《第三节 用传感器制作自动控制装置》（同步训练）高中物理选择性必修 第二册-2024-2025学年

《第三节用传感器制作自动控制装置》同步训练(答案在后面)一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、在设计自动控制装置时，如果希望当环境温度超过一定阈值时启动冷却系统，应该选用哪种类型的传感器？A.光敏电阻B.温度传感器C.湿度传感器D.声音传感器2、在使用光电传感器制作自动门控制系统时，为了确保行人安全，防止门在有人通过时关闭，应如何设置光电传感器？A.将传感器安装在门的上方，当检测到物体时门关闭B.将传感器安装在门的下方，当检测到物体时门开启C.将传感器安装在门的两侧，当检测到物体时门保持打开状态D.将传感器安装在门的上方，当检测不到物体时门关闭3、以下哪种传感器最适合用于制作自动控制装置中的温度检测模块？A.红外线传感器B.光敏电阻C.压力传感器D.金属温度计4、在制作自动控制装置时，以下哪种传感器可以实现远程信号传输？A.光电传感器B.热释电传感器C.无线传感器D.有线传感器5、当代自动控制装置中，常用的温度传感器类型为：A、光电传感器B、热敏电阻C、霍尔传感器D、压电传感器6、在建筑自动化系统中，水位传感器主要用于：A、检测室内光线强度B、检测室内温度C、检测水池、水箱的水位D、检测人体的存在7、在制作自动控制装置时，以下哪种传感器最适合用来检测温度变化？（）A、光电传感器B、压力传感器C、温度传感器D、光纤传感器二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、关于光敏电阻和热敏电阻，下列说法正确的是()A.光敏电阻能把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量B.热敏电阻能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量C.光敏电阻和热敏电阻的阻值随光照增强和温度升高而减小D.光敏电阻和热敏电阻的阻值随光照减弱和温度升高而增大2、下列关于传感器的说法正确的是()A.给货车称重的地磅使用了光传感器B.酒店大厅的自动门使用了力传感器C.空调控温系统使用了温度传感器D.夜间自动打开的路灯使用了红外线传感器3、在设计一个使用光敏电阻作为主要元件的自动照明控制系统时，下列哪些因素需要考虑以确保系统的有效性和可靠性？A.光照强度的变化范围B.环境温度对光敏电阻的影响C.控制电路的响应时间D.电源电压的稳定性E.灯具的功率和类型三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题一、设计题请根据以下要求设计一个自动控制装置，并简要说明其工作原理：要求：1.该装置能够实现一个物体在水平面上往返运动，当物体到达一端时能够自动改变运动方向。2.装置的控制系统应使用传感器进行监测和反馈，从而实现自动控制。3.装置应具有简单的机械结构，便于搭建和操作。第二题题目：用传感器制作的自动控制装置在生产和生活中有着广泛的应用。以温湿度传感器为例，分析一个使用温湿度传感器的自动控制装置的设计方案，并解释其工作原理。要求：1.该装置的用途。2.设计一个简易的自动控制装置，并简要说明其工作过程。3.讨论这个自动控制装置的优点和可能存在的问题。第三题题目描述：在以下几种情况下，分析传感器在工作过程中的响应情况，并说明其对自动控制装置工作的影响：1.一个红外传感器用于自动控制门的开启与关闭。在正常情况下，当有人经过门前时，红外传感器内置的光敏元件会检测到人体发出的红外线，从而控制门的开关。假设以下三种情况发生：红外传感器的光敏元件受到污染；红外传感器的设置角度过高，导致无法有效检测到接近门前的人员；红外传感器的电源电压不稳定。请分析上述三种情况下红外传感器的工作状态及其对自动控制门工作的影响。2.一款压力传感器用于监测一个水箱中的水位。水箱中的水位变化会导致压力传感器的输出电压发生变化，从而控制水泵的启动与停止。