新教材2024高中物理第五章传感器5.3利用传感器制作简单的自动控制装置同步测试新人教版选择性必修第二册

第五章传感器3利用传感器制作简洁的自动限制装置【基础巩固】1.下图为用电源、电磁继电器、滑动变阻器、绿灯泡、小电铃、负温度系数的热敏电阻、开关、导线等组成的一个高温报警器的电路图,正常状况绿灯亮,温度超过设定值时电铃报警.图中甲、乙、丙分别是 ()A.小电铃、热敏电阻、绿灯泡B.绿灯泡、热敏电阻、小电铃C.热敏电阻、小电铃、绿灯泡D.热敏电阻、绿灯泡、小电铃解析:甲所在电路应为限制电路,甲为热敏电阻;热敏电阻温度上升时,电阻减小,电路电流增大,继电器工作,衔铁被吸下,乙被接通,乙是小电铃;正常状况,热敏电阻温度低、电阻大,限制电路电流小,丙接通,丙应是绿灯泡.答案:C2.(多选)某同学设计的家庭电路爱护装置如图所示.铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成.当右侧线圈L2中产生电流时,电流经放大器放大后,使电磁铁吸起铁质开关K,从而切断家庭电路.仅考虑L1在铁芯中产生的磁场,下列说法正确的有 ()A.家庭电路正常工作时,穿过L2的磁通量为0B.家庭电路中运用的用电器增多时,穿过L2的磁通量不变C.家庭电路发生短路时,开关K将被电磁铁吸起D.地面上的人接触火线发生触电时,开关K将被电磁铁吸起解析:当家庭电路正常工作时,电流经火线流入用电器,再经零线流回.由于火线和零线并行绕在铁芯左侧,火线和零线中的电流反向,合磁通量为0,故选项A、B正确.短路后,火线和零线中电流仍旧等大、反向,穿过铁芯的磁通量为0,开关不会被电磁铁吸起,选项C错误.当地面上的人触电时,火线中的电流经人体流入大地,绕在铁芯左侧的零线中的电流小于和它并行的火线中的电流,穿过铁芯的磁通量发生改变,L2产生感应电流,电流经放大器放大后,使电磁铁吸起铁质开关K,从而切断家庭电路,选项D正确.答案:ABD3.传感器担负着信息采集的任务,在自动限制中发挥着重要作用,传感器能够将感受到的物理量(如温度、光、声等)转换成便于测量的量(通常是电学量),例如温度传感器,主要应用了半导体材料制成的热敏电阻,热敏电阻阻值随温度改变的图线如图甲所示,图乙是用热敏电阻R1作为传感器制作的简洁自动报警器原理图.甲乙(1)为了使温度过高时报警器报警,开关应接在(选填“a”或“b”)处.

(2)若使启动报警的温度提高些,则应将滑动变阻器的滑片P向(选填“左”或“右”)移动.

