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第5章　控制系统与工程
第2节　设计和制作控制系统
选择题每小题3分，共9分；填空题每空2分。
1.在图中的自动控制电路中，当控制电路的开关S闭合时，工作电路的情况是
(　 　)
第1题图
A.灯不亮，电铃响
B.灯不亮，电铃不响
C.灯亮，电铃不响
D.灯亮，电铃响
2.有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，其中有两个传感器，下列说法正确的是(　 　)
A.两个传感器都是光电传感器
B.两个传感器分别是光电传感器和温度传感器
C.两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器
D.只有光照和温度都适合时排气扇才能工作
3.如图所示为某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻，它的阻值随光照的增强而减小，R2为定值电阻，A、B间接监控装置，则下列说法正确的是(　 　)
第3题图
①当有人通过而遮蔽光线时，A、B间的电压增大
②当有人通过而遮蔽光线时，A、B间的电压减小
③当仅增大R2的阻值时，A、B间的电压增大
④当仅减小R2的阻值时，A、B间的电压增大
A.①③ B.①④
C.②③ D.②④
4.(4分)如图是小蔡同学设计的短跑比赛“抢跑判断器”。电磁铁的上端为 极(选填“N”或“S”)。当运动员蹲在起跑器上后，裁判员闭合开关S1、S2，发令等待指示灯亮，正式发令前有运动员抢跑，R0所受压力变小，电阻变小，电磁铁将衔铁吸下，抢跑指示灯 亮(选填“L1”或“L2”)，则判定该运动员抢跑。
第4题图
5.(7分)为了在冬天能品尝到夏季的蔬菜，项目化小组为学校的劳动实践基地设计了一个蔬菜温室“自动温控电路”，如图甲所示。电路分控制电路和工作电路两部分，控制电路电源电压恒为6 V，R1为温敏电阻，电磁铁电阻不计，R2为电阻箱，其阻值调为90 Ω，R3为工作电路的加热电阻。要求温度控制在20~30 ℃之间。
第5题图
(1)蔬菜大棚改善的主要自然条件是 (填字母)。
A.温度 B.光照
C.水分 D.土壤
(2)控制电路电磁铁线圈上端磁极为 极。
(3)(3分)当控制电路中的电流达到30 mA时，衔铁被吸下；当电流降低到20 mA时，衔铁被弹回。热敏电阻R1的阻值随温度的变化图像如图乙所示。如表所示是制定的部分评价指标。
等级 优秀 合格 待改进
评价指标 能自动控制室温在规定范围内波动 能自动控制室温升降 不能控制室温升降
请根据评价表中的指标对小组设计进行等级判定并说明依据。
6.(6分)在“利用传感器制作简单的自动控制”实验中，简单的门窗磁控防盗报警装置示意图如图甲所示。门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与M相对的位置嵌入干簧管SA(是一个通过磁场控制的电开关，当外部有磁场靠近时，两簧片被磁化而吸合，开关导通)，并将干簧管接入报警电路。
第6题图
(1)如图乙所示，干簧管SA作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在，继电器(虚线方框部分)作为执行装置，发光二极管LED作为电路正常工作提示，蜂鸣器H作为报警提醒。电路中P点应接直流电源的 (选填“正极”或“负极”)。
(2)连接好电路，闭合开关S，接通电源，将磁体M靠近和离开干簧管，分别观察并记录实验现象。
实验操作 磁体M靠近干簧管 磁体M离开干簧管
实验现象
7.(7分)为降低农民劳动强度的同时提高黄瓜产量，某项目学习小组开展了自制“自动浇水器”的项目化学习。具体过程如下：
[查阅资料]黄瓜苗适宜在15~30 ℃的环境中生长。若在过高或过低的温度下浇水，会伤害黄瓜的根，危及黄瓜幼苗的发育。黄瓜幼苗喜湿不耐旱，种植时土壤湿度需达到55%~90%。
[产品制作]图甲为自动浇水器的工作电路图。电磁继电器A和电磁继电器B完全相同，Ra为热敏电阻，其阻值随温度的增大先变大后变小，如图乙所示。当Ra阻值变小至8 Ω时，控制电路电流增大，La磁性增强吸引衔铁；当Ra阻值增大至14 Ω时，控制电路电流减小，La磁性变弱释放衔铁。Rb为湿敏电阻，其阻值与土壤湿度(RH)成正比，如图丙所示。