假设以下两种情况发生：压力传感器的零点漂移，导致在未加压时输出电压不为零；压力传感器的灵敏度降低，无法在水位变化很小的情况下产生显著的电压输出。请分析上述两种情况下压力传感器的工作状态及其对自动控制水泵工作的影响。第四题题目：智能家居系统中常常用到各种传感器来实现自动控制。比如，通过红外线传感器来检测室内是否有人，从而控制灯光和空调的开关。现在，请你设计一个基于温度传感器和湿度传感器的自动浇花系统。要求：1.当室内温度高于30℃或湿度低于20%时，系统自动启动浇水装置。2.当室内温度低于25℃且湿度高于40%时，系统自动停止浇水装置。3.系统需要有一个指示灯来显示当前是否正在浇水。请画出系统的简单框图，并简要说明各部分的作用。第五题题目背景随着科技的发展，传感器的应用越来越广泛，它们在自动控制领域扮演着重要的角色。一个典型的例子是在智能家居系统中的应用，比如通过温度传感器来控制空调的开关，从而达到节能和提高生活舒适度的目的。题目描述设计一个简单的自动温控系统，该系统使用温度传感器检测室内温度，并根据设定的阈值自动开启或关闭空调。假设温度传感器的输出电压与温度成正比，即每增加1℃，传感器输出电压增加5mV。当室内温度高于30℃时，空调自动开启；当室内温度降至28℃以下时，空调自动关闭。已知空调的启动和停止由继电器控制，继电器的动作电压范围为3-5V。任务：1.绘制该自动温控系统的框图，包括温度传感器、信号处理电路、比较器、继电器和空调等组件。2.计算当室内温度分别为28℃和30℃时，温度传感器的输出电压是多少？3.如果信号处理电路的作用是将传感器的输出电压放大10倍后送入比较器，那么在室内温度为28℃和30℃时，比较器接收到的电压分别是多少？4.假设比较器的参考电压设置为使空调在室内温度达到30℃时开启，在28℃时关闭，请确定比较器的参考电压值。《第三节用传感器制作自动控制装置》同步训练及答案解析一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、在设计自动控制装置时，如果希望当环境温度超过一定阈值时启动冷却系统，应该选用哪种类型的传感器？A.光敏电阻B.温度传感器C.湿度传感器D.声音传感器答案：B解析：此题考查的是根据需求选择合适的传感器。题目中提到需要监控环境温度并作出反应，因此最合适的传感器是温度传感器。光敏电阻用于检测光线强度，湿度传感器用于测量空气中的水分含量，声音传感器则用于捕捉声音信号，这些都不符合题目要求。2、在使用光电传感器制作自动门控制系统时，为了确保行人安全，防止门在有人通过时关闭，应如何设置光电传感器？A.将传感器安装在门的上方，当检测到物体时门关闭B.将传感器安装在门的下方，当检测到物体时门开启C.将传感器安装在门的两侧，当检测到物体时门保持打开状态D.将传感器安装在门的上方，当检测不到物体时门关闭答案：C解析：本题考察的是光电传感器的应用场景以及安全考虑。为了保障行人的安全，正确的做法是在门的两侧安装光电传感器。当有行人经过时，传感器能检测到人体的存在，并使门保持开启状态，直到确认没有人后才允许门关闭，这样可以避免夹伤行人的情况发生。选项A和D可能导致行人受伤，而B选项虽然可以让门在检测到物体时开启，但不能有效保证门在行人完全通过前一直保持开放。因此，正确答案为C。3、以下哪种传感器最适合用于制作自动控制装置中的温度检测模块？A.红外线传感器B.光敏电阻C.压力传感器D.金属温度计答案：D解析：金属温度计可以直接测量温度，适合用于自动控制装置中的温度检测模块。红外线传感器用于检测物体的温度，但不直接显示温度值；光敏电阻用于检测光强度，与温度无关；压力传感器用于检测压力变化，也与温度无关。因此，选择D项。4、在制作自动控制装置时，以下哪种传感器可以实现远程信号传输？A.光电传感器B.热释电传感器C.无线传感器D.有线传感器答案：C解析：无线传感器可以实现信号的远程传输，无需物理连接线缆，非常适合用于需要移动或远程监控的自动控制装置。光电传感器主要用于检测光的有无和强度；热释电传感器用于检测温度变化；有线传感器需要通过物理连接线缆进行信号传输，不适合远程应用。因此，选择C项。