2024-2025學(xué)年新教材高中物理第5章傳感器及其應(yīng)用第2節(jié)科學(xué)制作：簡單的自動控制裝置第3節(jié)大顯身手的傳感器課時作業(yè)含解析魯科版選擇性必修2

PAGE7-科學(xué)制作：簡潔的自動限制裝置大顯身手的傳感器(建議用時：25分鐘)考點(diǎn)一簡潔的自動限制裝置1．有一種在光照或溫度上升時排氣扇都能啟動的自動限制裝置，下列說法正確的是()A．兩個傳感器都是光電傳感器B．兩個傳感器分別是光電傳感器和溫度傳感器C．兩個傳感器可能分別是溫度傳感器、電容式傳感器D．只有光照和溫度都適合時排氣扇才能工作B[題中提到有光照或溫度上升時排氣扇都能自動限制，由此可見兩個傳感器中一個是光電傳感器，一個是溫度傳感器，而且排氣扇自動工作只需滿意光照和溫度其中的一個條件即可，選項A、C、D錯誤，選項B正確。]2．(多選)如圖所示是一種延時開關(guān)，當(dāng)S1閉合時，電磁鐵F將銜鐵D吸下，C線路接觸；當(dāng)S1斷開時，由于電磁感應(yīng)作用，D將延遲一段時間才被釋放，則()A．由于A線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作用B．由于B線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作用C．假如斷開B線圈的開關(guān)S2，無延時作用D．假如斷開B線圈的開關(guān)S2，延時將變長BC[由題意可知，當(dāng)S1閉合時，電磁鐵F將銜鐵D吸下，C線路接通，這時雖然B線圈的開關(guān)S2閉合，但通過它的磁通量不變，所以沒有電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生。當(dāng)S1斷開時，A線圈馬上斷路，不會發(fā)生電磁感應(yīng)，但通過B線圈的磁通量削減，由于B線圈的電磁感應(yīng)作用，才產(chǎn)生延時釋放D的作用，選項B正確；假如此時斷開B線圈的開關(guān)S2，則B線圈雖然產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，但不產(chǎn)生感應(yīng)電流，不能吸引銜鐵D，無延時作用，選項C正確。]3．如圖所示為一種溫度自動報警器的原理圖，在水銀溫度計的頂端封入一段金屬絲，以下說法中正確的是()A．溫度上升至74℃時，L1亮燈報警B．溫度上升至74℃時，L2亮燈報警C．溫度上升至78℃時，L1亮燈報警D．溫度上升至78℃時，L2亮燈報警D[當(dāng)溫度低于78℃時，繼電器線圈中沒有電流，此時燈L1亮，但不報警；當(dāng)溫度上升到78℃時，繼電器線圈有電流，磁鐵吸下銜鐵，燈L2被接通，所以燈L2亮且報警，溫度上升至74℃時，只是燈L1亮，不會報警，故選項A、B、C錯誤，選項D正確。]4．如圖所示為用電源、電磁繼電器、滑動變阻器、綠燈泡、小電鈴、負(fù)溫度系數(shù)半導(dǎo)體熱敏電阻、開關(guān)、導(dǎo)線等組成的一個高溫報警器電路圖，要求是：正常狀況綠燈亮，有險情時電鈴報警，則圖中甲、乙、丙分別是()A．小電鈴、半導(dǎo)體熱敏電阻、綠燈泡B．綠燈泡、半導(dǎo)體熱敏電阻、小電鈴C．半導(dǎo)體熱敏電阻、小電鈴、綠燈泡D．半導(dǎo)體熱敏電阻、綠燈泡、小電鈴C[甲的回路應(yīng)為限制電路，甲當(dāng)然為半導(dǎo)體熱敏電阻。熱敏電阻特點(diǎn)是溫度高，電阻小，電流大，繼電器工作，觸頭被吸下，乙被接通應(yīng)報警，即乙是小電鈴，平常時，溫度低、電阻大、電流小，丙導(dǎo)通，丙應(yīng)是綠燈泡，選項C正確。]5．氣體傳感器利用物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)將某種氣體的濃度轉(zhuǎn)換成電信號輸出，如圖所示，B為將可燃?xì)怏w或有毒氣體(CO，CH4瓦斯煤氣)濃度轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，簡稱電子鼻。