圈中的电流I≥20mA时，电磁继电器的衔铁被吸合。已知继电器线圈的电阻为30Ω，继电器控制电路的电压由传感器的输出电压U提供。(假设U不受继电器电路影响)(1)当压力增加到一定程度时，电铃报警，说明汽车超载，则图中电铃应接在________(选填“A、B”或“C、D”)两端。(2)为使车重G≥3.6×105N时启动报警系统，则电阻箱R′的电阻应调节到________Ω。(3)通过调整电阻箱R′的阻值，可以调整报警车重，能使该装置报警的最小车重为________N。解析：(1)当压力增大到一定程度时，压力传感器输出电压达到一定数值，线圈中电流大于或等于20mA时，电磁继电器的衔铁被吸合，C、D间的电路就会被接通，因此电铃应接在C、D之间。(2)当F＝3.6×105N时，由U＝eq\f(5,6)×10－5F，可得U＝3V，而使得电磁继电器的衔铁被吸合的最小电流为20mA，故电路总电阻R总＝eq\f(3.0,0.02)Ω＝150Ω，所以电阻箱接入电路的阻值R′＝R总－R线＝150Ω－30Ω＝120Ω。(3)因为使电磁继电器衔铁被吸合的最小电流I＝20mA＝0.02A，继电器线圈的电阻R线＝30Ω，所以要使该装置报警，压力传感器输出的电压最小值为U最小＝IR线＝0.02A×30Ω＝0.6V，由公式可知，输出电压为0.6V时，对应的压力为7.2×104N。答案：(1)C、D(2)120(3)7.2×1046．如图甲所示为某同学设计的电子秤原理图，其中E是电动势为3V的电源(内阻不计)，A是电流表(在设计中计划被改成电子秤的示数表盘)，R0是阻值为5Ω的定值电阻，R是一根长为6cm、阻值为15Ω的均匀电阻丝。c是一根金属弹簧(电阻不计)，其压缩量ΔL与所受压力F之间的关系如图乙所示，c顶端连接有一个塑料盘。制作时调整弹簧的位置，使之不称重物时滑片P刚好在电阻丝的a端。(计算中g取10m/s2)(1)当电流表示数为0.3A时，所称重物的质量为________；(2)该设计中使用的电流表的量程最小为________，该电子秤的称量范围为________；(3)由电流表的表盘改制成的电子秤示数盘有哪些特点？(请至少写出两个)______________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)当电流表示数为0.3A时，根据闭合电路欧姆定律得R＝eq\f(E,I)－R0＝5Ω，R是一根长为6cm、阻值为15Ω的均匀电阻丝，则滑片P向下移动的距离为2cm，即弹簧的压缩量为2cm，由题图乙可以读出此时电子秤的读数为20N，则所称重物的质量为2kg。(2)当不称重物时，滑片P刚好处于a端，电路中电流最大为Im＝eq\f(E,R0)＝eq\f(3,5)A＝0.6A，故该设计中使用的电流表的量程最小为0～0.6A。当滑片P滑到b端时，电子秤的称量示数最大，此时弹簧的压缩量为6cm，结合题图乙可知此时所放重物的重力为60N，所以重物的质量为6kg，即电子秤的称量范围是0～6kg。(3)由R＝eq\f(E,I)－R0知，R与I不是成反比，所以将电流表的表盘改制成的电子秤示数盘刻度不均匀，与电流是反刻度，左大右小；因为电路中电流不会为零，则刻度盘最左侧部分区域无刻度。答案：(1)2kg(2)0～0.6A0～6kg(3)刻度不均匀，左大右小；刻度盘最左侧部分区域无刻度7．电控调光玻璃能根据光照强度自动调节玻璃的透明度，将光敏电阻Rx和定值电阻R0接在9V的电源上，电源内阻不计，光敏电阻阻值随光强变化关系如表所示。光强E/cd12345光敏电阻Rx阻值/Ω18963.6已知“光强”是表示光强弱程度的物理量，符号为E，单位是坎德拉(cd)。(1)当光照强度为4坎德拉(cd)时光敏电阻Rx的阻值大小为________Ω。(2)电控调光玻璃的原理是光照增强，光敏电阻Rx阻值变小，施加于玻璃两端的电压降低，玻璃透明度下降，反之则玻璃透明度上升。