3利用传感器制作简单的自动控制装置 课后训练提升 基础巩固 一、选择题（第1~3题为单选题，第46题为多选题） 1.下列情况不可能是由于水位控制装置损坏引起的是() A.洗衣机不加水 B.洗衣机加水不能自动停止 C.洗衣机不排水 D洗衣机不洗衣 答案C 解析：洗衣机水位控制装置正常，才能正常加水，且加到合适的水位，若损坏可能导 致一直不加水或一直不停地加水，所以选项A、B可能：而这两种情况都会导致洗 衣机洗衣程序不工作，所以选项D可能；洗衣机排水不需要水位控制，选项C不可 能。 2.下列器件是应用力传感器的是( A.鼠标 B.火灾报警器 C.测温仪 D.电子秤 答案D 解析：鼠标中的传感器是红外线接收管，属于光传感器：火灾报警器中传感器是光 电三极管，属于光传感器：测温仪用的是温度传感器：电子秤的敏感元件是应变片， 是力传感器，选项D正确。 3.下列说法正确的是() A.电饭锅中的温度传感器的主要元件是氧化铁 B.氧化铁在常温下具有铁磁性，温度很高时失去铁磁性 C用电饭锅烧水，水开时能自动断电 D.用电饭锅煮饭时，温控开关自动断电后不能自动复位 答案D 解析：电饭锅的主要元件为感温铁氧体，它在103℃时失去铁磁性，选项A、B错 误：用电饭锅烧水时，在标准大气压下，水温最高为100℃，电饭锅不会自动断电，若 无人控制，则会直到水全部蒸发后才会断电，选项C错误：电饭锅开关自动断电后 只能手动复位，选项D正确。 4.下图为某商厦安装的光敏电阻自动计数器的示意图。其中A为光源，B为由电 动机带动匀速运行的自动扶梯，R1为光敏电阻，R2为定值电阻。每当扶梯上有顾 客经过，挡住由A射向R1的光线时，计数器就计数一次。下列说法正确的是
3 利用传感器制作简单的自动控制装置 课后· 基础巩固 一、选择题(第 1~3 题为单选题,第 4~6 题为多选题) 1.下列情况不可能是由于水位控制装置损坏引起的是( ) A.洗衣机不加水 B.洗衣机加水不能自动停止 C.洗衣机不排水 D.洗衣机不洗衣 答案:C 解析:洗衣机水位控制装置正常,才能正常加水,且加到合适的水位,若损坏可能导 致一直不加水或一直不停地加水,所以选项 A、B 可能;而这两种情况都会导致洗 衣机洗衣程序不工作,所以选项 D 可能;洗衣机排水不需要水位控制,选项 C 不可 能。 2.下列器件是应用力传感器的是( ) A.鼠标 B.火灾报警器 C.测温仪 D.电子秤 答案:D 解析:鼠标中的传感器是红外线接收管,属于光传感器;火灾报警器中传感器是光 电三极管,属于光传感器;测温仪用的是温度传感器;电子秤的敏感元件是应变片, 是力传感器,选项 D 正确。 3.下列说法正确的是( ) A.电饭锅中的温度传感器的主要元件是氧化铁 B.氧化铁在常温下具有铁磁性,温度很高时失去铁磁性 C.用电饭锅烧水,水开时能自动断电 D.用电饭锅煮饭时,温控开关自动断电后不能自动复位 答案:D 解析:电饭锅的主要元件为感温铁氧体,它在 103 ℃时失去铁磁性,选项 A、B 错 误;用电饭锅烧水时,在标准大气压下,水温最高为 100 ℃,电饭锅不会自动断电,若 无人控制,则会直到水全部蒸发后才会断电,选项 C 错误;电饭锅开关自动断电后 只能手动复位,选项 D 正确。 4.下图为某商厦安装的光敏电阻自动计数器的示意图。其中 A 为光源,B 为由电 动机带动匀速运行的自动扶梯,R1 为光敏电阻,R2 为定值电阻。每当扶梯上有顾 客经过,挡住由 A 射向 R1 的光线时,计数器就计数一次。下列说法正确的是 ( )
信号处 理系统 A.当有光照射R1时，信号处理系统获得低电压 B.当有光照射R1时，信号处理系统获得高电压 C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次 D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次 答案BC 解析：当光照射R1时，R1阻值减小，R蒸减小，且电源电压不变，由闭合电路欧姆定律 得1电路中的电流增大是定值电阻，U=两端电压增大，信号处理系 统获得高电压，所以选项A错误，B正确：根据前面分析可知，每当有人经过时，即没 有光照时，信号处理系统获得低电压，信号处理系统计数一次，即信号处理系统每 获得一次低电压就计数一次，所以选项C正确，D错误。 5.如图所示，全自动洗衣机中的排水阀是由程序控制器控制其动作的，当进行排水 和脱水工序时，控制铁芯1的线圈通电，使铁芯2运动，从而牵引排水阀的阀门排 除污水。以下说法正确的是( 接控制器 a ob 铁芯2 铁芯1 A.若输入的控制电流由α流入，由b流出，则铁芯2中A端为N极，B端为S极 B.