5.3 利用传感器制作简单的自动控制装置 分层同步练习 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

3. 利用传感器制作简单的自动控制装置 一、必备知识基础 题组一 自动控制电路的分析与设计 1.一温度自动报警器的原理图如图所示,在水银温度计的顶端封入一段金属丝,下列说法正确的是(　　) A.温度升高至74 ℃时,灯L1亮报警 B.温度升高至74 ℃时,灯L2亮报警 C.温度升高至78 ℃时,灯L1亮报警 D.温度升高至78 ℃时,灯L2亮报警 2.某宾馆的房卡如图甲所示,只有把房卡插入特定卡槽中,房间内的灯和插座才会有电。房卡的作用相当于一个　　　　(填电路元件名称)接在干路上。如图乙所示,当房客进门时,只要将带有磁体的卡P插入盒子Q中,这时由于簧片被磁化,开关B接通,通过继电器J使整个房间的电器的总开关接通,房客便能使用室内各种用电器。当继电器工作时,c、d相吸,a、b便接通。请你将各接线端1、2、3、4、5、6、7、8、9、10适当地连接起来,构成正常的电门卡电路。  3.电饭煲的工作原理如图所示,可分为两部分。控制部分:由S1、S2、定值电阻R1和黄灯组成。工作(加热)部分:由发热电阻R3、定值电阻R2和红灯组成。S1是一个磁钢限温开关,手动闭合,当此开关的温度达到居里点(103 ℃)时,自动断开,且不能自动复位,S2是一个金属片自动开关,当温度在70 ℃~80 ℃时,自动断开,低于70 ℃时,自动闭合,红灯、黄灯是指示灯,通过它们的电流必须较小,所以R1、R2起　　　作用。R3是发热电阻,接通电源并闭合S1后,黄灯熄而红灯亮,R3发热,当温度在70 ℃~80 ℃时,S2断开,当温度达到103 ℃时饭熟,S1断开,当温度降到70 ℃以下时,S2闭合,电饭煲处于保温状态。由以上描述可知R2　　　　(选填“<”“=”或“>”)R3,当用电饭煲烧水时,S1　　　　(选填“会”或“不会”)自动断开。  题组二 光控开关的应用 4.某小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置如图所示,R1为光敏电阻,R2为定值电阻,A、B接监控装置。则(　　) A.当有人通过而遮住光线时,A、B之间电压升高 B.当有人通过而遮住光线时,A、B之间电压不变 C.当仅增大R2的阻值时,可增大A、B之间的电压 D.当仅减小R2的阻值时,可增大A、B之间的电压 二、关键能力提升 5.高速路入口都安装有称量汽车重量的地磅。如图甲所示是某工厂生产的小型地磅结构图和电路图,其中R是压敏电阻,质量m0=500 kg的秤台平放在压敏电阻上,被称汽车停放在秤台上。已知电路中电源电动势为26 V、内电阻r=10 Ω,电流表量程为0.3A、内阻RA=10 Ω,滑动变阻器R'的最大阻值为500 Ω.如图乙是压敏电阻的阻值R随压力F变化曲线。某设计人员对电流表上刻度重新赋值,使之能够从表盘上直接读出秤台上汽车的质量,他先后进行了以下操作。重力加速度g取10 m/s2。 甲 乙 　丙 (1)断开开关S,撤去秤台上的汽车,把多用电表的旋钮旋到欧姆挡“×10挡”,通过正确调零后,用红、黑表笔接在压敏电阻两端,多用电表的表针指到如图丙所示位置,则压敏电阻R此时的电阻值为　　　　 Ω。  (2)闭合开关S,设计人员通过调节滑动变阻器,使电流表读数为0.10 A,并在此处标注为0 kg,则此时滑动变阻器R'接入电路的电阻值为　　　　 Ω;2 500 kg处应标注在　　　　 A处。  (3)设计人员按上述操作逐个刻度赋值后,经长时间使用,发现电池的电动势略有减小、内电阻有所增大。他重新调节滑动变阻器,使秤台空载时电流表读数仍为0.10 A,然后再去测量汽车的重量。现在的测量值相比汽车真实重量　　　　(选填“偏大”“偏小”或“不变”)  6.(2025盐城名校联考)国家有关酒驾的裁量标准如下: 酒精检测仪是交警执法时通过让司机呼气来检测司机是否酒驾的检测工具。现有一个酒精检测仪的主要元件“酒精气体传感器”,即气敏电阻,气敏电阻的阻值随酒精气体浓度的变化而变化,下表显示了某气敏电阻Rx的阻值随酒精气体浓度的变化情况。 