依據(jù)如下材料，U＝220V的電源、M排風(fēng)扇、G繼電器、A限制電源、S限制開關(guān)。請設(shè)計一個家用自動排煙電路，在圖中完成連線圖。[解析]電磁繼電器起開關(guān)作用，所以電池組、開關(guān)和電磁繼電器應(yīng)組成一個電路，另一個是由排風(fēng)扇和高壓電源組成的電路。[答案]如圖所示考點(diǎn)二大顯身手的傳感器6．模塊機(jī)器人可以由下列幾部分組成；()A.觸發(fā)傳感器、執(zhí)行器和小風(fēng)扇B.光敏電阻、觸發(fā)傳感器和執(zhí)行器C.聲傳感器、小燈泡和蜂鳴器D.熱敏電阻、限制器和蜂鳴器D[模塊機(jī)器人由傳感器、限制器和執(zhí)行器三個模塊組成，相當(dāng)于人的感覺器官、大腦和肌肉。在四個選項中，A、B、C三個選項都沒有限制器，所以A、B、C三個選項都錯誤，D正確。]7．電子秤運(yùn)用的傳感器是()A．超聲波傳感器 B．溫度傳感器C．壓力傳感器 D．紅外線傳感器C[電子秤通過感知物體對它的壓力，將其轉(zhuǎn)換為電信號，并由儀表顯示，來測量物體質(zhì)量，所以它感知的是壓力，運(yùn)用了壓力傳感器，故C選項正確。]8．(多選)如圖電容式觸摸屏的構(gòu)造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透亮的薄膜導(dǎo)體層，再在導(dǎo)體層外加上一塊愛護(hù)玻璃，電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長的電極，在導(dǎo)體層內(nèi)形成一個低電壓溝通電場，在觸摸屏幕時，由于人體是導(dǎo)體，手指與內(nèi)部導(dǎo)體層間會形成一個特別電容(耦合電容)，四邊電極發(fā)出的電流會流向觸點(diǎn)，而電流強(qiáng)弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏后的限制器便會計算電流的比例及強(qiáng)弱，精確算出觸摸點(diǎn)的位置。由以上信息可知，下列說法中正確的是()A．電容式觸摸屏的兩極板分別是導(dǎo)體層和手指B．當(dāng)用手觸摸屏幕時，手指與屏的接觸面積越大，電容越大C．當(dāng)用手觸摸屏幕時，手指與屏的接觸面積越大，電容越小D．當(dāng)用手觸摸屏幕時，手指和屏的接觸面積的大小影響電容的大小ABD[電容式觸摸屏在原理上把人的手指當(dāng)作一個電容器元件的一個極板，把導(dǎo)體層當(dāng)作另一極板，故選項A正確；手指和屏的接觸面積大小會影響到電容大小，接觸面積越大，即兩極板的正對面積越大，電容越大，故選項B、D正確，C錯誤。]9．如圖甲(a)所示為一測量硫化鎘光敏電阻特性的試驗電路，電源電壓恒定。電流表內(nèi)阻不計，開關(guān)閉合后，調(diào)整滑動變阻器滑片，使小燈泡發(fā)光漸漸增加，測得流過電阻的電流和光強(qiáng)的關(guān)系曲線如圖甲(b)所示，試依據(jù)這一特性由圖乙中給定的器材設(shè)計一個自動光控電路。[解析]由光敏電阻的特性曲線可以看出，當(dāng)入射光增加時，光敏電阻的阻值減小，流過光敏電阻的電流增大。依據(jù)題意設(shè)計的自動光控電路如圖所示。限制過程是：當(dāng)有光照時，輸入電流經(jīng)過放大器輸出一個較大的電流，驅(qū)動電磁繼電器吸引銜鐵使兩個觸點(diǎn)斷開；當(dāng)無光照時，輸入電流減小，放大器輸出電流減小，電磁繼電器釋放銜鐵，使兩個觸點(diǎn)閉合，限制電路接通，燈起先工作。[答案]見解析圖(建議用時：15分鐘)10．(多選)如圖所示，用光敏電阻LDR和燈泡制成的一種簡易水污染指示器，下列說法中正確的是()A．嚴(yán)峻污染時，LDR是高電阻B．輕度污染時，LDR是高電阻C．無論污染程度如何，LDR的電阻不變，阻值大小由材料本身因素確定D．