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物理选择性必修二5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置同步练习（基础巩固）
一、选择题
1．在电梯门开合处放置一障碍物，会发现电梯门不停地开开合合，这说明电梯门上安装了（　　）
A．光传感器 B．温度传感器 C．压力传感器 D．声传感器
2．图甲是一种家用门窗防盗报警装置，图乙是干簧管元件。安装时，在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，并将干簧管接入报警电路（蜂鸣报警器），此装置具有自动提示报警的功能，当睡觉前连接好电路，启动防盗报警装置，当门紧闭时，蜂鸣报警器不响，当门被打开时，蜂鸣报警器发出声音警报，下列有关说法正确的是（　　）
A．当门关闭时，干簧管两簧片接通
B．干簧管可以由铜或银等导电性能更好的材料制成
C．如将门上镶嵌磁体N、S极对调后，该报警器不能正常工作
D．本装置是利用电磁感应原理控制电路
3．酒精测试仪常用于对机动车驾驶员是否酒后驾驶的现场检测，它利用了一种电阻随酒精气体浓度的变化而变化的二氧化锡半导体型酒精气体传感器。如图所示的电路中，若传感器电阻与酒精气体的浓度c成反比，且酒精气体的浓度时，传感器电阻极大。电压表示数为U，下列说法正确的是（　　）
A．U越大，表示c越小，c与U成反比
B．U越大，表示c越大，c与U成正比
C．U越大，表示c越小，c与U不成反比
D．U越大，表示c越大，c与U不成正比
二、多项选择题
4． 下列关于四幅图的说法正确的有（　　）
A．图甲中的两位摇绳的同学沿东西方向站立摇着柔软的导线绳，闭合的导线绳中将会产生方向变化的电流
B．图乙是法拉第圆盘发电机模型。导电圆盘按如图方向转动，C点的电势高于D点的电势
C．图丙是动圈式扬声器的结构示意图，这样的扬声器也能当话筒使。
D．图丁是磁电式电表。线圈常用铝框做骨架，当线圈中有电流时，铝框随着线圈转动，而产生感应电流，铝框将受到安培力的作用而加速线圈的转动使指针能够迅速指到位
5．在制作光控电路的实验中，“胜哥”按如图所示电路将组件安装完毕后，发现将装置置入黑暗环境中接通电源时，灯泡不发光，原因可能是（　　）
A．二极管两极接反 B．与位置颠倒
C．阻值太小 D．灯泡断路
三、非选择题
6． “胜哥”利用传感器来探究弹力与弹簧伸长的关系。如图甲所示，先将轻弹簧上端通过力传感器固定在水平的长木板A上，下端自由下垂，将距离传感器轻轻靠近轻弹簧下端。当力传感器示数为零时，距离传感器的示数为x0；然后再将轻弹簧下端与距离传感器固定，下面连接轻质木板B，距离传感器可以测量出其到力传感器的距离x，木板B下面用轻细绳挂住一小桶C。
（1） “胜哥”往小桶C内逐渐添加细沙，记录相应的力传感器的示数F和距离传感器的示数x。作出图像如图乙所示。由图及相关信息可知，弹簧的劲度系数k=　 　N/m。
（2）将该弹簧应用到电子秤上，如图丙所示（两根弹簧）。闭合开关S，称不同物体的质量时，滑片P上下滑动，通过电子显示器得到示数。弹簧处于自然伸长状态时，滑片P位于R的最上端，通过验证可知，电子显示器的示数I与物体质量m的关系为（a、b均为常数，k为轻弹簧的劲度系数），则滑动变阻器R的长度L=　 　，电源电动势E=　 　。（保护电阻和滑动变阻器最大阻值均为R0，电源内阻不计，已知当地重力加速度为g）
