第5章 3 利用传感器制作简单的自动控制装置-【成才之路·练案】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册同步新课程学习指导(人教版)

练案[28]第五章3.利用传感器制 1.如图所示是某保密室的防盗报警电路，当有人 闯入保密室时会使开关S闭合。下列说法正 确的是 A.电磁继电器与发电机工作原理相同 B.电磁铁的磁性强弱只与电流大小有关 C.电磁铁工作时，上端为S极 D.当有人闯入保密室时，b灯亮 2.如图所示为某个恒温箱控温电路的一部分。 其中水银温度计内的水银为导电材料，下面金 属丝B与水银接触，上方金属丝A则可以根 据需要上下调整。控制部分的核心则是一个 电磁继电器，其在通电后会吸引金属片从而使 得加热电路（图中未画出）导通或断开。为了 实现控温效果，加热电路应接在 端； 为提升恒温箱的温度，应将金属丝A A B 宁导 金属丝A 含官 C D 水银温度计 金属丝B A.AB;上升 B.AB;下降 C.CD;上升 D.CD;下降 3.现要组装一个由热敏电阻控制的报警系统，要 求当热敏电阻的温度达到或超过60℃时，系 统报警。提供的器材有：热敏电阻，报警器（内 阻很小，流过的电流超过1。时就会报警)，电 阻箱（最大阻值为999.9Ω），直流电源（输出 电压为U,内阻不计)，滑动变阻器R(最大阻 值为10002)，滑动变阻器R2(最大阻值为 20002),单刀双掷开关一个，导线若干。 在室温下对系统进行调节，已知U约为18V, I。约为10mA;流过报警器的电流超过20mA 一203 作简单的自动控制装置 时，报警器可能损坏；该热敏电阻的阻值随温 度升高而减小，在60℃时阻值为650.02。 (1)在图中完成待调节的报警系统原理电路 图的连线。 报警器 电源 也 电阻箱 开关 滑动变阻器 热敏电阻 (2)电路中应选用滑动变阻器 (填 “R1”或“R2”)。 (3)按照下列步骤调节此报警系统： ①电路接通前，需将电阻箱调到一固定的阻 值，根据实验要求，这一阻值为 2; 滑动变阻器的滑片应置于 (填 “a”或“b”)端附近，不能置于另一端的原 因是 ②将开关向 (填“c”或“d”)端闭 合，缓慢移动滑动变阻器的滑片，直至 (4)保持滑动变阻器滑片的位置不变，将开关 向另一端闭合，报警系统即可正常使用。 4.某同学用光敏电阻和电磁继电器等器材设计 自动光控照明电路。 40f R 30 25 20 15 4 8 零线 火线1 光敏电阻 定值电阻 A B 电源 开关 (c) (1)光强(E)是表示光照强弱程度的物理量， 单位为坎德拉(cd)。如图(a)所示是光敏 电阻阻值随光强变化的图线，由此可得到 的结论是 (2)如图(b)为电磁继电器的构造示意图，其 中L为含有铁芯的电磁铁线圈，P为可绕 O点转动的衔铁，K为弹簧，S为一对触 ，A、B、C、D为四个接线柱。工作时，应 将 (选填“A、B”或“C、D”)接照 明电路。 (3)请在图(c)中用笔画线代替导线，完成实 物电路的连接。 (4)已知电源电动势为3V,内阻很小，电磁铁 线圈电阻R,=20.02,电流超过50mA时 可吸合衔铁。如果要求光强达到2cd时， 照明电路恰好接通，则图(c)中定值电阻 R= 2. 5.小明利用热敏电阻设计了一个“过热自动报警 电路”，如图甲所示（虚线框内的连接没有画 出)。将热敏电阻R安装在需要探测温度的 地方，当环境温度正常时，继电器的上触点接 触，下触点分离，指示灯亮当环境温度超过某 一值时，继电器的下触点接触，上触点分离，警 铃响。