若输入的控制电流由a流入，由b流出，则铁芯2中A端为S极，B端为N极 C.若α、b处输入交变电流，铁芯2不能被吸入线圈中 D.若α、b处输入交变电流，铁芯2仍能被吸入线圈中 答案：AD 解析：控制电流由α→b,由安培定则，电磁铁左端为N极，右端为S极，铁芯2被磁 化，A端为N极，B端为S极，因而被吸入线圈中，选项A正确，B错误；若α、b处输 入交变电流，铁芯1磁性不断变化，铁芯2磁性也随之变化，仍能被吸入线圈，选项 C错误，D正确。 6.某仪器内部的电路如图所示，其中M是一个质量较大的金属块，左、右两端分 别与金属丝制成的弹簧相连，并套在光滑水平细杆上，当金属块处于平衡状态时， 两根弹簧均处于原长，此时甲、乙两灯均不亮。若将该仪器固定在一辆汽车上，则 下列说法正确的是()
A.当有光照射 R1 时,信号处理系统获得低电压 B.当有光照射 R1 时,信号处理系统获得高电压 C.信号处理系统每获得一次低电压就计数一次 D.信号处理系统每获得一次高电压就计数一次 答案:BC 解析:当光照射 R1 时,R1 阻值减小,R 总减小,且电源电压不变,由闭合电路欧姆定律 得 I= 𝐸 𝑅总 ,电路中的电流增大,R2 是定值电阻,U2=IR2,R2两端电压增大,信号处理系 统获得高电压,所以选项 A 错误,B 正确;根据前面分析可知,每当有人经过时,即没 有光照时,信号处理系统获得低电压,信号处理系统计数一次,即信号处理系统每 获得一次低电压就计数一次,所以选项 C 正确,D 错误。 5.如图所示,全自动洗衣机中的排水阀是由程序控制器控制其动作的,当进行排水 和脱水工序时,控制铁芯 1 的线圈通电,使铁芯 2 运动,从而牵引排水阀的阀门排 除污水。以下说法正确的是( ) A.若输入的控制电流由 a 流入,由 b 流出,则铁芯 2 中 A 端为 N 极,B 端为 S 极 B.若输入的控制电流由 a 流入,由 b 流出,则铁芯 2 中 A 端为 S 极,B 端为 N 极 C.若 a、b 处输入交变电流,铁芯 2 不能被吸入线圈中 D.若 a、b 处输入交变电流,铁芯 2 仍能被吸入线圈中 答案:AD 解析:控制电流由 a→b,由安培定则,电磁铁左端为 N 极,右端为 S 极,铁芯 2 被磁 化,A 端为 N 极,B 端为 S 极,因而被吸入线圈中,选项 A 正确,B 错误;若 a、b 处输 入交变电流,铁芯 1 磁性不断变化,铁芯 2 磁性也随之变化,仍能被吸入线圈,选项 C 错误,D 正确。 6.某仪器内部的电路如图所示,其中 M 是一个质量较大的金属块,左、右两端分 别与金属丝制成的弹簧相连,并套在光滑水平细杆上,当金属块处于平衡状态时, 两根弹簧均处于原长,此时甲、乙两灯均不亮。若将该仪器固定在一辆汽车上,则 下列说法正确的是( )
车的 乙⑧⑧甲 后面 前进方向 WH■ Mr M A.当汽车加速前进时，甲灯亮 B.当汽车加速前进时，乙灯亮 C.当汽车刹车时，甲灯亮 D.当汽车刹车时，乙灯亮 答案BC 解析：当汽车加速前进时，金属块M向后偏离原位置，乙灯所在电路被接通，所以乙 灯亮，选项A错误，B正确：当汽车刹车时，金属块M向前偏离原位置，甲灯所在电 路被接通，所以甲灯亮，选项C正确，D错误。 二、非选择题 7.右图为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的示意图，A为光源，B为光 电接收器，A、B均固定在小车上，C为小车的车轮。D为与C同轴相连的齿轮。 车轮转动时，A发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号，被B接 收并转换成电信号，由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间的脉冲数为， 累积脉冲数为N,试回答下列问题。 (1)要测出小车的速度和行程，还必须测量的物理数据有哪些？ (2)推导小车速度的表达式。 (3)推导小车行程的表达式。 答案(1)车轮半径R和齿轮齿数P (2)p=2mR (35=2WR D 解析：(1)小车的速度等于车轮的周长与单位时间内车轮转动圈数的乘积，所以还 要测量车轮的半径R和齿轮的齿数P。 (2)齿轮转一圈电子电路显示的脉冲数即为P。已知单位时间内的脉冲数为n,所 以单位时间内齿轮转动圈数为二。则小车速度的表达式为v=π迟 (3)小车行程的表达式为s=2。 8.一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随时间变化的关系如图中实线 ①所示，由于环境温度以及熨烫的衣物厚度、干湿等情况不同，熨斗的散热功率不 同，因而熨斗的温度可能会在较大范围内波动，易损坏衣物