第7题图
(1)某天中午的温度为26 ℃，此时开关Sa的状态为 (选填“断开”或“闭合”)。
(2)(3分)当空气温度为20 ℃时，土壤湿度达到多少，自动浇水器会停止浇水？
(3)当土壤湿度为40%时，Lb吸引衔铁使Sb断开。则当天的温度t范围为 时，自动浇水器会开始工作，为黄瓜幼苗浇水。
8.(7分)小明在乘坐无障碍公交车时发现司机或者乘客需要手动将斜坡板下翻，非常不方便(如图甲所示)。小明根据此情境准备设计一个斜坡板自动控制模型，利用电机驱动，实现斜坡板自动伸展和收回，其模型如图乙所示。请在小明制作的模型基础上设计该电机传动装置。已知斜坡板的尺寸为800 mm×800 mm×10 mm。装置设计要求如下：
①使用斜坡板时能自动展开，不用时可自动收回至收纳处。
②斜坡板展开后能旋转至一端与地面接触。
③斜坡板展开使用时，装置牢固可靠。
④斜坡板为木板，允许适当加工。
⑤使用减速电机驱动，其他材料可自选。
请根据描述和设计要求画出该装置机械部分的设计草图(电机可用方框表示)，必要时可用文字说明，并在草图上标注主要尺寸。
第8题图第5章　控制系统与工程
第2节　设计和制作控制系统
选择题每小题3分，共9分；填空题每空2分。
1.在图中的自动控制电路中，当控制电路的开关S闭合时，工作电路的情况是
(　A　)
第1题图
A.灯不亮，电铃响
B.灯不亮，电铃不响
C.灯亮，电铃不响
D.灯亮，电铃响
2.有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，其中有两个传感器，下列说法正确的是(　B　)
A.两个传感器都是光电传感器
B.两个传感器分别是光电传感器和温度传感器
C.两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器
D.只有光照和温度都适合时排气扇才能工作
3.如图所示为某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置，R1为光敏电阻，它的阻值随光照的增强而减小，R2为定值电阻，A、B间接监控装置，则下列说法正确的是(　C　)
第3题图
①当有人通过而遮蔽光线时，A、B间的电压增大
②当有人通过而遮蔽光线时，A、B间的电压减小
③当仅增大R2的阻值时，A、B间的电压增大
④当仅减小R2的阻值时，A、B间的电压增大
A.①③ B.①④
C.②③ D.②④
4.(4分)如图是小蔡同学设计的短跑比赛“抢跑判断器”。电磁铁的上端为　S　极(选填“N”或“S”)。当运动员蹲在起跑器上后，裁判员闭合开关S1、S2，发令等待指示灯亮，正式发令前有运动员抢跑，R0所受压力变小，电阻变小，电磁铁将衔铁吸下，抢跑指示灯　L2　亮(选填“L1”或“L2”)，则判定该运动员抢跑。
第4题图
5.(7分)为了在冬天能品尝到夏季的蔬菜，项目化小组为学校的劳动实践基地设计了一个蔬菜温室“自动温控电路”，如图甲所示。电路分控制电路和工作电路两部分，控制电路电源电压恒为6 V，R1为温敏电阻，电磁铁电阻不计，R2为电阻箱，其阻值调为90 Ω，R3为工作电路的加热电阻。要求温度控制在20~30 ℃之间。
第5题图
(1)蔬菜大棚改善的主要自然条件是　A　(填字母)。
A.温度 B.光照
C.水分 D.土壤
(2)控制电路电磁铁线圈上端磁极为　N(或北)　极。
(3)(3分)当控制电路中的电流达到30 mA时，衔铁被吸下；当电流降低到20 mA时，衔铁被弹回。热敏电阻R1的阻值随温度的变化图像如图乙所示。如表所示是制定的部分评价指标。
等级 优秀 合格 待改进
评价指标 能自动控制室温在规定范围内波动 能自动控制室温升降 不能控制室温升降
请根据评价表中的指标对小组设计进行等级判定并说明依据。
【答案】 (3)合格。
I=30 mA时，控制电路中R总==200 Ω，R1=R总－ R2=200 Ω－90 Ω=110 Ω，由图乙可知对应温度为20 ℃；I=20 mA时，控制电路中R总'==300 Ω，R1'= R总'－ R2=300 Ω－90 Ω=210 Ω，由图乙可知对应温度为6 ℃。则该电路能将温度控制在6~20 ℃之间，不能将温度控制在20~30 ℃之间，故判定为合格。