7．“胜哥”利用压敏电阻制作一台电子秤，如图甲所示，其内部电路如图乙所示，电源电动势E＝4.5V，内阻r＝1Ω，R1是保护电阻，R2是调零电阻（最大阻值为20Ω），压敏电阻值R随压力F变化规律为R＝2F+5（Ω），不计内阻的电流表量程为100mA，g＝10m/s2。实验步骤如下：
步骤1：调零。盘上不放重物，闭合开关，移动变阻器滑片，使电流表指针满偏；
步骤2：标值。①将已知质量的重物G放在秤盘上，保持滑片不动，在电流表指针对应位置标上质量值；②换用不同已知质量的重物，重复步骤2，直到表盘刻度全部标为质量值为止。
（1）现有四个规格保护电阻，R1应选哪一个 ____。
A．0.3Ω B．3Ω C．30Ω D．300Ω
（2）对电子秤调零后，R2阻值为 　 　Ω。
（3）若电流表示数为30mA，则待测重物质量m＝　 　kg；（结果保留3位有效数字）
（4）电子秤用久了，电源内阻变大，电动势变化很小可忽略不计，其他条件不变，仍进行了步骤1中调零过程，用这样的电子秤测量质量时，测量结果 　 　（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
8．磁敏电阻是一种对磁敏感、具有磁阻效应的电阻元件。物质在磁场中电阻发生变化的现象称为磁阻效应。“胜哥”利用伏安法测量一磁敏电阻的阻值（约几千欧）随磁感应强度的变化关系。
所用器材：电源E（6V）、滑动变阻器R（最大阻值为20Ω），电压表（量程为0~3V，内阻为2kΩ）和毫安表（量程为0~3mA，内阻不计）。定值电阻、开关、导线若干
（1）为了使磁敏电阻两端电压调节范围尽可能大，“胜哥”设计了电路图甲，请用笔代替导线在乙图中将实物连线补充完整。
（2）某次测量时电压表的示数如图丙所示，电压表的读数为　 　V，电流表读数为0.5mA，则此时磁敏电阻的阻值为　 　。
（3）实验中得到该磁敏电阻阻值R随磁感应强度B变化的曲线如图丁所示，“胜哥”利用该磁敏电阻制作了一种报警器，其电路的一部分如图戊所示。图中E为直流电源（电动势为6.0V，内阻可忽略），当图中的输出电压达到或超过2.0V时，便触发报警器（图中未画出）报警。若要求开始报警时磁感应强度为0.2T，则图中　 　（填“”或“”）应使用磁敏电阻，另一固定电阻的阻值应为　 　（保留2位有效数字）。
9． 已知热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。“胜哥”利用图甲的电路测量其阻值随温度变化的关系，其中电压表的量程为0~3V，内阻为，电流表的量程为0~6.0mA，内阻未知。
（1）实验中需要利用电压表和定值电阻串联，使量程扩大为5V。现有两个定值电阻，，为达到上述要求，定值电阻应选择　 　（选填“”或“”）；
（2）要求热敏电阻两端的电压从零开始调节，则甲图中的A、B之间　 　（选填“应该”或“不应该”）用导线相连；
（3）正确连接电路后，若某次测量时，电压表的指针位置如图乙，热敏电阻两端的电压为　 　V；
（4）利用该热敏电阻制作高温温控报警器，其电路的一部分如图丙，M、N其中一处连接热敏电阻，另外一处连接电阻箱，当输出电压增大到某一数值，便触发报警器（图中未画出）报警，则　 　（选填“M”或“N”）处连接热敏电阻。为了提高报警器的灵敏度，即要把报警温度调低，电阻箱的阻值应调　 　（选填“大”或“小”）。
答案
1．C
2．A
3．D
4．A,C
5．A,B,D
6．（1）100
（2）；
7．（1）C
（2）9
（3）5.25
（4）不变
8．（1）
（2）1.30；3900Ω
（3）；2.8
9．（1）
（2）应该
（3）4.00
（4）M；大