該儀器的運(yùn)用會因為白天和晚上受到影響AD[嚴(yán)峻污染時，透過污水照到LDR上的光線較少，LDR電阻較大，A正確，B錯誤；LDR由半導(dǎo)體材料制成，受光照影響，電阻會發(fā)生改變，C錯誤；白天和晚上自然光的強(qiáng)弱不同，或多或少會影響LDR的電阻，D正確。]11.(多選)家用電熱滅蚊器電熱部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由鈦酸鋇等導(dǎo)體材料組成的電阻器，其電阻率ρ與溫度t的關(guān)系如圖所示。由于這種特性，PTC元件具有發(fā)熱、控溫雙重功能，若電熱滅蚊器環(huán)境溫度低于t1，以下推斷正確的是()A．通電后，其電功領(lǐng)先增大后減小B．通電后，其電功領(lǐng)先減小后增大C．當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在t1或t2不變D．當(dāng)其產(chǎn)生的熱量與散發(fā)的熱量相等時，溫度保持在t1～t2間的某一值不變AD[從題圖線上可以看出，假如通電前PTC的溫度t＜t1，通電后由于發(fā)熱的原因，溫度上升致使電阻率減小，發(fā)熱功率將進(jìn)一步增大，形成正反饋效應(yīng)，致使溫度大于t1，隨著溫度的上升，電阻率也增大，功率將減小，形成負(fù)反饋效應(yīng)，發(fā)熱功率的減小制約了溫度的進(jìn)一步上升。從以上分析可知，t＜t1時，溫度會上升；t＞t2時，溫度會降低。故溫控點(diǎn)在t1～t2，即溫度保持在t1～t2間的某一值。故A、D正確。]12．一般的電熨斗用合金絲作發(fā)熱元件，合金絲電阻隨溫度T改變的關(guān)系如圖中實線①所示，由于環(huán)境溫度以及熨燙的衣服厚度、干濕等狀況不同，熨斗的散熱功率不同，因而熨斗的溫度可能會在較大范圍內(nèi)波動，易損壞衣物。有一種用主要成分為BaTiO3被稱為“PTC”的特別材料作發(fā)熱元件的電熨斗，具有升溫快、能自動限制溫度的特點(diǎn)，PTC材料的電阻隨溫度改變的關(guān)系如圖中實線②所示，依據(jù)圖線分析：(1)為什么處于冷態(tài)的“PTC”熨斗剛通電時比一般電熨斗升溫快？(2)通電一段時間后電熨斗溫度T自動穩(wěn)定在________范圍之內(nèi)。[解析](1)由于冷態(tài)時PTC材料電阻較小，故由P＝eq\f(U2,R)知，其發(fā)熱功率較大，所以升溫快。(2)從圖上看出，溫度較低時，電阻較小，熱功率較大，所以生熱快于散熱，溫度上升，電阻值快速增大，相應(yīng)的生熱功率減小，當(dāng)生熱功率小于散熱功率時，電阻溫度降低，電阻值減小，生熱功率會相應(yīng)增大，故當(dāng)生熱功率等于散熱功率時，溫度會穩(wěn)定在圖中T6～T7之間。[答案](1)見解析(2)T6＜T＜T713．為了節(jié)能和環(huán)保，一些公共場所運(yùn)用光控開關(guān)限制照明系統(tǒng)。光控開關(guān)可采納光敏電阻來限制，光敏電阻是阻值隨著光的照度而發(fā)生改變的元件(照度可以反映光的強(qiáng)弱，光越強(qiáng)照度越大，照度單位為lx)。某光敏電阻RP在不同照度下的阻值如下表：照度(lx)0.20.40.60.81.01.2電阻(kΩ)754028232018(1)依據(jù)表中數(shù)據(jù)，請在給定的坐標(biāo)系中描繪出阻值隨照度改變的曲線，并說明阻值隨照度改變的特點(diǎn)。(2)如圖所示，當(dāng)1、2兩端所加電壓上升至2V時，限制開關(guān)自動啟動照明系統(tǒng)。請利用下列器材設(shè)計一個簡潔電路，給1、2兩端供應(yīng)電壓，要求當(dāng)天色漸暗，照度降低至1.0lx時啟動照明系統(tǒng)，在虛線框內(nèi)完成電路原理圖。(不考慮限制開關(guān)對所設(shè)計電路的影響)供應(yīng)的器材如下：光敏電阻RP(符號，阻值見上表)；直流電源E(電動勢3V，內(nèi)阻不計)；定值電阻：R1＝10kΩ，R2＝20kΩ，R3＝40kΩ(限選其中之一并