2016-2017学年高中物理第3章传感器第4节用传感器制作自控装置课后提能训练粤教版选修

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用传感器制作自控装置 基础达标 一、选择题(在每小题给出的四个选项中，第1～3题只有一项符合题目要求，第4～5题有多项符合题目要求) 1．在应用光敏电阻制作的光控自动照明电路实验中，下列说法不正确的是(　　) A．实验中利用了光敏电阻光照增强，电阻变大的特性 B．实验中利用了光敏电阻光照增强，电阻变小的特性 C．实验中二极管的作用是负向截止，正向导通 D．晶闸管在未加触发电压时，具有正向阻断能力 【答案】A 2．在制作光控电路实验中，某同学按电路图将元件安装完毕后，发现将装置置入黑暗环境中，接通电源，灯泡不发光，原因不可能是(　　) A．二极管两极接反 B．电阻R1与光敏电阻位置颠倒 C．电阻R1阻值太小 D．灯泡被断路 【答案】C 3．机器人可以通过外部传感器来感知外部环境和外界事物，下列说法有误的是(　　) A．温度传感器让其感知温度变化，此传感器是热敏电阻，阻值一定随温度升高而增大 B．光电传感器可以作为眼睛，此传感器若是光敏电阻，阻值一定随光亮度增加而减小 C．超声波传感器可以作为耳朵，让其听到常人听不到的声音 D．压力传感器可以使其有“手感” 【答案】A 4．下列说法正确的是(　　) A．温度升高时，负温度系数热敏电阻的阻值增大 B．晶体二极管具有单向导电性 C．晶体三极管能够将其他形式的能转化为电能 D．当晶闸管承受正向电压时，仅在VS门电极处于高电平时，才导通 【答案】BD 5．高温超导限流器被公认为目前最好的且唯一行之有效的短路故障电流限制装置，中国科学院电工研究所完成了一项具有自主知识产权的高温超导限流器样机的研制工作，并进行了并网挂机实验．超导限流器由超导部件和限流电阻并联组成，如图所示．超导部件有一个超导临界电流IC，当通过限流器的电流I>IC时，将造成超导体失超，从超导态(本题认为电阻为零)转变为正常态(本题认为是一个纯电阻)，以此来限制电力系统的故障电流．已知超导部件的正常电阻为R1＝3 Ω，超导临界电流IC＝1.2 A，限流电阻R2＝6 Ω，小灯泡L上标有“6 V　6 W”，电源电动势E＝8 V，内阻r＝2 Ω.原来电路正常工作，现L突然发生短路．则(　　) A．短路前通过R1的电流为 A B．超导部件将由超导态转为正常态 C．短路后通过R1的电流为2 A D．短路后通过R1的电流为 A 【答案】BD 二、非选择题 6．如图是热水器中的恒温集成电路，R0是热敏电阻，温度较低时其阻值很大，温度较高时阻值很小．如图热水器中没有水或水温较高时，继电器会放开弹簧片，发热器断路，反之会吸住簧片接通发热器．如果热水器中没有水时，电路中BC部分就处于__________(填“断路”或“短路”)，则在电路图的虚线框内的门电路应是__________门，当温度较低时，门电路的输入端A是__________电势(填“高”或“低”)． 【答案】断路　与　高 【解析】热水器没有水时，电路中BC部分处于断路，B处于低电势，电路图中的虚线框内为与门，则继电器中没电流，继电器放开簧片，发热器断路．当热水器有水时，B处于高电势；若水温较高，R0阻值很小，A处于低电势，因与门使继电器放开弹簧片，发热器断路；若水温低，R0阻值很大，A处于高电势，此时继电器接通发热器． 7．如图甲所示，斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号，当加在它的输入端A的电势逐渐上升到1.6 V，输出端Y会突然从高电平跳到低电平0.25 V，而当输入端A的电势下降到0.8 V时，输出端Y会从低电平跳到高电平3.4 V. (1)斯密特触发器相当于一种________门电路． (2)如图乙所示是一个温度报警器的简易电路图，RT为热敏电阻，R1为可变电阻(最大阻值为1 kΩ)，蜂鸣器工作电压3 V～5 V，热敏电阻的阻值随温度变化如图丙所示，若要求热敏电阻在感测到80 ℃时报警，则R1应调至________kΩ；若要求热敏电阻在感测到更高的温度时才报警，R1的阻值应________(选填“增大”“减小”或“不变”)． 甲 　　　　 乙　　　　　　　　　　　丙 【答案】(1)非　(2)0.42　减小 【解析】(1)输出状态和输入状态相反，相当于非门电路． (2)热敏电阻在80℃时的电阻是RT＝80 Ω，斯密特触发器输入端A的电势是0.8 V时，输出端Y的电压为3.4 V，这时蜂鸣器开始工作．