A.当汽车加速前进时,甲灯亮 B.当汽车加速前进时,乙灯亮 C.当汽车刹车时,甲灯亮 D.当汽车刹车时,乙灯亮 答案:BC 解析:当汽车加速前进时,金属块 M 向后偏离原位置,乙灯所在电路被接通,所以乙 灯亮,选项 A 错误,B 正确;当汽车刹车时,金属块 M 向前偏离原位置,甲灯所在电 路被接通,所以甲灯亮,选项 C 正确,D 错误。 二、非选择题 7.右图为一实验小车中利用光电脉冲测量车速和行程的示意图,A 为光源,B 为光 电接收器,A、B 均固定在小车上,C 为小车的车轮。D 为与 C 同轴相连的齿轮。 车轮转动时,A 发出的光束通过旋转齿轮上齿的间隙后变成脉冲光信号,被 B 接 收并转换成电信号,由电子电路记录和显示。若实验显示单位时间的脉冲数为 n, 累积脉冲数为 N,试回答下列问题。 (1)要测出小车的速度和行程,还必须测量的物理数据有哪些? (2)推导小车速度的表达式。 (3)推导小车行程的表达式。 答案:(1)车轮半径 R 和齿轮齿数 P (2)v= 2π𝑛𝑅 𝑃 (3)s= 2π𝑁𝑅 𝑃 解析:(1)小车的速度等于车轮的周长与单位时间内车轮转动圈数的乘积,所以还 要测量车轮的半径 R 和齿轮的齿数 P。 (2)齿轮转一圈电子电路显示的脉冲数即为 P。已知单位时间内的脉冲数为 n,所 以单位时间内齿轮转动圈数为𝑛 𝑃 。则小车速度的表达式为 v= 2π𝑛𝑅 𝑃 。 (3)小车行程的表达式为 s= 2π𝑁𝑅 𝑃 。 8.一般的电熨斗用合金丝作发热元件,合金丝电阻随时间变化的关系如图中实线 ①所示,由于环境温度以及熨烫的衣物厚度、干湿等情况不同,熨斗的散热功率不 同,因而熨斗的温度可能会在较大范围内波动,易损坏衣物
To Ti T2 T3 T4 Ts To T Tst 有一种用主要成分为BaTiO3的特殊材料（被称为PTC)作发热元件的电熨斗，具有 升温快、能自动控制温度的特点。PT℃材料的电阻随温度变化的关系如图中实 线②所示。 (1)为什么处于冷态的PT℃熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快？ (2)通电一段时间电熨斗温度1自动稳定在一<1K_ 范围之内。 答案(1)见解析(2)T6T7 解析()由于冷态时PTC材料电阻较小，由P=二知，其发热功率较大，所以升温 R 快。 (2)从题图看出，温度较低时，电阻较小，热功率较大，所以发热快于散热，温度升高， 当温度大于T6时，随温度的升高电阻迅速增大，相应发热功率减小；当发热功率小 于散热功率时，电阻温度降低，电阻减小，发热功率会相应增大。故当发热功率等 于散热功率时，温度会稳定在图中T6~T。 拓展提高 选择题（第1~2题为单选题，第3题为多选题） 1在如图所示的电路中，电源两端的电压恒定，L为小灯泡，R为光敏电阻，D为发光 二极管（电流越大，发出的光越强），且R与D间距不变，下列说法正确的是() A.当滑片P向左移动时，L消耗的功率增大 B.当滑片P向左移动时，L消耗的功率减小 C.当滑片P向右移动时L消耗的功率可能不变 D.无论怎样移动滑片P,L消耗的功率都不变 答案A 解析：当P向左移动时，滑动变阻器接入电路的电阻减小，通过二极管的电流增大， 发光变强，光敏电阻阻值减小，灯泡中电流增大，L消耗的功率增大：同理可知P向 右移动时L消耗的功率减小。 2.动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象。图甲是动圈式话筒的原理 图，图乙是磁带录音机的录音、放音原理图，由图可知下列选项叙述错误的是 ()
有一种用主要成分为 BaTiO3 的特殊材料(被称为 PTC)作发热元件的电熨斗,具有 升温快、能自动控制温度的特点。PTC 材料的电阻随温度变化的关系如图中实 线②所示。 (1)为什么处于冷态的 PTC 熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快? (2)通电一段时间电熨斗温度 t 自动稳定在 <t< 范围之内。 答案:(1)见解析 (2)T6 T7 解析:(1)由于冷态时 PTC 材料电阻较小,由 P=𝑈 2 𝑅 知,其发热功率较大,所以升温 快。 (2)从题图看出,温度较低时,电阻较小,热功率较大,所以发热快于散热,温度升高, 当温度大于 T6 时,随温度的升高电阻迅速增大,相应发热功率减小;当发热功率小 于散热功率时,电阻温度降低,电阻减小,发热功率会相应增大。故当发热功率等 于散热功率时,温度会稳定在图中 T6~T7。 拓展提高 选择题(第 1~2 题为单选题,第 3 题为多选题) 1.