5、当代自动控制装置中，常用的温度传感器类型为：A、光电传感器B、热敏电阻C、霍尔传感器D、压电传感器答案：B解析：热敏电阻是一种利用电阻值随温度变化而变化的特性来检测温度的传感器，广泛应用于自动控制装置中。光电传感器主要用于光强度的检测，霍尔传感器主要用于磁场强度的检测，而压电传感器主要用于力和压力的检测。6、在建筑自动化系统中，水位传感器主要用于：A、检测室内光线强度B、检测室内温度C、检测水池、水箱的水位D、检测人体的存在答案：C解析：水位传感器用于检测液体容器内水面的位置，常用于监控水池、水箱等设备中的水位变化情况，以此实现自动化控制。选项A涉及到的是光传感器的应用，选项B对应的是温度传感器，选项D则是红外或超声波传感器的应用。7、在制作自动控制装置时，以下哪种传感器最适合用来检测温度变化？（）A、光电传感器B、压力传感器C、温度传感器D、光纤传感器答案：C解析：温度传感器是一种将温度信号转换为电信号的装置，非常适合用于检测温度变化，从而实现对环境的自动控制。光电传感器适用于检测光的变化，压力传感器适用于检测压力的变化，光纤传感器则通常用于光线传输的检测，它们均不适用于直接检测温度变化。因此，正确答案是C、温度传感器。二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、关于光敏电阻和热敏电阻，下列说法正确的是()A.光敏电阻能把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量B.热敏电阻能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量C.光敏电阻和热敏电阻的阻值随光照增强和温度升高而减小D.光敏电阻和热敏电阻的阻值随光照减弱和温度升高而增大答案：A；B解析：光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小，能把光照强弱变化转化为电阻大小的变化；热敏电阻能把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，故A、B正确，C、D错误.2、下列关于传感器的说法正确的是()A.给货车称重的地磅使用了光传感器B.酒店大厅的自动门使用了力传感器C.空调控温系统使用了温度传感器D.夜间自动打开的路灯使用了红外线传感器答案：C；D解析：给货车称重的地磅使用了力传感器，故A错误；酒店大厅的自动门使用了光传感器，故B错误；空调控温系统使用了温度传感器，故C正确；夜间自动打开的路灯使用了红外线传感器，故D正确.3、在设计一个使用光敏电阻作为主要元件的自动照明控制系统时，下列哪些因素需要考虑以确保系统的有效性和可靠性？A.光照强度的变化范围B.环境温度对光敏电阻的影响C.控制电路的响应时间D.电源电压的稳定性E.灯具的功率和类型【答案】A,B,C,D,E【解析】设计一个基于光敏电阻的自动照明控制系统时，需要综合考虑多个因素以保证系统能够正常工作并满足需求。选项A中光照强度的变化范围直接影响到光敏电阻的阻值变化，从而影响控制信号的准确性；选项B指出环境温度的变化可能会导致光敏电阻的特性发生变化，影响系统的稳定性；选项C提到控制电路的响应时间对于实现快速准确的照明控制至关重要；选项D强调了电源电压的稳定性对于保持系统正常运行的重要性；而选项E则涉及到灯具的选择，不同的灯具功率和类型可能需要不同的启动时间和电流，这也会影响整个系统的性能。因此，所有选项都是设计该系统时需要考虑的因素。三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题一、设计题请根据以下要求设计一个自动控制装置，并简要说明其工作原理：要求：1.该装置能够实现一个物体在水平面上往返运动，当物体到达一端时能够自动改变运动方向。2.装置的控制系统应使用传感器进行监测和反馈，从而实现自动控制。3.装置应具有简单的机械结构，便于搭建和操作。答案：一、设计思路：1.首先，设计一个简单的机械结构，使得物体在水平面上能够往返运动。例如，可以使用滑轮和绳子系统，使物体通过绳子在滑轮上往返运动。