第5章 第3节 利用传感器制作简单的自动控制装置-【学霸黑白题】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（人教版）

第3节利用传感器制1 白题 基础过关 题型1报警装置 1.如图是某同学设计的防盗门报警器的简化电 路.门打开时，光敏电阻R受到红外线照射， 电阻减小；门关闭会遮蔽红外线光源（红外线 光源没有画出)，经实际试验，灯的亮灭能反 映门的开关状态.与门关闭时相比，门打开时 两灯的发光情况以及R2两端的电压U,变化 情况分别是 () A.红灯亮，U2变大 B.绿灯亮，U2变大 C.绿灯亮，U,变小 D.红灯亮，U,变小 a o 绿灯 -220V 衔铁 挡板 R 电磁 继电器 R 外罩 (第1题) (第2题) 2.如图所示的是某火灾报警器的原理图：罩内装 有发光二极管LED、光电三极管和不透明的 挡板.平时光电三极管接收不到LED发出的 光，呈现高电阻状态，发生火灾时 () A.进入罩内的烟雾遮挡光线，光电三极管电 阻变大，检测电路检测出变化发出警报 B.发生火灾时，光电三极管因为温度升高，电 阻变小，所以检测电路检测出变化发出警报 C.发生火灾时，因为进入罩内的烟雾对光有 散射作用，部分光线照到光电三极管上，电 阻变小，所以发出警报 D.以上说法均不正确 题型2光控开关 3.(2023·河南安阳一中模拟)某学校创建绿色 校园，如图甲为新装的一批节能路灯，该路灯 通过光控开关实现自动控制如图乙为其内部 控制电路简化原理图，a、b端接路灯电源的开 第五章 简单的自动控制装置 限时：15min 关，要求Ub 大于某一值 R 时，接通路 E.r 灯电路，该 控制电路中 乙 电源电动势为E,内阻为r,R,为光敏电阻.现 增加光照强度，则 A.路端电压不变 B.R。两端电压变大 C.指示灯变暗，U变大D.总功率不变 4.(2023·山西太原期中)如图甲所示，某同学 设计了一种“闯红灯违规证据模拟记录器” 它的工作原理是：当光控开关接收到某种颜 色光时，开关自动闭合，且当压敏电阻受到车 的压力，它的阻值变化引起电流变化达到一 定值时，继电器的衔铁就被吸下，工作电路中 的照相机就工作，拍摄违规车辆.光控开关未 受到该种光照射就自动断开，衔铁不被吸引， 工作电路中的指示灯发光. (1)要记录车辆违规闯红灯的情景，光控开关 应在接收到 （填“红”“绿”或 “黄”)光时自动闭合， 指示灯。 R/2 240 180 电控照相机 120 继电器 光控 0 ☐开关 控制电路压敏电阻R 4812 F(×103N 甲 乙 (2)已知控制电路的电源电动势为6V,内阻 为12，继电器电阻为R。=92,当控制电 路中电流大于0.06A时，衔铁会被吸引，如 图乙所示，则只有质量超过 kg的 车辆违规时才会被记录.（g取10N/kg) 黑白题099 黑题 应用提优 1.（2024·山东德州期末)货梯设置了超载自动 报警系统，其简化电路如图所示，货梯箱底层 装有压敏电阻R,R2为滑动变阻器，K为动触 点，A、B为静触点当出现超载情况时，电铃将 发出报警声，电动机停止工作.则下列说法正 确的是 ( 0电源0 A K A.电磁铁的上端为S极 B.压敏电阻所受压力越大，电磁铁的磁性 越强 C.压敏电阻的阻值随压力的增大而增大 D.如果要使货梯设定的超载质量变大，那么 滑动变阻器R2的滑片P向右滑动 2.(多选)目前有些居民区内楼道灯的控制使用 的是一种延时开关该延时开关的简化原理图 如图所示.图中D是红色发光二极管（只要有 很小的电流通过就能使其发出红色亮光)，R 为限流电阻，K为按钮开关，虚线框内S表示 延时开关电路.当按下K接通电路瞬间，延时 开关触发，相当于S闭合.释放K后，延时开 关S约在1min后断开，电灯熄灭.根据上述信 息和原理图，我们可推断 220 A.按钮开关K按下前，发光二极管是熄灭的 B.按钮开关K按下前，发光二极管是发光的 选择性必修第二册·RJ 限时：20min C.