6.(6分)在“利用传感器制作简单的自动控制”实验中，简单的门窗磁控防盗报警装置示意图如图甲所示。门的上沿嵌入一小块永磁体M，门框内与M相对的位置嵌入干簧管SA(是一个通过磁场控制的电开关，当外部有磁场靠近时，两簧片被磁化而吸合，开关导通)，并将干簧管接入报警电路。
第6题图
(1)如图乙所示，干簧管SA作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在，继电器(虚线方框部分)作为执行装置，发光二极管LED作为电路正常工作提示，蜂鸣器H作为报警提醒。电路中P点应接直流电源的　正极　(选填“正极”或“负极”)。
(2)连接好电路，闭合开关S，接通电源，将磁体M靠近和离开干簧管，分别观察并记录实验现象。
实验操作 磁体M靠近干簧管 磁体M离开干簧管
实验现象 　LED亮，蜂鸣器不响　 　LED灭，蜂鸣器响　
7.(7分)为降低农民劳动强度的同时提高黄瓜产量，某项目学习小组开展了自制“自动浇水器”的项目化学习。具体过程如下：
[查阅资料]黄瓜苗适宜在15~30 ℃的环境中生长。若在过高或过低的温度下浇水，会伤害黄瓜的根，危及黄瓜幼苗的发育。黄瓜幼苗喜湿不耐旱，种植时土壤湿度需达到55%~90%。
[产品制作]图甲为自动浇水器的工作电路图。电磁继电器A和电磁继电器B完全相同，Ra为热敏电阻，其阻值随温度的增大先变大后变小，如图乙所示。当Ra阻值变小至8 Ω时，控制电路电流增大，La磁性增强吸引衔铁；当Ra阻值增大至14 Ω时，控制电路电流减小，La磁性变弱释放衔铁。Rb为湿敏电阻，其阻值与土壤湿度(RH)成正比，如图丙所示。
第7题图
(1)某天中午的温度为26 ℃，此时开关Sa的状态为　闭合　(选填“断开”或“闭合”)。
(2)(3分)当空气温度为20 ℃时，土壤湿度达到多少，自动浇水器会停止浇水？
(3)当土壤湿度为40%时，Lb吸引衔铁使Sb断开。则当天的温度t范围为　20 ℃≤t＜30 ℃　时，自动浇水器会开始工作，为黄瓜幼苗浇水。
【答案】 (2)由题可知：当Ra(Rb)≤8 Ω时，La(Lb)磁性增强吸引衔铁，磁控开关断开；当Ra(Rb)≥14 Ω时，La(Lb)磁性变弱释放衔铁，磁控开关闭合；
当空气温度为20 ℃时，Ra=14 Ω，La磁性变弱释放衔铁，磁控开关Sa闭合；由题意得La与Lb完全相同，故当Rb=14 Ω，Lb磁性变弱释放衔铁，磁控开关Sb闭合，浇花器被短路停止工作，自动浇花器停止浇水。
由图丙可知土壤湿度与Rb 的关系为：Rb=16 RH。
当Rb=14 Ω时，有14 Ω=16 RH，解得RH=87.5%。
则湿度达到87.5%停止浇水。
【解析】 (1)根据一天内温度变化规律，中午温度应由上午较低的温度逐渐升高到26 ℃，由图乙可知，电阻Ra在温度升高至20 ℃时的阻值便为14 Ω，此时控制电路电流减小，La磁性变弱释放衔铁，若想再次吸引衔铁，则需使温度降低到15 ℃或温度升高到30 ℃，因此在26 ℃时，La下方的衔铁仍处于释放状态，开关Sa闭合。(3)由电路图可知，若想让自动浇水器开始工作，需开关Sa闭合、Sb断开，当土壤湿度为40%时，Sb已断开。由题可知，当气温上升至20 ℃，Ra阻值增大至14 Ω时，La磁性就可变弱至释放衔铁使Sa闭合，当气温上升至30 ℃，Ra阻值变小至8 Ω时，La磁性才可变强至吸引衔铁使Sa断开。综上所述，根据图乙可得，只有当天温度范围为20 ℃≤t＜30 ℃时，自动浇水器才会开始工作，为黄瓜幼苗浇水。
8.(7分)小明在乘坐无障碍公交车时发现司机或者乘客需要手动将斜坡板下翻，非常不方便(如图甲所示)。小明根据此情境准备设计一个斜坡板自动控制模型，利用电机驱动，实现斜坡板自动伸展和收回，其模型如图乙所示。请在小明制作的模型基础上设计该电机传动装置。已知斜坡板的尺寸为800 mm×800 mm×10 mm。装置设计要求如下：
①使用斜坡板时能自动展开，不用时可自动收回至收纳处。
②斜坡板展开后能旋转至一端与地面接触。
③斜坡板展开使用时，装置牢固可靠。
④斜坡板为木板，允许适当加工。
⑤使用减速电机驱动，其他材料可自选。
请根据描述和设计要求画出该装置机械部分的设计草图(电机可用方框表示)，必要时可用文字说明，并在草图上标注主要尺寸。
第8题图
【答案】 如答图所示(合理即可)。
第8题答图

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