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物理选择性必修二5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置同步练习（基础巩固）
一、选择题
1．在电梯门开合处放置一障碍物，会发现电梯门不停地开开合合，这说明电梯门上安装了（　　）
A．光传感器 B．温度传感器 C．压力传感器 D．声传感器
【答案】C
【知识点】利用传感器制作简单的自动控制装置
【解析】【解答】 在电梯门开合处放置一障碍物，会发现电梯门不停地开开合合 ，这是由于电梯门每次接触到障碍物时会挤压安装在电梯门上的压力传感器，使电梯门停止关闭而再次打开。故C符合题意，ABD不符合题意。
故答案为：C
【分析】根据电梯的特点分析出传感器的类型。
2．图甲是一种家用门窗防盗报警装置，图乙是干簧管元件。安装时，在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，并将干簧管接入报警电路（蜂鸣报警器），此装置具有自动提示报警的功能，当睡觉前连接好电路，启动防盗报警装置，当门紧闭时，蜂鸣报警器不响，当门被打开时，蜂鸣报警器发出声音警报，下列有关说法正确的是（　　）
A．当门关闭时，干簧管两簧片接通
B．干簧管可以由铜或银等导电性能更好的材料制成
C．如将门上镶嵌磁体N、S极对调后，该报警器不能正常工作
D．本装置是利用电磁感应原理控制电路
【答案】A
【知识点】磁现象和磁场、磁感线；利用传感器制作简单的自动控制装置
【解析】【解答】A．干簧管两簧片接通，门关闭，有磁性，A正确；
B．铜或银不是磁性材料，不能被磁化，则干簧管不可以由铜或银等导电性能更好的材料制成，B错误；
C．如将门上镶嵌磁体N、S极对调后，磁体仍然能吸引干簧管两簧片，该报警器能正常工作，故C错误；
D：本装置是利用磁极间相互作用控制电路 ，D错误；
故答案为：A。
【分析】 干簧管两簧片 是自动控制装置中的仪器，接通则电路接通，利用磁极间相互作用控制电路 。
3．酒精测试仪常用于对机动车驾驶员是否酒后驾驶的现场检测，它利用了一种电阻随酒精气体浓度的变化而变化的二氧化锡半导体型酒精气体传感器。如图所示的电路中，若传感器电阻与酒精气体的浓度c成反比，且酒精气体的浓度时，传感器电阻极大。电压表示数为U，下列说法正确的是（　　）
A．U越大，表示c越小，c与U成反比
B．U越大，表示c越大，c与U成正比
C．U越大，表示c越小，c与U不成反比
D．U越大，表示c越大，c与U不成正比
【答案】D
【知识点】常见传感器的工作原理及应用；利用传感器制作简单的自动控制装置
【解析】【解答】因为传感器电阻与酒精气体的浓度c成反比，且酒精气体的浓度时，传感器电阻极大，所以酒精溶度越小，电阻越大，电压表示数大，根据串联分压，说明传感器电阻小，酒精溶度大，电路如果C变化，电流也会变化，就算电流恒定，C和U有一个一次函数关系，但也不是正比例函数，电流不恒定，函数关系更复杂，不可能是一个简单的正比例函数。所以U越大，表示c越大，c与U不成正比 ，故正确答案为：D。
【分析】电压表示数大，根据串联分压，说明传感器电阻小，酒精溶度大，是正比例函数，最起码某个相关量是定值，比如电流一定。
二、多项选择题
4． 下列关于四幅图的说法正确的有（　　）
A．图甲中的两位摇绳的同学沿东西方向站立摇着柔软的导线绳，闭合的导线绳中将会产生方向变化的电流
B．图乙是法拉第圆盘发电机模型。导电圆盘按如图方向转动，C点的电势高于D点的电势
C．图丙是动圈式扬声器的结构示意图，这样的扬声器也能当话筒使。