按钮开关K按下再释放后，电灯L发光持 续时间约为1min D.限流电阻的阻值R和灯丝电阻R相比，应 满足R>R 压轴挑战 3.报警器工作时需要较大的电流，而 干簧管所处空间的磁场只要磁感 应强度大于等于某一较小的值，干簧管就会 接通电路.为了节省电能，某同学设计了如图 1所示的以热敏电阻和干簧管为传感器的自 动低温报警装置，当温度小于等于T。时报警 器就会自动报警 (1)热敏电阻分为正温度系数(PT℃)热敏电 阻和负温度系数(NTC)热敏电阻.正温 度系数热敏电阻的阻值随温度升高而增 大，负温度系数热敏电阻的阻值随温度 升高而减小.那么该报警装置中的热敏 电阻属于 (填“PTC”或“NTC”) 热敏电阻， (2)要增大报警温度T,在其他条件不变的 情况下，应该将滑动变阻器A的滑动触 头 （填“向左”或“向右”)移动 (3)现有甲、乙、丙、丁4个热敏电阻，它们的 阻值随温度变化的图像如图2所示.现 要求该温度报警装置的灵敏度尽量高 些，则接入电路中的热敏电阻应该选用 (填“甲”“乙”“丙”或“丁”) E,报警器 ↑R 电源干簧管 螺线管 热敏电阻 图1 图2 进阶突破拔高练P16 黑白题100压变大，则电压表示数变大，故B错误：C.可变电阻阻值调 小时，电压表示数变小，需要升高温度减小热敏电阻阻值，使 电压表示数大于U,控制开关接通电路，排风扇开始工作，故 C正确：D.若用金属热电阻代替半导体热敏电阻，当温度升 高时，其阻值增大，导致电压表示数变小，则开关会处于断开 状态，起不到散热排风的作用，故D错误故选C. 8.D解析：AB当悬挂物体变轻时，金属丝的长度变短，由于 金属丝的体积不变，再结合电阻定律有V=SL,R=p了 2 P,可知金属丝电阻变小，由闭合电路欧姆定律可知，电流 表示数变大，电压表示数变小，AB错误；C.电压表与电流表 示数之比为金属丝的阻值，根据选项AB的分析知金属丝电 阻变小，故电压表与电流表示数比值变小，C错误；D.电压表 与电流表示数变化之比为电源内阻与滑动变阻器阻值之和， 故保持不变，D正确.故选D. 9.C解析：当h减小时，正对面积减小，根据电容器的决定式 8.S C=4d电容器的电容减小，反之，h增大，电容增大故C 增大，说明h增大：C减小，说明h减小.故选C. 10.D解析：A.由安培定则可判断出左侧线圈产生的磁场方 向向上，经铁芯后在霍尔元件处的磁场方向向下，故A正 确；B通过霍尔元件的磁场方向向下，由左手定则可知，霍 尔元件中电子受到的电场力向右，电子偏向接线端2，则接 线端2的电势低于接线端4的电势，故B正确：C.仅将电源 E,、E2反向接入电路，磁场反向，电流反向，霍尔元件中电 子受到的电场力不变，电压表的示数不变，故C正确；D若 适当减小R1,电流产生的磁场增强，通过霍尔元件的磁场 增强：增大R,,流过霍尔元件的电流减弱，霍尔元件产生电 压U上k可能减小，电压表示数可能藏小，故D不正确，本 题选不正确的，故选D. 黑题 应用提优 1.C 2.C解析：A.在0~t,时间内电流不变，则压敏电阻的阻值不 变，所受的压力不变，加速度不变，故A错误；BC.在t1~t2时 间内，电流减小，则压敏电阻的电阻变大，所受的压力减小， 则加速度减小，即小车做加速度减小的加速运动，故B错误， C正确；D.在t2~t时间内电流不变，与0~t时间内比较，电 流变小了，则压敏电阻的阻值变大，所受的压力减小了，加速 度减小了，但是这段时间内加速度不一定为0，则小车不一 定做匀速直线运动，故D错误.故选C. 3.C解析：A.A端为高电势时，Y端从高电势跳到低电势，小 于蜂鸣器工作的电压，不报警，A错误：B.温度升高，热敏电 阻阻值减小，B错误；C.滑片P向b端移动，连入电路中电阻 成个，根装中聚电路特点，有二受希使深省时电势不变 则A端电势不变，RT应减小，即温度升高，所以滑片P向b 端移动，可提高温度报警器的报警温度，C正确；D.