《第2节 科学制作：简单的自动控制装置》（同步训练）高中物理选择性必修 第二册

《第2节科学制作：简单的自动控制装置》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、下列哪个装置不属于简单的自动控制装置？（）A.温度控制器B.声光报警器C.电动门D.电脑2、在制作简单的自动控制装置时，以下哪个部件不是必需的？（）A.传感器B.控制器C.执行器D.电源3、在简单自动控制装置的设计中，用于检测被控对象状态并转换为电路信号的部分被称为（）。A.执行器B.检测器C.控制器D.电源4、在简单自动控制装置中，以下哪个元件可以用于根据接收到的控制信号来调节输出，实现自动控制功能？A.传感器B.开关C.电机D.电阻5、下列哪个装置是完成自动控制的典型实例？（）A.闹钟B.自动洗衣机C.电风扇D.普通手机6、自动控制装置中，传感器能够将非电量的信号转换为电信号的原因是？（）A.电阻值的变化B.电容值的变化C.电感值的变化D.基于电磁感应原理7、以下哪种材料最适合用于制作简单的自动控制装置中的触发器？（）A.纸张B.塑料C.金属片D.绝缘胶带二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、在科学制作活动中，设计并制作简单的自动控制装置时，以下哪些元件是常见的控制元件？A、电阻B、压力传感器C、热敏电阻D、霍尔元件2、在设计一个用于控制水泵自动启动的装置时，下列哪些条件可能被用来触发装置控制水泵启动？A、水位高度达到预定值B、水质变浑浊C、温度到达特定值D、电路中检测到特定频率的信号3、题目：以下关于自动控制装置原理的说法中，正确的是（）A.自动控制装置主要是通过物理方法实现自动控制的B.自动控制装置能够实现精确的控制，克服人的主观因素C.自动控制装置不能自主思考，必须依赖人的意志和控制D.自动控制装置的应用范围仅限于工业自动化三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题请根据以下条件，设计一个简单的自动控制装置，并简要说明其工作原理：1.需要控制的对象是一个开关，当开关处于关闭状态时，控制装置应该使其自动打开；当开关处于打开状态时，控制装置应该使其自动关闭。2.控制装置需要使用一个温度传感器，当环境温度高于设定值时，控制装置应该使开关关闭；当环境温度低于设定值时，控制装置应该使开关打开。3.控制装置需要使用一个继电器作为执行器，当控制装置输出信号时，继电器应该吸合，从而控制开关的状态。第二题题目：设计一个基于传感器的自动控制装置，用于控制一个房间的照明系统。当房间内有人时，灯应自动开启；当房间内没有人时，灯应自动关闭。请详细描述你的设计方案，并说明所使用传感器及其原理。第三题题目：请设计一个简单的自动控制装置，用于保持一个物体在特定高度上上下移动。要求该装置能够在物体到达预定高度时自动启动，并在物体离开预定高度时自动停止。请描述装置的原理、主要组成部分以及工作过程。第四题题目：设计一个简单的自动控制装置，实现当温度超过设定值时，能够自动关闭加热器。请说明装置的组成、工作原理和设计步骤。第五题设计一个简单的自控装置，用于自动浇灌植物。题意要求：1.原理：你需要根据物理学中的一个基本原理来设计该装置。2.材料：你只能使用底部带有一个小孔的塑料瓶、水、土以及一根细管作为材料。3.功能：该装置应该能够利用底部的孔缓慢地将水滴入土中。《第2节科学制作：简单的自动控制装置》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、下列哪个装置不属于简单的自动控制装置？（）A.温度控制器B.声光报警器C.电动门D.