D．图丁是磁电式电表。线圈常用铝框做骨架，当线圈中有电流时，铝框随着线圈转动，而产生感应电流，铝框将受到安培力的作用而加速线圈的转动使指针能够迅速指到位
【答案】A,C
【知识点】磁流体发电机；法拉第电磁感应定律；利用传感器制作简单的自动控制装置
【解析】【解答】A．导线切割磁场的方向不断的变化，产生的电流方向也变化，故A正确。
B．根据右手定则可以判断，D点电势高于C点电势，故B错误。
C．对着锥形纸盒讲话，锥形纸盒振动，产生随声音信号变化的交变电流，所以可以当话筒使用，故C正确。
D．铝框随着转动，会产生涡流，阻碍线圈转动，可以避免指针来回振动，故D错误。
故答案为：AC。
【分析】根据导线切割磁场的方向判断出感应电流方向不断变化；
根据右手定则判断；
锥形纸盒振动，产生随声音信号变化的交变电流；
框随着转动，会产生涡流，阻碍线圈转动。
5．在制作光控电路的实验中，“胜哥”按如图所示电路将组件安装完毕后，发现将装置置入黑暗环境中接通电源时，灯泡不发光，原因可能是（　　）
A．二极管两极接反 B．与位置颠倒
C．阻值太小 D．灯泡断路
【答案】A,B,D
【知识点】利用传感器制作简单的自动控制装置
【解析】【解答】A.二极管具有单向导电性，由题可知，若二极管接反，当光线暗时，二极管两端为负向电压，无法导通，灯泡不亮，A符合题意；
B.若与位置颠倒，则光线较暗时，Y端为高电平，二极管两端为负向电压，无法导通，灯泡不发光，B符合题意；
C.若阻值太小，Y端一直为低电平，二极管两端为正向电压，二极管导通，灯泡发光，C不符合题意；
D.灯泡断路时无法发光，D符合题意。
故答案为：ABD
【分析】明确电路结构，根据光控电路的工作原理分析灯泡不发光现象的原因。
三、非选择题
6． “胜哥”利用传感器来探究弹力与弹簧伸长的关系。如图甲所示，先将轻弹簧上端通过力传感器固定在水平的长木板A上，下端自由下垂，将距离传感器轻轻靠近轻弹簧下端。当力传感器示数为零时，距离传感器的示数为x0；然后再将轻弹簧下端与距离传感器固定，下面连接轻质木板B，距离传感器可以测量出其到力传感器的距离x，木板B下面用轻细绳挂住一小桶C。
（1） “胜哥”往小桶C内逐渐添加细沙，记录相应的力传感器的示数F和距离传感器的示数x。作出图像如图乙所示。由图及相关信息可知，弹簧的劲度系数k=　 　N/m。
（2）将该弹簧应用到电子秤上，如图丙所示（两根弹簧）。闭合开关S，称不同物体的质量时，滑片P上下滑动，通过电子显示器得到示数。弹簧处于自然伸长状态时，滑片P位于R的最上端，通过验证可知，电子显示器的示数I与物体质量m的关系为（a、b均为常数，k为轻弹簧的劲度系数），则滑动变阻器R的长度L=　 　，电源电动势E=　 　。（保护电阻和滑动变阻器最大阻值均为R0，电源内阻不计，已知当地重力加速度为g）
【答案】（1）100
（2）；
【知识点】探究弹簧弹力的大小与伸长量的关系；利用传感器制作简单的自动控制装置
【解析】【解答】（1）弹簧的原长为x0，由弹簧的弹力与其形变量的关系可得
可知F-x图像的斜率表示弹簧的劲度系数，则有
（2）当所称的物体质量为零时，有
此时由电路结构可得
联立解得电源电动势
当所称的物体质量最大时，弹簧被压缩L，此时有
联立解得
【分析】根据胡可定律确定图像的函数表达式，再结合图像确定弹簧的劲度系数。明确点弹簧处于原长时，电路的连接情况，再结合题意及闭合电路的欧姆定律确定电源电动势的大小。重物越重，滑动变阻滑片向下移动，质量达到最大时，滑片移至滑动变阻器最下端，此时滑动变阻器接入电阻为零。根据此时电路连接情况及闭合电路欧姆定律及所给表达式确定此时重物的质量，再结合平衡条件确定此时弹簧的形变量，弹簧的形变量即为滑动变阻器的长度。