在温度 变化的过程中斯密特触发器能为蜂鸣器提供稳定的高电压 或低电压，若无斯密特触发器，将R。与R调换位置，随着温 选择性必修第二册·RJ 度的变化，R?的阻值会变化，蜂鸣器两端的电压会随之变 化，不能为蜂鸣器提供稳定的高电压或低电压，故D错误 压轴挑战 4.C解析：A.根据gwB=g g得，U.=Bh,由电流的微观定义 式：I=neS,n是单位体积内的电子数，e是单个导电粒子所 带的电荷量，S是导体的横截面积，"是导电粒子运动的速 度靠理得后联立解得儿. ,可知用霍尔元件可以测 量磁场的磁感应强度，保持电流不变，霍尔电压U与车速大 小无关，故A错误.B.车速越快，磁铁每次经过霍尔传感器 的时间越短，脉冲宽度△：越小，故B错误CD.由题意，自行 车的转速为N,车速为v=2πWR2,故C正确，D错误故选C 第3节利用传感器制作简单的自动控制装置 白题基础过关 1.D2.C3.B 4.(1)红(2)400 解析：(1)据题，要记录违规闯红灯的情景，光控开关应在接 收到红光时自动闭合 （②)根据衍合电路欧蜗定律有1-后，电路中的总电阻R。: E-1000,压敏电阻的阻值为R=1000-100=900,查图 乙可知，当R=90D时，压敏电阻所受的压力F=4000N,根 据G=mg得m= _=400 kg. 黑题 应用提优 1.B解析：A.电磁铁线圈通入电流时，由安培定则可知电磁 铁的上端为N极，A错误；BC.由题意可知，当出现超载情况 时，压敏电阻所受压力变大，电铃将发出报警声，电动机停止 工作，可知电磁铁上端的衔铁被吸下，由此可知压敏电阻所 受压力越大，电磁铁线圈中的电流越大，电磁铁的磁性越强， 则压敏电阻的阻值越小，即压敏电阻的阻值随压力的增大而 减小，B正确，C错误；D.电磁铁上端的衔铁被吸下的最小电 流不变，如果要使货梯设定的超载质量变大，即货物的质量 较大时，电铃将发出报警声，可知电磁铁电路中开始设置的 电流较小，即电路的总电阻值较大，由闭合电路欧姆定律可 知，那么滑动变阻器R,的滑片P向左滑动，D错误.故选B. 2.BCD解析：按钮开关K按下前，延时开关S是断开的，有电 流经过发光二极管，故发光二极管是发光的，选项A错误， 选项B正确.当按下按钮开关K后，延时开关S闭合，二极管 和电阻R被短路，二极管不发光，由于延时开关S约1min 后断开，故电灯L能持续发光约1min,选项C正确.R为限流 电阻，二极管只要有很小的电流通过就能发光，且为了保证 K按下前电灯不发光，应满足R>R,选项D正确故选BCD. 压轴挑战 3.(1)PTC(2)向左(3)甲 解析：(1)要做到当温度小于等于T。时报警器就会自动报 警，即温度变低时，螺线管中的电流变大，则热敏电阻的阻值 应减小，即用阻值随温度降低而减小的正温度系数热敏电 黑白题38 阻，那么该报警装置中的热敏电阻属于PTC热敏电阻. (2)要增大报警温度T。,则在热敏电阻阻值变大时也能报 警，在其他条件不变的情况下，应该减小滑动变阻器A的阻 值，即将滑动变阻器A的滑动触头向左移动. (3)所用的热敏电阻应该是正温度系数热敏电阻，则可排除 丙和丁：要求该温度报警装置的灵敏度尽量高些，即温度变 化相同时电阻变化较大，故应该选甲， 第五章章末检测 1.A2.C 3.B解析：A.干簧管是通过感知磁场的变化来控制电路的通 断的，没有利用电磁感应原理，故A错误：B.根据电路原理 可知，只有当电路中电流达一定值时，干簧管才会接通电路， 所以增大电阻箱R的阻值时，相同光照下电路中电流减小， 为了达到报警时的电流，应让光敏电阻的阻值更小，即光照 更强，故B正确；C.增加电源B的电动势，由B中分析可知， 光敏电阻阻值较大时即可报警，即光照较弱时即会报警，故 C错误：D.A是给报警器供电，所以增加电源A的电动势，对 控制电路没有影响，所以报警时的光照强度没有变化，故 D错误故选B. 4.D解析：A.