电脑答案：D解析：温度控制器、声光报警器和电动门都是根据某些条件自动控制工作状态的装置，属于简单的自动控制装置。而电脑则是一种复杂的电子设备，它可以通过编程实现各种控制功能，但并不属于简单的自动控制装置。2、在制作简单的自动控制装置时，以下哪个部件不是必需的？（）A.传感器B.控制器C.执行器D.电源答案：D解析：在制作简单的自动控制装置时，传感器用于检测外部条件的变化，控制器根据传感器反馈的信息进行决策，执行器负责执行控制命令。这三部分是构成简单自动控制装置的基本要素。电源虽然为整个装置提供能量，但并不是必需的部件，因为即使没有电源，上述三个部件也可以组成一个闭合的控制回路。3、在简单自动控制装置的设计中，用于检测被控对象状态并转换为电路信号的部分被称为（）。A.执行器B.检测器C.控制器D.电源答案：B解析：在自动控制装置中，检测器的作用是检测被控制对象（如水位、温度等）的状态，并将其转换为可以传输的电信号，然后传递给控制器进行处理。执行器则是用来执行控制命令，对被控对象进行操作的部分。控制器用来根据输入信号进行决策和控制。4、在简单自动控制装置中，以下哪个元件可以用于根据接收到的控制信号来调节输出，实现自动控制功能？A.传感器B.开关C.电机D.电阻答案：C解析：在简单自动控制装置中，执行控制动作的关键元件是执行器。电机可以接受控制信号，从而调节输出，比如调节风扇的转速或泵的流量等，因此它是实现自动控制功能的关键元件。传感器用于检测和输入信息，开关用于接通或断开电路，电阻用于限流或分压，但它们自身并不直接调节输出。5、下列哪个装置是完成自动控制的典型实例？（）A.闹钟B.自动洗衣机C.电风扇D.普通手机答案：B解析：在选项中，自动洗衣机通过一系列传感器和执行器实现自动进水、排水、洗涤、漂洗和脱水等功能，这是一种典型的自动控制装置。而闹钟、电风扇和普通手机虽然包含了自动控制的部分功能，但它们不是最终完成自动控制的整个系统，故选B。6、自动控制装置中，传感器能够将非电量的信号转换为电信号的原因是？（）A.电阻值的变化B.电容值的变化C.电感值的变化D.基于电磁感应原理答案：D解析：在自动控制装置中，传感器的作用是将生产线上的机械信号或者非电信号转换为电信号，以便后续的信号处理和执行机构（如继电器、电机等）控制。这一过程通常基于电磁感应原理，即当传感器中通过的磁场变化时，在其内部产生感应电流，从而实现信号转换。因此，答案为D。其他选项虽与电子元件相关，但不是传感器实现信号转换的主要原因。7、以下哪种材料最适合用于制作简单的自动控制装置中的触发器？（）A.纸张B.塑料C.金属片D.绝缘胶带答案：C解析：在制作简单的自动控制装置时，触发器需要具备导电性，以便在电路中起到开关的作用。金属片因其良好的导电性能，最适合用于制作触发器。纸张和塑料虽然易于加工，但导电性能较差，不适合用作触发器。绝缘胶带则主要用于隔离和绝缘，不适用于触发器。二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、在科学制作活动中，设计并制作简单的自动控制装置时，以下哪些元件是常见的控制元件？A、电阻B、压力传感器C、热敏电阻D、霍尔元件答案：B、C、D解析：在制作简单的自动控制装置时，常用的控制元件包括压力传感器、热敏电阻用于检测压力变化和温度变化，而霍尔元件可以用于检测磁场变化。电阻通常作为固定值元件而不是控制元件使用，故A项不选。2、在设计一个用于控制水泵自动启动的装置时，下列哪些条件可能被用来触发装置控制水泵启动？A、水位高度达到预定值B、水质变浑浊C、温度到达特定值D、电路中检测到特定频率的信号答案：A、C、D解析：水位高度成为一个直接的物理参数，可以通过液位传感器检测；温度可以通过热敏电阻或其他温度传感器检测，从而决定水泵的启动；电路中特定频率的信号可以触发继电器等元件动作，进而控制水泵。