2.其次，选择一个合适的传感器，用于监测物体的位置和运动状态。在本题中，可以选择光电传感器，通过检测物体是否通过某个特定位置来实现自动控制。3.设计一个控制系统，当物体通过光电传感器时，控制系统会根据物体的位置和运动状态来控制机械结构的运动方向。二、具体设计：1.机械结构：设计一个简单的滑轮和绳子系统，使物体能够在水平面上往返运动。可以使用一根固定在水平面的长杆作为滑轮，另一端连接一个可移动的物体。2.传感器：选择一个光电传感器，将其安装在机械结构的合适位置，用于监测物体的位置。当物体通过光电传感器时，传感器会输出一个信号。3.控制系统：设计一个控制系统，包括一个微控制器和一组执行机构。微控制器用于接收传感器的信号，并根据信号来控制执行机构的动作。执行机构可以是电机或气缸，用于改变物体的运动方向。解析：1.该自动控制装置通过滑轮和绳子系统实现物体的往返运动，光电传感器用于监测物体的位置和运动状态。2.当物体通过光电传感器时，控制系统会根据物体的位置和运动状态来控制执行机构的动作，从而实现物体运动方向的改变。3.该设计具有简单的机械结构，便于搭建和操作，且使用了传感器实现自动控制，具有一定的实用价值。第二题题目：用传感器制作的自动控制装置在生产和生活中有着广泛的应用。以温湿度传感器为例，分析一个使用温湿度传感器的自动控制装置的设计方案，并解释其工作原理。要求：1.该装置的用途。2.设计一个简易的自动控制装置，并简要说明其工作过程。3.讨论这个自动控制装置的优点和可能存在的问题。答案与解析：1.装置用途：设计一个能够自动控制室内温湿度的装置，通过监测温湿度的变化，自动调节空调或加湿器、除湿器的工作状态，以维持一个适宜的生活环境。2.设计方案及工作过程：设计的自动控制装置包括温湿度传感器、微控制器（如Arduino）、执行器（如空调控制模块、加湿器控制模块、除湿器控制模块）、显示屏等。温湿度传感器安装在合适的位置，用于实时监测环境的温湿度；微控制器连接传感器，接收并处理传感器传输的数据；根据温度和湿度的设定值，微控制器通过通讯接口控制相应的执行器进行动作。当检测到室内湿度过高时，微控制器发出指令，启动除湿器；当检测到室内湿度过低时，微控制器发出指令，启动加湿器；同理，当检测到室内温度过高时，微控制器发出指令，启动空调的制冷模式；当检测到室内温度过低时，微控制器发出指令，启动空调的制热模式。微控制器还能够将监测到的数据显示在屏幕上，便于用户了解当前情况。3.优点与问题：优点：实时性：自动控制装置能够实时监控室内环境的温湿度，并迅速做出响应。节能：自动控制装置能够合理调整空调、加湿器和除湿器的工作状态，避免了不必要的能耗，提高了能源利用率。提高舒适度：通过自动调节室内温湿度，用户可以享受到更为舒适的生活环境。可能存在的问题：传感器误差：温湿度传感器可能会存在一定的误差，导致自动控制装置的判断不完全准确。可以通过多传感器冗余或算法优化减少误差。响应时间：由于传感器的采样频率和控制器计算时间的影响，有时候自动控制装置的响应可能会稍有延迟，在极端情况下可能影响用户感受。维护成本：自动控制装置需要定期进行维护和校准，确保传感器和执行器的正常工作。维护成本可能相对较高。安全性：控制装置的操作和参数设置需要合理设计以避免误操作，如设定的温度和湿度超过实际允许范围。解析：此题考查学生对自动控制系统的工作原理以及如何设计一个自动控制装置应用传感器的知识掌握情况。根据题目要求，学生需要分析一个具体的自动化控制装置，包括其设计过程、工作原理以及可能存在的问题。通过回答这个问题，可以检验学生是否真正理解了传感器在自动控制装置中的作用以及如何利用传感器实现自动化控制，同时还能锻炼学生的分析问题和解决问题的能力。第三题题目描述：在以下几种情况下，分析传感器在工作过程中的响应情况，并说明其对自动控制装置工作的影响：1.一个红外传感器用于自动控制门的开启与关闭。在正常情况下，当有人经过门前时，红外传感器内置的光敏元件会检测到人体发出的红外线，从而控制门的开关。假设以下三种情况发生：红外传感器的光敏元件受到污染；红外传感器的设置角度过高，导致无法有效检测到接近门前的人员；红外传感器的电源电压不稳定。