图甲中继电器的供电电源E1=5V,内 阻不计，继电器线圈用漆包线绕成，其电阻R。 ! =302。当线圈中的电流大于等于50mA时， 继电器的衔铁将被吸合，警铃响。图乙是热敏 电阻的阻值随温度变化的图像。 E 警铃 A 指示灯 ---- 甲 个R/2 150 120 90 60 30日 0204060801007℃ 乙 (1)由图乙可知，当环境温度为80℃时，热敏 电阻阻值为 2: (2)由图乙可知，当环境温度升高时，热敏电 阻阻值将 (选填“增大”“减小” 或“不变”)，继电器的磁性将 （选 填“增强”“减弱”或“不变”)； —204 (3)图甲中指示灯的接线柱D应与接线柱 相连（选填“A”或“B”); (4)当环境温度大于等于 ℃时，警铃 报警。 ,（2025·河南洛阳市高二月考)如图甲所示为 苹果自动分拣装置的示意图，该装置把大小不 同的苹果，按一定质量标准自动分拣为大苹果 和小苹果。该装置的托盘秤压在一个以O1为 转动轴的杠杆上，杠杆末端压在压力传感器R 上，R的阻值随压力变化的曲线如图乙所示。 调节托盘秤压在杠杆上的位置，使质量等于分 拣标准(0.20kg)的大苹果经过托盘秤时，杠 杆对R的压力为1N。调节可调电阻R。,可改 变R、R。两端的电压比，使质量等于分拣标准 的大苹果通过托盘秤时，R。两端的电压恰好 能使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔 铁，此电压叫作放大电路的激励电压。该放大 电路中包含保持电路，能够确保大苹果在衔铁 上运动时电磁铁始终保持吸动状态。 通道A→ 通道B 托盘秤 02 O11 大 电 电源 路 甲 4R/2 40 30 20 10 01234FN (1)该自动分拣装置正常工作时，大苹果通过 (填“通道A”或“通道B”)。 (2)若电源电动势为5V,内阻不计，放大电路 的激励电压为2V,为使该装置达到上述 分拣目的，R。的阻值等于 kD。 (结果保留两位有效数字) (3)小镇同学想在托盘秤压在杠杆上的位置 不变的情况下，利用一块电压表测出每个 苹果的质量，且电压表的示数随苹果质量 的增大而增大，则电压表应该并联在电阻 （填“R”“R”或“电源”)两端，苹 果质量与电压表示数 (填“均匀” 或“不均匀”)对应。场强度变大，电场力变大，液滴向上运动，故A错误，C、D正 确；由于路端电压减小，R,两端的电压增大，可知，R两端电 压减小，故B错误。 13.D未放被称物体时电压为零，即P1、P2,两点等势，校准零点 时，需要移动滑动头P2,让两滑动头水平对齐，故A、B错误； 放上的被称物体的质量为m时P,滑至B端，弹簧被压缩长 度为L,则有M=(m。+m)g,解得m,=化-m,故C错误； g 设未放被称物体时，两滑动头P,、P2校准零点后距A点的距 离为x。,=mog,设放上的被称物体质量为m时，两滑动头 P1、P2间距离为x,有k(x。+x)=(mg+m)g,设滑动变阻器 最大阻值为R,两滑动头P,、P2间的电阻为R。,由闭合电路 的欧姆定律知两滑动头PL,间的电压为U=R,=片R,叉 滑动变剧器是均匀的，有景-产：联立部得m一总，故D正 Eg 确。 练案[28] 1.D电磁继电器是利用电流的磁效应工作的，发电机是利用电 磁感应原理制成的，选项A错误；电磁铁的磁性强弱和电流大 小、线圈的匝数及有无铁芯有关，选项B错误：根据安培定则 可知，电磁铁工作时，上端为N极，选项C错误：当有人闯入保 密室时会使开关S闭合，电磁铁有磁性，吸引衔铁向下移动，b 灯所在电路接通，b灯亮，选项D正确。 