而水质变浑浊是一个结果，不一定可以直接作为触发条件。3、题目：以下关于自动控制装置原理的说法中，正确的是（）A.自动控制装置主要是通过物理方法实现自动控制的B.自动控制装置能够实现精确的控制，克服人的主观因素C.自动控制装置不能自主思考，必须依赖人的意志和控制D.自动控制装置的应用范围仅限于工业自动化答案：A、B解析：本题考查对于自动控制装置原理的理解。选项A正确，因为自动控制装置通常是通过电磁等物理方法实现控制和反馈机制；选项B也正确，自动控制装置可以精确地执行预定程序，不受人的主观情绪和操作失误的影响；选项C错误，因为虽然自动控制装置本身没有自主思考的能力，但它可以根据预设的程序和传感器的反馈进行自我调节；选项D错误，因为自动控制装置的应用范围非常广泛，不仅限于工业自动化，还广泛应用于航空航天、交通管理、家用电器等领域。故正确答案是A、B。三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题请根据以下条件，设计一个简单的自动控制装置，并简要说明其工作原理：1.需要控制的对象是一个开关，当开关处于关闭状态时，控制装置应该使其自动打开；当开关处于打开状态时，控制装置应该使其自动关闭。2.控制装置需要使用一个温度传感器，当环境温度高于设定值时，控制装置应该使开关关闭；当环境温度低于设定值时，控制装置应该使开关打开。3.控制装置需要使用一个继电器作为执行器，当控制装置输出信号时，继电器应该吸合，从而控制开关的状态。答案：1.设计方案：（1）将温度传感器放置在需要监测的环境中。（2）连接温度传感器到微控制器（如Arduino）的A/D转换接口。（3）连接继电器的控制线到微控制器的数字输出端口。（4）编写微控制器的程序，实现以下功能：读取温度传感器的值。根据设定温度值判断开关状态。根据判断结果，输出控制信号给继电器，控制开关状态。2.工作原理：当温度传感器检测到环境温度高于设定值时，微控制器输出低电平信号给继电器，继电器吸合，开关关闭。当环境温度低于设定值时，微控制器输出高电平信号给继电器，继电器断开，开关打开。通过这种自动控制，可以实现对开关状态的自动调节。解析：本题要求设计一个简单的自动控制装置，需要考虑温度传感器、微控制器和继电器三个部分。温度传感器用于检测环境温度，微控制器用于处理温度信息并输出控制信号，继电器用于执行开关的打开和关闭操作。通过编写微控制器的程序，实现温度与开关状态之间的自动控制，从而完成题目要求。在设计过程中，需要注意温度传感器的放置位置、微控制器的接口连接以及程序的编写，以确保控制装置能够正常工作。第二题题目：设计一个基于传感器的自动控制装置，用于控制一个房间的照明系统。当房间内有人时，灯应自动开启；当房间内没有人时，灯应自动关闭。请详细描述你的设计方案，并说明所使用传感器及其原理。答案：设计方案：1.辅助设备和原理：运动传感器：用于检测是否有人进入房间。当红外、人体热信号、动态光线或声音出现时，传感器输出信号。微控制单元（MCU，如Arduino）：作为整个装置的“大脑”，负责读取传感器的数据，并根据需要控制灯光。灯光开关：用于控制灯的开关状态。本方案使用继电器来实现灯的控制，因为继电器可以接通或断开电路，从而控制电源到灯泡流动。2.硬件布置：运动传感器安装在房间的入口附近，确保能够检测到进入或离开房间的人。灯光开关安装在可行的位置，既可以是墙壁开关的位置，也可以是随传感器一起放在入口附近的位置，以减少电线的使用。3.程序设计：传感器连接到MCU的输入端。灯光连接到MCU控制的继电器。运动传感器检测到有活动信号（即人出现），则向MCU发送信号。