请分析上述三种情况下红外传感器的工作状态及其对自动控制门工作的影响。2.一款压力传感器用于监测一个水箱中的水位。水箱中的水位变化会导致压力传感器的输出电压发生变化，从而控制水泵的启动与停止。假设以下两种情况发生：压力传感器的零点漂移，导致在未加压时输出电压不为零；压力传感器的灵敏度降低，无法在水位变化很小的情况下产生显著的电压输出。请分析上述两种情况下压力传感器的工作状态及其对自动控制水泵工作的影响。答案：1.红外传感器的工作状态及对自动控制门工作的影响分析：红外传感器的光敏元件受到污染：此时，红外传感器可能无法有效检测到人体发出的红外线，导致门无法正常开启。即使有人经过门前，红外传感器也无法直接触发门的开关，可能需要通过其他辅助措施来解决。红外传感器的设置角度过高：在这种情况中，红外传感器可能会误判人离门的距离，导致门不能在有人经过门前时正常开启，从而影响自动控制门的工作。红外传感器的电源电压不稳定：当电源电压不稳定时，红外传感器的工作状态可能受到影响，使得门的开启与关闭不再准确，甚至可能导致门的误开或误关。2.压力传感器的工作状态及对自动控制水泵工作的影响分析：压力传感器的零点漂移：零点漂移会导致水泵无法在正常水位工作，可能提前启动或延迟停止，从而造成水资源浪费或水箱空缺。压力传感器的灵敏度降低：压力传感器的灵敏度降低意味着在水位变化很小时，其输出的电压变化较小，导致水泵的启动与停止响应迟缓，无法及时调整水位，影响自动控制水泵的工作效果。解析：通过分析传感器的工作状态和对自动控制装置工作的影响，可以更好地了解传感器在实际应用中的挑战与注意事项。在实际工程中，针对上述问题需要采取相应的措施，如定期维护传感器、调整传感器位置、使用具有稳定性好的电源等，以确保自动控制装置的正常工作。第四题题目：智能家居系统中常常用到各种传感器来实现自动控制。比如，通过红外线传感器来检测室内是否有人，从而控制灯光和空调的开关。现在，请你设计一个基于温度传感器和湿度传感器的自动浇花系统。要求：1.当室内温度高于30℃或湿度低于20%时，系统自动启动浇水装置。2.当室内温度低于25℃且湿度高于40%时，系统自动停止浇水装置。3.系统需要有一个指示灯来显示当前是否正在浇水。请画出系统的简单框图，并简要说明各部分的作用。答案：系统框图如下（由于文本限制，无法直接画出图形，但可以用文字描述其结构）：+-----------------+|温度传感器|---->|控制器|+-----------------+||||+-----------------+||---->|浇水装置||湿度传感器|---->||+-------------++-----------------+||||---->|指示灯|+-----------------++--------------++-------------+|电源|+-----------------+解析：1.温度传感器：用于检测室内的温度，并将温度信号转换为电信号传递给控制器。当温度高于30℃时，控制器会接收到一个高电平信号（或相应的数字信号），作为启动浇水装置的条件之一。2.湿度传感器：用于检测室内的湿度，同样将湿度信号转换为电信号传递给控制器。当湿度低于20%时，控制器也会接收到一个信号，作为启动浇水装置的另一个条件。3.控制器：是系统的核心部分，负责接收来自温度传感器和湿度传感器的信号，并根据预设的逻辑条件（温度高于30℃或湿度低于20%时启动浇水；温度低于25℃且湿度高于40%时停止浇水）来控制浇水装置和指示灯的开关。4.浇水装置：在控制器的控制下，当满足浇水条件时自动启动，为植物浇水；当不满足条件时（或接收到停止信号时）自动停止。5.指示灯：用于显示当前系统是否正在浇水。当浇水装置启动时，指示灯亮起；当浇水装置停止时，指示灯熄灭。这样用户可以通过观察指示灯的状态来了解系统的工作情况。6.电源：为整个系统提供电力支持，确保各个部分能够正常工作。通过这样的设计，我们可以实现一个基于温度传感器和湿度传感器的自动浇花系统，能够根据室内的温度和湿度条件自动调整浇水策略，为植物提