由串联电路分压特点知： ＝＝＝； 所以R1＝80 Ω＝420 Ω＝0.42 kΩ. 由热敏电阻的阻值随温度变化的图象可知，温度升高时，热敏电阻的阻值减小，而斯密特触发器输入端的电压仍保持不变，则电阻R1的阻值应减小． 能力提升 8．车床在工作时是不允许将手随便接近飞转的工件的．为了防止万一，设计了下面的光电自动制动安全电路，只要人手不小心靠近了工件，机器就自动停转，请简述其工作原理．图中的A为车床上的电动机；B为随电动机高速转动的工件；C为光源，它发出的光照到光敏电阻D上；E为电磁铁；F为衔铁；G为电源；H为弹簧． 【答案】见解析 【解析】当手在C、D间靠近工件时，遮挡住射向光敏电阻的光，光敏电阻的阻值迅速变大，电路中的电流减小，使电磁铁磁性减弱从而放开衔铁，造成电动机断路，使工件停转以保证安全． 9．热敏电阻是传感电路中常用的电子元件．现用伏安法研究热敏电阻的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整．已知常温下待测热敏电阻的阻值为4～5 Ω.热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水，其他备用的仪表和器具有：盛有热水的热水瓶(图中未画出)、电源(3 V、内阻可忽略)、直流电流表(内阻约1 Ω)、直流电压表(内阻约5 kΩ)、滑动变阻器(0～20 Ω)、开关、导线若干． (1)在下面方框中画出实验电路图，要求测量误差尽可能小． (2)根据电路图，在下图的实物图上连线． (3)简要写出完成接线后的主要实验步骤_______________________________________ 【答案】(1)电路图如下图所示 (2)实物图如下图所示 (3)①往保温杯中加一些热水，待温度稳定时读出温度计值； ②调节滑动变阻器，快速测出几组电流表和电压表的值； ③重复步骤①、②，测量不同温度下的数据； ④绘出各测量温度下热敏电阻的伏安特性曲线． 10．用负温度系数的热敏电阻作为传感器，设计一个简单的自动控制装置，可供选择的器材如下：热敏电阻、小灯泡(或门铃)、电池组、继电器、滑动变阻器、开关、导线等．要求：温度高时，灯泡亮或门铃报警．请选出需要的器材，画出原理图，并作简要说明． 【答案】见解析 【解析】假设用热敏电阻来控制一个小灯泡的点亮和熄灭．电池组的输出电压要等于继电器的工作电压，但是高于小灯泡的额定电压，可以用一个滑动变阻器和小灯泡串联来调节，其工作原理如下图所示，这样可以共用一个电池组．所选取的器材有继电器、热敏电阻、开关、电池组、滑动变阻器、小灯泡和连接导线等． 其工作过程是：闭合开关S，把继电器、热敏电阻和电池组接通，由于热敏电阻的温度较低，它的阻值较大，使通过继电器的电流较小，不足以把铁片吸下来，所以小灯泡中没有电流通过，是熄灭的；当热敏电阻的温度升高到某一特定值后，它的阻值迅速减小，使通过继电器的电流迅速增大，电磁铁产生较强的磁场将铁片吸下来与触点P连接，将小灯泡与电池组接通，小灯泡发光．当热敏电阻的温度降到某特定温度以下时，它的电阻值迅速增大，使通过继电器的电流减小，铁片被弹簧拉动而离开触点P，小灯泡熄灭．这样，由热敏电阻的温度变化可引起继电器回路的电流变化，从而达到控制小灯泡亮、灭的目的． 11.某学生为了测量一物体的质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力(比例系数为k)，如图所示．测量时先调节输入端的电压，使转换器空载时的输出电压为零；然后在其受压面上放一物体，即可测得与物体的质量成正比的输出电压U. 现有下列器材：力电转换器、质量为m0的砝码、电压表、滑动变电阻器、干电池各一个、电键及导线若干、待测物体(可置于力转换器的受压面上)． 请完成对该物体质量的测量． (1)设计一个电路，要求力电转换器的输入电压可调，并且使电压的调节范围尽可能大，在虚线方框中画出完整的测量电路图； (2)简要说明测量步骤，求出比例系数k，并测出待测物体的质量m； (3)请设想实验中可能会出现的一些问题． 【答案】见解析 【解析】(1)设计的电路如图所示． (2)测量步骤与结果： ①调节滑动变阻器，使转换器的输出电压为零； ②将砝码放在转换器的受压面上，记下输出电压U0， 由U0＝km0g，得k＝； ③将待测物体放在转换器的受压面上，记下输出电压U， 由U＝kmg得m＝U. (3)①因电源电压不够而输出电压调不到零． ②待测物体质量超出转换器量程． 6