2.A通电后当恒温箱内的温度未达到导电温度计金属丝所指 示的温度时，此时电磁继电器无磁性，衔铁与AB相连，电热丝 被连接在电路中，使恒温箱内温度升高。为提高恒温箱温度， 即金属丝加热使水银温度计内水银上升高度变高后才断开， 因此应将金属丝A上升。 3.(1)见解析图(2)R (3)①650.0b接通电源后，流过报警器的电流会超过 20mA,报警器可能损坏 ②c报警器开始报警 解析：(1)热敏电阻工作温度达到60℃时，报警器报警，故需 通过调节电阻箱使其阻值等于60℃时热敏电阻的阻值，即调 节到阻值650.0D,使报警器能正常报警，电路图如图所示。 报警器 电源 ab☐ 电阻箱 开关 滑动变阻器 热敏电阻 (2)U=18V,通过报警器的电流10mA≤I≤20mA, 放电路中总电凰R=号，即9000≤R≤1801，放滑动变阻 器选R2。 (3)①热敏电阻阻值为650.0D时，报警器开始报警，模拟热 敏电阻的电阻箱的阻值也应为650.02，为防止通过报警器 电流过大，造成报警器烧坏，应使滑动变阻器的滑片置于 b端。 —25 ②实验调试时，将开关置于c端，缓慢调节滑动变阻器，直至 报警器开始报警。 4.(1)随着光强的增加，光敏电阻的阻值迅速下降，进一步增大 光强，阻值减小变缓，然后逐渐趋向平缓(2)C、D(3)如图 所示(4)18 零线 火线 D 光敏电阻定值电阻 电源 开关 解析：(1)由题图(a)可得到的结论是随着光强的增加，光敏 电阻的阻值迅速下降，进一步增大光强，阻值减小变缓，然后 逐渐趋向平缓。 (2)由电磁继电器的工作原理可知，电磁铁连接的是控制电 路，衔铁连通的是工作电路，故工作时，应将C、D接照明 电路。 (3)光敏电阻、定值电阻、开关、电源与L组成控制电路，C、D 与灯泡组成工作电路。 (4)由题图(a)可知，2cd对应的光敏电阻阻值R光敏=182， 6R=50x10x20.0V=1V,1=08+l。=0. E--180. R=I .(1)30(2)减小增强(3)A(4)40 解析：(1)由图乙可知，当环境温度为80℃时，热敏电阻阻值 为302。 (2)由图乙可知，当环境温度升高时，热敏电阻阻值将减小；热 敏电阻阻值减小，则流过继电器的电流增大，磁性增强。 (3)由于继电器的上触点接触，下触点分离，指示灯亮。所以 图甲中指示灯的接线柱D应与接线柱A相连。 (4)当线圈中的电流大于等于50mA时，继电器的衔铁将被 吸合，警铃响。根据欧姆定律E1=I(R,+R),解得R=70Ω， 此时温度为40℃，则环境温度大于等于40℃时，警铃报警。 ,(1)通道B(2)20(3)R不均匀 解析：(1)大苹果通过托盘秤时，R,两端的电压达到放大电路 的激励电压，使放大电路中的电磁铁吸动分拣开关的衔铁，大 苹果进入下面的通道B。 (2)杠杆对R的压力为1N,R阻值为30kD,为使该装置达到 上述分餐日的，儿的阻金考满足是-5，则儿 20k2。 (3)随着苹果质量增大，R阻值减小，分压减小，电源电动势不 变，R。分压增大，为了满足电压表的示数随苹果质量的增大 而增大，需要将电压表并联在R两端。 由图乙可知R的阻值随压力的增大而减小，且不是线性变化 关系。电压表示数为R。两端的电压。苹果质量与压力传感 器上的压力成正比，由闭合电路的欧姆定律得，电路中的电流 与苹果质量不是线性变化关系。苹果质量与电压表示数不均 匀对应。