课时作业十九 利用传感器制作简单的自动控制装置(Word练习)-【金榜题名】2026-2027学年高二物理选择性必修第二册高中同步学案（人教版）

课时作业(十九) A基础达标 1.(多选)在今年4月份居家躲避新冠疫情期间，张华同学利用网课的课余时间，结合所学传感器、电路的有关知识，自己在家设置了一个火警报警装置，他设计的电路如图所示，R1为热敏电阻，温度升高时，R1急剧减小，当电铃两端电压低于某一定值时，报警电铃响起，则下列说法正确的是(　　) A．若试验时发现当有火时装置不响，应把R2的滑片P向下移 B．若试验时发现当有火时装置不响，应把R2的滑片P向上移 C．增大电源电压，会使报警的临界温度降低 D．增大电源电压，会使报警的临界温度升高 【解析】　AB.若试验时发现当有火时装置不响，说明此时电铃两端电压比较大，应增大滑动变阻器接入的阻值，从而减小电铃两端电压，故应把R2的滑片P向上移，B正确，A错误；CD.增大电源电压，会使原来报警时电铃两端电压增大，需要使温度继续升高，减小热敏电阻R1，从而使电铃两端电压减小到报警时的电压，故增大电源电压，会使报警的临界温度升高，D正确，C错误；故选BD。 【答案】　BD 2．在如图所示的自动控制电路中，当开关S断开时，工作电路的情况是(　　) A．灯亮，电动机转起来，电铃响 B．灯亮，电动机转起来，电铃不响 C．灯不亮，电动机不转，电铃响 D．灯亮，电动机不转，电铃响 【解析】　由图可知这是用一个电磁继电器同时控制两个工作电路的自动控制装置，控制电路由电源、开关S和电磁铁组成，工作电路有两个，共用一个电源，开关S断开时，电磁铁中无电流没有磁性，弹簧把衔铁拉起，电灯和电动机组成的并联电路连通，电灯亮，电动机转动，电铃电路断开，电铃不响；开关S闭合时，电磁铁通电有磁性，吸下衔铁，使电铃电路连通，铃响，电灯和电动机电路断开，灯不亮，电动机不转。故选B。 【答案】　B 3．(多选)某同学设计的家庭电路保护装置如图所示，铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成。如果右侧线圈L2中产生感应电流时，电流经放大器放大后，使电磁铁吸起铁质开关K而切断家庭电路，仅考虑L1在铁芯中产生的磁场，下列说法正确的有(　　) A．家庭电路正常工作时，L2中的磁通量为零 B．家庭电路中使用的电器增多时，L2中的磁通量将增加 C．家庭电路中的电器发生短路时，开关K将被电磁铁吸起 D．地面上的人接触火线发生触电时，开关K将被电磁铁吸起 【解析】　AB.分析题意可知，火线和零线中电流等大反向，并行绕制时，线圈L1中产生的磁通量相互抵消，合磁通量为零，线圈L1、L2绕制同一铁芯上，即使用电器增多时，线圈L2中的磁通量同样为零，故A正确，B错误；C.家庭电路中的电器发生短路时，根据闭合电路欧姆定律可知，火线和零线的电流同时增大，合磁通量为零，开关K不会被电磁铁吸起，故C错误；D.地面上的人接触火线发生触电时，火线的电流变大，线圈L1中的磁通量不为零，线圈L2中的磁通量发生变化，产生感应电流，电磁铁将开关K吸起，故D正确。故选AD。 【答案】　AD 4．如图所示为温度自动报警器的工作原理图，图中1是电磁铁、2是衔铁，5是水银温度计(水银导电)。常温下3触点处于断开状态4触点处于闭合状态，则下列说法正确的是(　　) A．当温度低于警戒温度时电磁铁磁性增强，3触点闭合4触点断开 B．此装置为低温报警装置，温度低于警戒温度时，电铃报警 C．此装置为高温报警装置，温度高于警戒温度时，指示灯亮 D．要提高报警时的警戒温度应使导线AB短些 【解析】　A．当温度低于警戒温度时电磁铁磁性不通电，无磁性，3触点断开，4触点闭合，故A错误；BC.此装置为高温报警装置，温度高于警戒温度时，电磁铁有磁性，3触点闭合，4触点断开，电铃报警，指示灯熄灭，温度低于警戒温度时，电磁铁无磁性，3触点断开，4触点闭合，指示灯亮，电铃不响，故BC错误；D.要提高报警时的警戒温度应使导线AB短些，这样当温度升得更高时，控制电路才能接通，电磁铁才有磁性，电铃报警，故D正确。 故选D。 【答案】　D 5．2007年法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔由于发现巨磁电阻(GMR)效应而荣获了诺贝尔物理学奖。如图所示是利用GMR设计的磁铁矿探测仪原理示意图，图中GMR在外磁场作用下，电阻会发生大幅度减小。下列说法正确的是(　　) A．若存在磁铁矿，则指示灯不亮；若将电阻R调大，该探测仪的灵敏度提高 B．若存在磁铁矿，则指示灯不亮；若将电阻R调小，该探测仪的灵敏度提高 C．