为了较准确测量酒精气体浓度为0.35 mg/mL时气敏电阻Rx的阻值,实验室提供如下器材。 A.电流表A1(0~100 mA,内阻约为15 Ω) B.电流表A2(0~0.6 A,内阻约为5 Ω) C.电压表V1(0~5 V,内阻约为5 kΩ) D.电压表V2(0~15 V,内阻约为20 kΩ) E.滑动变阻器R1(阻值范围为0~20 Ω,允许通过的最大电流为2 A) F.滑动变阻器R2(阻值范围为0~5 Ω,允许通过的最大电流为0.2 A) G.待测气敏电阻Rx H.电源E(电动势为6 V,内阻r约为2 Ω) I.开关和导线若干 J.恒温检测室 (1)在如图甲所示的虚线框中画出测量Rx阻值的实验电路图。 甲 (2)为使测量尽量准确,实验时滑动变阻器应选　　　　,电压表应选　　　　,电流表应选　　　　。(填器材前面的字母)  (3)某同学用该气敏电阻Rx设计了一个测定酒精气体浓度的电路用来检测是否酒驾,如图乙所示,该电路使用一个电压表,正常工作时,若被测气体酒精浓度为0,电压表指针满偏。使用一段时间后,电源电动势会稍变小,内阻会稍变大,保持滑动变阻器滑片不动,则酒精气体浓度的测量值将　　　　(选填“偏大”或“偏小”)。  乙 参考答案 1.D　解析 当温度低于78 ℃时,线圈中没有电流,此时仅灯L1、L2都不亮,不报警;当温度升高至78 ℃时,线圈中有电流,磁体吸引衔铁,灯L2被接通,所以灯L2亮报警,故选D。 2.解析 房卡可以控制房间内的灯和插座,房卡不插入特定卡槽中,房间内所有的灯和插座都不工作,所以房卡相当于干路上的开关。将开关B与电源E、线圈连成一个回路,将三个灯泡所在电路与交流电源接成回路,即按8-7、4-5、6-9、1-3、2-10连接起来,构成正常的电门卡电路,如图所示。 答案 开关　图见解析 3.解析 通过红灯、黄灯的电流必须较小,根据欧姆定律可知R1、R2起限流作用;R3是发热电阻,要产生很大的热量,所以通过R3的电流要大一点,而通过R2的电流要小一点,且并联电路两端电压相等,根据欧姆定律可知R2>R3;当用电饭煲烧水时,温度达不到居里点(103℃),S1不会自动断开。 答案 限流　>　不会 4.C　解析 R1是光敏电阻,有光照射时,电阻变小,当有人通过而遮住光线时,R1的阻值变大,回路中的电流I减小,A、B间的电压U=IR2减小,故A、B项错误;由闭合电路欧姆定律得U=E-I(R1+r),当仅增大R2的阻值时,电路中的电流减小,A、B间的电压U增大,故C项正确;当仅减小R2的阻值时,电路中的电流增大,A、B间的电压U减小,故D项错误。 5.解析 (1)欧姆挡选择“×10挡”,则阻值为16.0×10 Ω=160 Ω。 (2)当仅有秤台时,压敏电阻的阻值为160 Ω,根据闭合电路欧姆定律得E=I(R+R'+RA+r),解得R'=80 Ω,2 500 kg的物体在秤台上时,此时压力为(2 500+500)×10 N=3×104 N,压敏电阻的阻值约为100 Ω,根据闭合电路欧姆定律得E=I1(R1+R'+RA+r),解得I1=0.13 A。 (3)根据E=I(R+R'+RA+r),可得R=-R'-RA-r,电池的电动势偏小,则相同的电流下,R的阻值偏小,结合题图乙可知汽车的质量的测量值偏小。 答案 (1)160　(2)80　0.13　(3)偏小 6.解析 (1)因滑动变阻器阻值均比较小,所以采用分压接法,又由Rx<,采用电流表外接法,故实验电路图如图所示 (2)滑动变阻器F的额定电流太小,所以滑动变阻器选择E;根据表格,酒精气体浓度为0.35 mg/ml时气敏电阻的阻值约为40 Ω,电源电动势为6 V,电压表选择C;通过气敏电阻的最大电流为I= A=150 mA,电流表选择A。 (3)电压表满偏时,根据闭合电路欧姆定律得Um=Rx,使用一段时间后,电源电动势稍微变小,内阻稍微变大,调节R1后,电压表仍然能满偏,因为电动势变小,回路的总电阻变小,电表的刻度必须随之变小才能准确测量,因为保持滑动变阻器滑片不动,电表刻度没有随着更改,所以酒精气体浓度的测量值将偏大。 答案 (1)见解析图　(2)E　C　A　(3)偏大 学科网（北京）股份有限公司 $