解析:(1)由题图乙可知,温度过高时,热敏电阻阻值较小,通电螺线管的磁性增加,将与弹簧相连的金属导体向左吸引,要使报警器所在电路接通并报警的话,开关应接在a处.(2)要实现温度更高时,即热敏电阻阻值更小时才将报警器电路接通,应当将滑动变阻器连入电路的阻值调大,即P向左移动.答案:(1)a(2)左4.一台臭氧发生器的电阻为10kΩ,当供电电压等于24V时能产生臭氧,否则不产生臭氧.现要用这种臭氧发生器制成自动消毒装置,要求它在有光照时能产生臭氧,在黑暗时不产生臭氧.拟用一个光敏电阻R1对它进行限制,R1的阻值在有光照时为100Ω,黑暗时为1000Ω,允许通过的最大电流为3mA;电源的电动势E为36V,内阻不计;另有一个滑动变阻器R2,阻值为0~100Ω,允许通过的最大电流为0.4A;一个开关S和导线若干.臭氧发生器和光敏电阻R1的符号如图所示.设计一个满意上述要求的电路图,图中各元件要标上字母代号,其中滑动变阻器两固定接线柱端分别标上字母A、B.(电路图画在虚线框内)解析:臭氧发生器有光照时能产生臭氧,黑暗时不产生臭氧,而光敏电阻有光照时电阻小,无光照时电阻大,可以利用光敏电阻与之串联,调整臭氧发生器两端的电压.由于臭氧发生器正常工作须要的电压为24V,若电路中无其他电阻,光敏电阻阻值最大时,臭氧发生器两端电压仍大于24V,需将滑动变阻器接成分压式接入电路,电路图如图所示.答案:见解析图.【拓展提高】5.(2024·全国高三课时练习)图甲为一种家用门磁防盗报警器,由磁条和主机组成,门窗均可运用.图乙为其简化示意图,安装时,将磁条固定在门框上,主机安装在与其等高的门板边缘,门关上时,两者刚好靠在一起.当主机开关闭合时,若门被打开,磁条与主机分别,主机内的触发器就会工作,带动报警器发出报警声.下列说法正确的是 ()甲乙A.触发器内是一个开关,当主机与磁条靠近时,开关是断开的B.触发器可以由铜制成C.磁条的两极对调后,该报警器不能正常工作D.本装置是利用电流的磁效应工作的解析:门关上时,磁条与主机刚好靠在一起,此时报警器不工作,说明电路是断开的;当主机开关闭合时,若门被打开,磁条与主机分别,主机内的触发器就会工作,带动报警器发出报警声,说明此时触发器内开关是闭合的,选项A正确;触发器与磁条之间存在磁力的作用,所以触发器不行能是铜制成的,选项B错误;无论磁条哪个磁极靠近触发器,都存在磁力作用,所以两极对调后,该报警器仍能正常工作,选项C错误;本装置是利用磁体能够吸引磁性物体的特点工作的,选项D错误.答案:A6.电饭煲的工作原理如图所示,可分为两部分:限制部分,由S2、R1和黄灯组成;工作(加热)部分,由发热电阻R3、R2和红灯组成.S1是一个磁钢限温开关,手动闭合,当此开关的温度达到居里点(103℃)时,自动断开,且不能自动复位(闭合).S2是一个双金属片自动开关,当温度达到70~80℃时,自动断开,低于70℃时,自动闭合.红灯、黄灯是指示灯,通过它们的电流必需较小,所以R1、R2起作用,R3是发热电阻,由于煮饭前温度低于70℃,所以S2是(选填“断开的”或“闭合的”).接通电源并闭合S1后,黄灯不亮红灯亮,R3发热,当温度达到70~80℃时,S2断开,当温度达到103℃饭煮熟时,S1断开,当温度降到70℃以下时,S2闭合,电饭煲处于保温状态.由以上描述可知R2(选填“<”“=”或“>”)R3,若用电饭煲烧水,直到水被烧干S1才会断开,试说明此现象.

解析:R1、R2的作用是限流,防止指示灯因电流过大而烧毁,S2是自动限制温度的开关,当温度低于70℃时自动闭合,当温度达到70~80℃时又自动断开,由于R3的功率较大,R2>R3.当温度达到103℃时S1才自动断开,而标准大气压下水的沸点为100℃,因此用电饭煲烧水时,直到水被烧干S1才会断开.答案:限流闭合的>说明见解析.7.图甲为一测量光敏电阻特性的试验电路,电源电压恒定,电流表内阻不计,开关闭合后,调整滑动变阻器滑片,使小灯泡发光渐渐增加,测得流过光敏电阻的电流和光照强度的关系曲线如图乙所示.甲乙某同学依据光敏电阻的这一特性设计的路灯自动限制电路如图所示,请简要说明该电路是如何对路灯实现自动限制的.答案:由光敏电阻的特性曲线可以看出,当光照增加时,光敏电阻的阻值减小,流过光敏电阻的电流增大.由题中电路可