若存在磁铁矿，则指示灯亮；若将电阻R调大，该探测仪的灵敏度提高 D．若存在磁铁矿，则指示灯亮；若将电阻R调小，该探测仪的灵敏度提高 【解析】　本题考查的是简单逻辑电路的问题。GMR在外磁场作用下，电路中的总电阻在减小，电源电压不变的情况下，指示灯的电路电流变小，但由于是非门，所以通过指示灯的电流变大，灯变亮，若将电阻R调大，则经过非门，指示灯越亮，从而提高了该探测仪的灵敏度，答案选C。 【答案】　C 6．图甲为一种家用门磁防盗报警器，由磁条和主机组成，门窗均可使用。乙图为其简化示意图，安装时，将磁条固定在门框上，主机安装在与其等高的门板边缘，门关上时，两者刚好靠在一起。当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声。下列有关说法正确的是(　　) A．触发器内是一个开关，当主机与磁条靠近时，开关是断开的 B．触发器可以由铜制成 C．磁条的两极对调后，该报警器不能正常工作 D．本装置是利用电流的磁效应工作的 【解析】　A．门关上时，磁条与主机刚好靠在一起，此时报警器不工作，说明电路是断开的；当主机开关闭合时，若门被打开，磁条与主机分离，主机内的触发器就会工作，带动报警器发出报警声，说明此时触发器内开关是闭合的，选项A正确；B.触发器与磁条之间存在磁力的作用，所以触发器不可能是铜制成的，因为铜没有磁性，选项B错误；C.无论磁条哪个磁极靠近触发器，都存在磁力作用，所以两极对调后，该报警器仍能正常工作，选项C错误；D.本装置是利用磁体能够吸引磁性物体的特点工作的，选项D错误；故选A。 【答案】　A 7．如图所示为一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的(　　) A．温度升高至74 ℃时，L1灯亮报警 B．温度升高至74 ℃时，L2灯亮报警 C．温度升高至78 ℃时，L1灯亮报警 D．温度升高至78 ℃时，L2灯亮报警 【解析】　由题干中图可知：金属丝下端所指的示数为78 ℃；当温度升高到78 ℃，水银温度计顶端封入的一段金属丝就和水银相接，接通电路，电磁铁有了磁性，把衔铁吸引下来，L2亮，报警。故选D。 【答案】　D 8．(多选)在一些学校教室为了保证照明条件，采用智能照明系统，在自然光不足时接通电源启动日光灯，而在自然光充足时，自动关闭日光灯，其原理图如图所示。R为一光敏电阻，L为一带铁芯的螺线管，在螺线管上方有一用细弹簧系着的轻质衔铁，一端用铰链固定在墙上可以自由转动，另一端用一绝缘棒链接两动触头。有关这套智能照明系统工作原理描述正确的是(　　) A．光照越强，光敏电阻阻值越大，衔铁被吸引下来 B．在光线不足时，光敏电阻阻值变大，电流小，衔铁被弹簧拉上去，日光灯接通 C．上面两接线柱应该和日光灯电路连接 D．下面两接线柱应该和日光灯电路连接 【解析】　A．光照越强，光敏电阻阻值越小，电流越大，故衔铁被吸引下来，选项A错误；BCD.在光线不足时，光敏电阻阻值变大，电流减小，故衔铁被弹簧拉上去，点亮照明灯，故上面两接线柱应该和日光灯电路连接，选项BC正确，D错误；故选BC。 【答案】　BC 9．门窗防盗报警装置 (1)实验器材和装置 干簧管作为传感器，用于感知磁体磁场是否存在。继电器(虚线框部分)作为执行装置。发光二极管LED作为电路正常工作提示，R为发光二极管的限流电阻，起保护作用。蜂鸣器H作为报警提醒。电路设计如图。 (2)电路工作原理 当门窗紧闭时，磁体M靠近干簧管SA，干簧管两簧片被磁化相吸，继电器接通而工作。当门窗开启时，磁体离开干簧管，干簧管失磁断开，继电器被断电，动触点c与常闭触点b接通，蜂鸣器H发声报警。 (3)实验操作 ①检查干簧管：用 ________ 直接靠近干簧管，观察干簧管簧片能否正常动作。 ②连接电路：连接电路前，要检查其他元件是否也能正常工作。 ③接通电源后，将 ________ ，分别观察实验现象。 【解析】　①用磁体直接靠近干簧管，观察干簧管簧片能否正常动作。③接通电源后，将磁体靠近和离开干簧管，分别观察实验现象。 【答案】　磁体　磁体靠近和离开干簧管 B能力提升 10．(多选)如图所示，用小灯泡模仿光控电路，A、Y之间为斯密特触发器，RG为光敏电阻，R1为可变电阻；J为继电器的线圈，Ja为它的常开触点，下列说法正确的是(　　) A．天色变暗时，A端输入高电平，继电器吸引Ja，路灯点亮 B．要想在天色更暗时，路灯才会点亮，应把R1的阻值调大些 C．要想在天色更暗时路灯才会点亮，应把R1的阻值调小些 D．二极管的作用是继电器释放Ja时提供自感电流的通路，防止损坏集成电路 【解析】　A．