若电源电压不变，R0是定值电阻，则下列电路图中符合要求的是________(填序号)。(3)现已知定值电阻R0为12Ω，用电压表测得光敏电阻两端的电压为3V，则此时光照强度为多少？解析：(1)由题表数据可知，光敏电阻Rx阻值与光强E的乘积均为18Ω·cd，则当E＝4cd时，光敏电阻的阻值Rx＝eq\f(18Ω·cd,4cd)＝4.5Ω。(2)由题意可知，光敏电阻Rx与定值电阻R0串联，光照增强时，光敏电阻Rx阻值减小，电路中的总电阻减小，由I＝eq\f(U,R)可知，电路中的电流增大，由U＝IR可知，R0两端的电压增大，所以Rx两端的电压减小，反之，光照减弱时，光敏电阻Rx阻值增大，R0两端的电压减小，Rx两端的电压增大，则玻璃并联在R0两端时不符合要求，玻璃并联在Rx两端时符合要求，故A错误，C正确；若玻璃与电源并联，光照变化时，玻璃两端的电压始终保持不变，故B、D错误。(3)当R0＝12Ω，光敏电阻两端的电压Ux＝3V时，R0两端的电压U0＝U－Ux＝9V－3V＝6V，因串联电路中各处的电流相等，所以电路中的电流I＝eq\f(U0,R0)＝eq\f(Ux,Rx′)，即eq\f(6V,12Ω)＝eq\f(3V,Rx′)，解得Rx′＝6Ω，此时光照强度E′＝eq\f(18Ω·cd,6Ω)＝3cd。答案：(1)4.5(2)C(3)3cd8．(1)某学习小组测得某热敏电阻阻值随温度变化的数据如下表，在如图甲所示的坐标纸上画出该热敏电阻阻值随温度变化的曲线。次数12345678温度t/℃1015203040506080电阻R/Ω60040030020014012010080(2)某同学将该热敏电阻接在如图乙所示的电路中测量水温，已知电源电动势E＝8V，内阻不计；G为灵敏电流计，其内阻为Rg且保持不变；R为热敏电阻。当水温为15℃时，电流计示数为10mA；当电流表示数为14mA时，水温是________。解析：(1)根据表中实验数据在坐标系内描出对应点，然后作出图像，图像如图所示。(2)由R-t图像可知，温度为15℃时，热敏电阻阻值为400Ω，则电流表内阻Rg＝eq\f(E,I)－R＝400Ω，电路电流为14mA时，热敏电阻阻值R′＝eq\f(E,I′)－Rg＝171Ω，由R-t图像可知，此时水温为34℃。答案：(1)见解析图(2)34℃(32℃～36℃均可)9．(2022·河北高考)某物理兴趣小组利用废弃电饭煲的部分器材自制简易电饭煲，设计电路如图1所示，选用的器材有：限温开关S1(手动将其按下，开始持续加热煮饭，当锅内温度高于103℃时自动断开，之后不能自动闭合)；保温开关S2(当锅内温度高于80℃时自动断开，温度低于70℃时自动闭合)；电饭煲的框架(结构如图2所示)。自备元件有：加热电阻丝R(阻值为60Ω，用于加热煮饭)；限流电阻R1和R2(阻值均为1kΩ)；指示灯L1和L2(2.5V,0.6W，当电流低于30mA时可视为熄灭)；保险丝T。(1)按照兴趣小组设计的电路，下列说法正确的是________(多选)。A．按下S1，L1和L2均发光B．当锅内温度高于103℃时，S1自动断开，L1和L2均发光C．保温过程中，S2自动在闭合、断开状态之间交替切换D．当锅内温度低于70℃时，S2自动闭合，L1发光，L2熄灭(2)简易电饭煲制作完成后，试用时L1始终不亮，但加热和保温功能均正常。在不增加元件的前提下，断开电源，使用多用电表判断发生故障的元件。下列操作步骤的正确顺序是________(填写各步骤前的字母)。A．将选择开关旋转到“×100”位置B．将两支表笔直接接触，调节“欧姆调零旋钮”，使指针指向欧姆零点C．调整“指针定位螺丝”，使指针指到零刻度D．测量指示灯L1两端的阻值E．将选择开关置于OFF位置或交流电压最高挡操作时，将多用电表两表笔与L1两端接触，若指针如图3所示，可判断是________断路损坏；若指针如图4所示，可判断是________断路损坏。(用电路中的元件符号表示)解析