增大电阻箱R1的阻值，则红外光源发出的红外 线强度减小，若烟雾浓度降低，则光敏电阻接收的光强降低， 阻值变大，螺线管的电流减小，干簧管中的两个簧片不能被 磁化而接通，蜂鸣器不能报警，选项A错误：B.同理，若烟雾 浓度降低，则光敏电阻接收的光强降低，阻值变大，若再增大 电阻箱R,的阻值，则螺线管的电流减小，则干簧管中的两个 簧片不能被磁化而接通，蜂鸣器不能报警，选项B错误； C.增大电源E,的电动势，对干簧管的通断无影响，选项 C错误：D.增大干簧管上线圈的匝数，可增大螺线管磁性， 在电流减小时也能使干簧管中的两个簧片被磁化而接通，触 发蜂鸣器报警，选项D正确故选D. 5.D解析：AB.在时间t1至t2内，由-t图像知电流均匀增 大，说明压敏电阻的阻值逐渐变小，可知压敏电阻所受的压 力逐渐变大，由牛顿第三定律知，绝缘重球受到向右的弹力 变大，重球的水平方向合外力变大，小车向右做加速度变大 的加速直线运动，故AB错误；CD.在时间t2至t3内，由I-t 图像知电流不变，压敏电阻阻值不变，可知其所受压力不变！ 由牛顿第三定律知绝缘重球受的向右的弹力不变，此过程电 流最大，压敏电阻的阻值应该最小，弹力应该最大，重球的水 平方向合外力最大且不变，小车向右做匀加速直线运动，故 C错误，D正确故选D. 第五章真题演练 黑题真题体验 1.C解析：AB.由题意可知水位越高，对压力传感器的压力越 大，压力传感器的电阻值越小.控制开关自动开启低水位预 警时，水位较低，压力传感器的电阻值较大，由于a、b两端此 时的电压大于)，根据串联电路电压分配特点可知，R,为压 力传感器，故高水位时压力传感器的电阻值较小，R1压力传 感器两端电压变小，U1>U2,AB错误；CD.根据闭合电路欧 参考答案与解析 姆定律可知，a、b两端的电压为U= R4 若 1+ R 定值电阻的阻值越大，当开启低水位预警时，α、b两端的电 压略大于U1,R1压力传感器阻值需要越大，则水位越低；当 a、b两端的电压略小于U2时，开启高水位预警，R1压力传感 器阻值需要越大，则水位越低，C正确，D错误.故选C. 2.C 3.(1)如图所示(2)1.8(3)25.5 热敏电阻 R E 解析：(1)滑动变阻器用分压式，电压表可视为理想电表，所 以毫安表外接(2)由部分电路欧姆定律得R=V 3.0x100≈1.8kn.(3)由图可以直接读出该电阻的阻值 5.5 为2.2kD时对应的温度约为25.5℃. 全书综合检测 1.C 2.A解析：根据安培力为零可知，合磁感应强度的方向与电 流的方向平行，可知B2的最小值为B2min=B,sin60°=√5T, 则B2≥√3T,B,的大小不可能的是1T.故选A. 3.D解析：A.两次t=0时刻线圈产生的感应电动势均为零， 可知此时穿过线圈的磁通量变化率均为零，但穿过线圈的磁 通量均最大，故A错误；B.由图乙可知，曲线a表示的交变 电动势的最大值为30V,故B错误；C.根据图乙可知，曲线 a、b对应的周期之比为T。:T。=2:3,则角速度之比为w。: w,=T。:T。=3:2,根据电动势最大值表达式En=NBSw,可 知曲线a、b对应的电动势最大值之比为Em:Em=w。: ω，=3：2，可得曲线b表示的交变电动势最大值为Em= 20V,曲线6表示的交变电动势有效值为B, Ee=102V, 故C错误；D.根据ω=2πn,可知曲线a、b对应的线圈转速之 比为n。:n,=w。:w=3:2,故D正确.故选D. 4.B 5.A解析：A.若A板此时已经带正电，电容器在放电，电场 能正向磁场能转化，则电流i正在增大，故A正确；B.若A板 此时已经带负电，电容器在充电，磁场能正向电场能转化，电 容器两极板间的电场能正在增大，故B错误；C.根据f= ，若在线圈中插入铁芯，自感系数增大，振荡频率减 2π√JLC E 小，故C错误；D.根据C 4a当减小电容器两极板之间的 距离时，电容器的电容C增大，由振荡频率∫= 一知，振 2π√/TC 荡频率减小，故D错误故选A. 黑白题39