天色变暗时，光敏电阻阻值较大，则RG两端的电势差较大，所以A端的电势较高，继电器工作吸引常开触点Ja，路灯点亮，故A正确；BC.当A端电势较高时，路灯会亮，天色更暗时光敏电阻的阻值更大，则RG两端的电势差更大，A端的电势更高；要想在天色更暗时路灯才会点亮，必须使光敏电阻分担的电压降低，根据串联分压可知应把R1的阻值调大些，故B正确，C错误；D.天色变亮时，A端输入低电平，继电器不工作释放常开触点Ja，继电器的线圈会产生自感电动势，二极管与继电器的线圈串联构成闭合回路，防止损坏集成电路，故D正确。故选ABD。 【答案】　ABD 11．如图所示是一种烟雾报警器的控制电路图，其简化原理是调节可变电阻R1使U23＝0，当有烟雾时，开始触发工作，其中Rg是光敏电阻，由此可知，要使开始工作，则应满足(　　) A．φ2＞φ3　　　　　　　 B．φ2＜φ3 C．φ2＝φ3 D．无法判断 【解析】　规定电源负极的电势为零， 则φ3＝保持不变， 而φ2＝＝ 当有烟雾时，光敏电阻Rg增大，φ2增大，所以当φ2＞φ3时，控制电路开始工作。故选A。 【答案】　A 12．在温度为10 ℃左右的环境中工作的自动恒温箱简图如图甲所示，箱内电阻R1＝20 kΩ，R2＝10 kΩ，R3＝40 kΩ，Rt为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图像如图乙所示。当a、b端电压Uab<0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当Uab≥0时，电压鉴别器使S断开，停止加热，恒温箱内的温度恒定在 ________ ℃。 甲 乙 【解析】　设电路路端电压为U，当Uab＝0 恒温的温度出现，此时有＝ 代入数据解得Rt＝20 kΩ 由图乙可知，此时对应的温度为35 ℃。 【答案】　35 13．如图所示是饮水器的自动控制电路，左边是一个在水温较低时对水加热的容器，内有密封绝缘的电热丝发热器和接触开关S1。只要有水浸没S1，它就会导通；水面低于S1时，不会加热。 (1)Rx是一个热敏电阻，低温时呈现高电阻，右边P是一 ________ (选填“与”、“或”或“非”)逻辑门，接在0～5 V电源之间，图中J是一个继电器，可以控制发热器工作与否。Ry是一个可变电阻，低温时Rx应 ________ (选填“远大于”或“远小于”)Ry。 (2)请阐述此饮水机的自动加热原理 ________________________________ 。 【解析】　(1)与　远大于 (2)当水温较低时，Rx阻值较大，A为高电势，且有水浸没S1，B也为高电势，则Q、C之间才有高电压输出，电磁继电器有电流通过，将吸动S2闭合，发热器工作。 【答案】　(1)与　远大于　(2)见解析 14．在实际应用中有多种自动控温装置，以下是其中两种控温装置：图(a)为某自动恒温箱原理图，箱内的电阻R1＝2 kΩ，R2＝1.5 kΩ，R3＝4 kΩ，Rt为热敏电阻，其电阻随温度变化的图像如图(b)所示。当a、b两点电势Ua＜Ub时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当Ua＞Ub时，电压鉴别器会使S断开，停止加热 (1)则恒温箱内的稳定温度为 ______ ℃；恒温箱内的电热丝加热时Rt的取值范围为 ________ 。 (2)有一种由PTC元件做成的加热器，它产生的焦耳热功率PR随温度t变化的图像如图(c)所示。该加热器向周围散热的功率为PQ＝k(t－t0)，其中t为加热器的温度，t0为室温(本题中取20 ℃)，k＝0.1 W/℃。 ①当PR＝PQ时加热器的温度即可保持稳定，则该加热器工作的稳定温度为 ____ ℃； ②某次工作中，该加热器从室温升高至稳定温度的过程中，下列温度变化过程用时最短的是 ________ 。 A．20 ℃～24 ℃ B．32 ℃～36 ℃ C．48 ℃～52 ℃ D．60 ℃～64 ℃ 【解析】　(1)由题意得：当a、b端电压Uab＜0时，电压鉴别器会令开关S接通，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度提高；当Uab＞0时，电压鉴别器使S断开，停止加热，则当Uab＝0时，恒温箱保持稳定，根据电阻和电压的关系可以求出Rt的值，根据乙图就可以知道温度。 (2)当发热功率与散热温度相等时，物体温度处于恒定，则由图可知其稳定温度。由图可知当温度高于稳定温度时发热功率的变化及发热功率与散热功率间的关系，由功率公式P＝U2/R可知电阻的变化。 【答案】　(1)25　＞3 kΩ　(2)70　B 学科网（北京）股份有限公司 $$