MCU接收到信号后，检测是否有足够的活动持续时间（以避免瞬时运动导致的误判断），例如，如果检测到活动长达30秒，则认为有人进入了房间，启动灯。没有活动信号持续5分钟（为了防止瞬间的动作导致的被执行运行），则认为房间为空，MCU关闭灯。解析：此设计利用了运动传感器（光传感器、红外传感器等），能够感知移动的生物发出的热量、光线或动作。当有明显的动作时，将发出特定信号，通知MCU。MCU会通过编程，根据接收到的信号判断是否有人进入房间，并控制继电器控制灯光是否打开。此方案不仅实用，还考虑到了这方面设计的合理性，因为不仅在有人时自动照明，更重要的是避免了在无人时不必要的能源消耗。此外，5分钟的延迟关闭设计可以进一步防止不必要的开关切换，满足环保节能的要求。第三题题目：请设计一个简单的自动控制装置，用于保持一个物体在特定高度上上下移动。要求该装置能够在物体到达预定高度时自动启动，并在物体离开预定高度时自动停止。请描述装置的原理、主要组成部分以及工作过程。【答案】设计原理：1.利用重力或电机驱动力使物体在水平轨道上运动。2.通过限位开关控制电机的启停，保证物体在预定高度上运动。主要组成部分：1.物体：用于被控制。2.水平轨道：物体在其上运动。3.限位开关：用于控制电机启停。4.电机：驱动物体上下移动。5.电源：为电机提供电能。工作过程：（1）当物体静止在起始位置时，限位开关处于闭合状态，电机未启动。（2）启动电机，使物体在水平轨道上向上运动。（3）当物体到达预定高度时，限位开关分离，电机停止工作，物体停止上升。（4）物体在预定高度停留一段时间后，限位开关重新闭合，电机重新启动，物体开始向下运动。（5）当物体离开预定高度时，限位开关再次分离，电机停止工作，物体停止下降。【解析】1.本题考查对自动控制装置原理及工作过程的掌握。2.要求学生describle装置的原理、主要组成部分及工作过程，体现了对学生综合运用知识的能力的考察。3.设计过程中，学生需要运用物理知识，如重力、电机驱动力、限位开关等，将这些知识综合运用到实际装置的搭建中。4.学生在解答过程中，需要注重逻辑性，确保回答清晰、准确。第四题题目：设计一个简单的自动控制装置，实现当温度超过设定值时，能够自动关闭加热器。请说明装置的组成、工作原理和设计步骤。答案：一、装置组成：1.温度传感器：用于检测环境温度。2.控制器：用于接收温度传感器的信号，并控制加热器的开关。3.加热器：用于加热环境，当温度低于设定值时，加热器工作；当温度超过设定值时，加热器停止工作。4.电源：为整个装置提供能源。二、工作原理：1.温度传感器将环境温度信号转换为电信号。2.控制器接收温度传感器的信号，并与预设的温度值进行比较。3.当环境温度低于预设值时，控制器输出信号，使加热器工作，加热环境。4.当环境温度超过预设值时，控制器输出信号，使加热器停止工作，实现自动控制。三、设计步骤：1.选择合适的温度传感器和控制器，确保其性能满足设计要求。2.设计温度传感器的安装位置，确保能够准确检测环境温度。3.设计控制器的电路，包括信号处理、比较、输出等模块。4.设计加热器的安装位置，确保其能够有效加热环境。5.进行实验测试，调整控制器参数，使装置能够在设定的温度范围内稳定工作。解析：本题目考察了学生对自动控制装置的理解和应用。在解答过程中，学生需要明确装置的组成、工作原理和设计步骤。首先，要了解温度传感器、控制器、加热器和电源等组成部分的作用。其次，要掌握工作原理，即温度传感器检测环境温度，控制器根据预设温度值控制加热器的工作状态。最后，要熟悉设计步骤，包括选择合适的元器件、设计电路、安装和调试等。通过本题目的解答，学生可以加深对自动控制装置的认识，提高解决实际问题的能力。第五题设计一个简单的自控装置，用于自动浇灌植物。题意要求：1.原理：你需要根据物理学中的一个基本