7．“胜哥”利用压敏电阻制作一台电子秤，如图甲所示，其内部电路如图乙所示，电源电动势E＝4.5V，内阻r＝1Ω，R1是保护电阻，R2是调零电阻（最大阻值为20Ω），压敏电阻值R随压力F变化规律为R＝2F+5（Ω），不计内阻的电流表量程为100mA，g＝10m/s2。实验步骤如下：
步骤1：调零。盘上不放重物，闭合开关，移动变阻器滑片，使电流表指针满偏；
步骤2：标值。①将已知质量的重物G放在秤盘上，保持滑片不动，在电流表指针对应位置标上质量值；②换用不同已知质量的重物，重复步骤2，直到表盘刻度全部标为质量值为止。
（1）现有四个规格保护电阻，R1应选哪一个 ____。
A．0.3Ω B．3Ω C．30Ω D．300Ω
（2）对电子秤调零后，R2阻值为 　 　Ω。
（3）若电流表示数为30mA，则待测重物质量m＝　 　kg；（结果保留3位有效数字）
（4）电子秤用久了，电源内阻变大，电动势变化很小可忽略不计，其他条件不变，仍进行了步骤1中调零过程，用这样的电子秤测量质量时，测量结果 　 　（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
【答案】（1）C
（2）9
（3）5.25
（4）不变
【知识点】利用传感器制作简单的自动控制装置
【解析】【解答】（1）电流表量程为100mA，由闭合电路欧姆定律可得，当电流表满偏时电路中的总电阻大小为
根据题意压敏电阻值R的最小阻值为，所以可得的最小阻值为
若选用时，分析可知电路中的电流过小，影响实验标值，所以应选用电阻为的保护电阻。
故答案为：C。
（2）根据题意可知调零后电流表达到满偏，根据闭合电路欧姆定律有
此时压敏电阻的阻值
解得
（3）当电流表示数为30mA时，根据闭合电路欧姆定律有
此时压敏电阻的阻值为
联立解得待测重物质量
m=5.25kg
（4）根据前面分析可知，调零后电流表达到满偏有
代入数值可得此时
当电源内阻变大，电动势不变时，调零后，电流表仍满偏，可知此时电源内阻和滑动变阻器的总电阻仍然为10Ω，即盘上不放重物时电路中总电阻与之前相同，所以再用这样的电子秤测量质量时，测量结果不变。
【分析】（1）根据闭合电路欧姆定律分析的最小值，选出适当电阻；（2）调零后电流表达到满偏，求出此时压敏电阻的阻值，再由欧姆定律求解R2阻值；（3）根据闭合电路欧姆定律，求出待测重物的质量；（4）根据电子秤的测量原理和调零方法，分析电源内阻的变化对测量结果的影响。
8．磁敏电阻是一种对磁敏感、具有磁阻效应的电阻元件。物质在磁场中电阻发生变化的现象称为磁阻效应。“胜哥”利用伏安法测量一磁敏电阻的阻值（约几千欧）随磁感应强度的变化关系。
所用器材：电源E（6V）、滑动变阻器R（最大阻值为20Ω），电压表（量程为0~3V，内阻为2kΩ）和毫安表（量程为0~3mA，内阻不计）。定值电阻、开关、导线若干
（1）为了使磁敏电阻两端电压调节范围尽可能大，“胜哥”设计了电路图甲，请用笔代替导线在乙图中将实物连线补充完整。
（2）某次测量时电压表的示数如图丙所示，电压表的读数为　 　V，电流表读数为0.5mA，则此时磁敏电阻的阻值为　 　。
（3）实验中得到该磁敏电阻阻值R随磁感应强度B变化的曲线如图丁所示，“胜哥”利用该磁敏电阻制作了一种报警器，其电路的一部分如图戊所示。图中E为直流电源（电动势为6.0V，内阻可忽略），当图中的输出电压达到或超过2.0V时，便触发报警器（图中未画出）报警。若要求开始报警时磁感应强度为0.2T，则图中　 　（填“”或“”）应使用磁敏电阻，另一固定电阻的阻值应为　 　（保留2位有效数字）。
【答案】（1）
（2）1.30；3900Ω
（3）；2.8
【知识点】利用传感器制作简单的自动控制装置；伏安法测电阻
【解析】【解答】（1）根据电路图甲，在乙图中补充实物连线图如下
（2）电压表的最小刻度值为0.1V，如图丙所示，电压表的读数为1.30V，
根据串联电路电压与电阻成正比的关系，磁敏电阻两端的电压为
电流表读数为0.5mA，故此时磁敏电阻的阻值为
（3）根据闭合电路可得可得输出电压为
要求输出电压达到或超过2.0V时报警，即要求磁感应强度增大时，电阻的阻值增大，从而需要输出电压增大，故需要的阻值增大才能实现此功能，故为磁敏电阻；
开始报警时磁感应强度为0.2T，此时
电压
根据电路关系
解得另一固定电阻的阻值应为
综上：第1空：；第2空：1.30；第3空：3900Ω；第4空：；第5空：2.8
【分析】（1） 为了使磁敏电阻两端电压调节范围尽可能大 ，电压表内阻乙知且与被测电阻电阻相差不多，以此补充电路图；
（2）根据电压表量程选择正确读数；根据串并联电路特点，由电压表读数求解被测电阻两端电压，结合电流表读数由欧姆定律求解被测电阻大小；
（3）根据串联电路分压原理得出输出电压，当输出电压达到或超过2.0V时报警，即要求磁感应强度增大时，电阻的阻值增大，从而需要输出电压增大，故需要的阻值增大才能实现此功能，故为磁敏电阻；根据报警电压和报警时磁感应强度，结合图像和串联电路分压原理求解另一个电阻大小。
9． 已知热敏电阻的阻值随温度的升高而减小。某同学利用图甲的电路测量其阻值随温度变化的关系，其中电压表的量程为0~3V，内阻为，电流表的量程为0~6.0mA，内阻未知。
（1）实验中需要利用电压表和定值电阻串联，使量程扩大为5V。现有两个定值电阻，，为达到上述要求，定值电阻应选择　 　（选填“”或“”）；
（2）要求热敏电阻两端的电压从零开始调节，则甲图中的A、B之间　 　（选填“应该”或“不应该”）用导线相连；
（3）正确连接电路后，若某次测量时，电压表的指针位置如图乙，热敏电阻两端的电压为　 　V；
（4）利用该热敏电阻制作高温温控报警器，其电路的一部分如图丙，M、N其中一处连接热敏电阻，另外一处连接电阻箱，当输出电压增大到某一数值，便触发报警器（图中未画出）报警，则　 　（选填“M”或“N”）处连接热敏电阻。为了提高报警器的灵敏度，即要把报警温度调低，电阻箱的阻值应调　 　（选填“大”或“小”）。
【答案】（1）
（2）应该
（3）4.00
（4）M；大
【知识点】利用传感器制作简单的自动控制装置；电表的改装与应用
【解析】【解答】（1）根据电压表改装的原理，将量程为0~3V电压表改装成0~5V的电压表，需串联一个电阻，可得，解得，所以定值电阻选择。
（2）因为要求热敏电阻两端的电压从零开始调节，滑动变阻器应连接成分压式，所以A、B之间应该用导线相连。
（3）由图可知，电压表的最小刻度为0.1V，所以电压表的读数为2.40V，则热敏电阻两端的电压为。
（4）由于温度升高时，热敏电阻的阻值减小，热敏电阻上的分压减小，输出电压变大，所以M处应连接热敏电阻；根据题意，为了提高电路的灵敏度，即要把报警温度调低，此时热敏电阻变大，而输出电压不变，根据串联电路的分压特点可知，电阻箱的电阻应调大。
【分析】（1）根据电压表改装原理求解定值电阻的阻值；（2）因为要求热敏电阻两端的电压从零开始调节，滑动变阻器应连接成分压式；（3）根据电压表的读数规则读数；（4）根据串联电路的特点分析热敏电阻的位置，以及为了提高报警器的灵敏度应采取的措施。
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