在如图所示的电路中,电源两端的电压恒定,L 为小灯泡,R 为光敏电阻,D 为发光 二极管(电流越大,发出的光越强),且 R 与 D 间距不变,下列说法正确的是( ) A.当滑片 P 向左移动时,L 消耗的功率增大 B.当滑片 P 向左移动时,L 消耗的功率减小 C.当滑片 P 向右移动时,L 消耗的功率可能不变 D.无论怎样移动滑片 P,L 消耗的功率都不变 答案:A 解析:当 P 向左移动时,滑动变阻器接入电路的电阻减小,通过二极管的电流增大, 发光变强,光敏电阻阻值减小,灯泡中电流增大,L 消耗的功率增大;同理可知 P 向 右移动时,L 消耗的功率减小。 2.动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象。图甲是动圈式话筒的原理 图,图乙是磁带录音机的录音、放音原理图,由图可知下列选项叙述错误的是 ( )
音圈引线 声波 膜片 线圈 话筒内的 话简输出变压器 线（导线） 为 话筒 扬声器 )☐放大电路 放大电路 录音磁头 放音磁头 磁带 磁带 乙 A.话筒工作时磁铁不动，线圈振动而产生感应电流 B.录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流 C.录音机放音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场 D.录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场 答案：C 解析：话筒的工作原理是声波迫使金属线圈在磁场中振动产生感应电流，选项A 正确。录音时，话筒产生的感应电流经放大电路放大后在录音机磁头缝隙处产生 变化的磁场，选项D正确。磁带在放音时通过变化的磁场使放音磁头产生感应电 流，经放大电路后再送到扬声器中，选项B正确，C错误。 3.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。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S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 () 零线 铁芯 电流放大器 电磁铁 火线 家庭 电路 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S将被电磁铁吸起 D地面上的人接触火线发生触电时，开关S将被电磁铁吸起 答案：AD 解析：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
甲 乙 A.话筒工作时磁铁不动,线圈振动而产生感应电流 B.录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流 C.录音机放音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场 D.录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场 答案:C 解析:话筒的工作原理是声波迫使金属线圈在磁场中振动产生感应电流,选项 A 正确。录音时,话筒产生的感应电流经放大电路放大后在录音机磁头缝隙处产生 变化的磁场,选项 D 正确。磁带在放音时通过变化的磁场使放音磁头产生感应电 流,经放大电路后再送到扬声器中,选项 B 正确,C 错误。 3.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。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 S 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 S 将被电磁铁吸起 D.地面上的人接触火线发生触电时,开关 S 将被电磁铁吸起 答案:AD 解析: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，选项A正确，B错误；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S不 会被电磁铁吸起，选项C错误：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S吸起，选项D正确。 挑战创新 下图是电饭煲的电路图，S1是一个温控开关，手动闭合后，当此开关温度达到居里 点(103℃)时，会自动断开。S2是一个自动温控开关，当温度低于70℃时，会自动 闭合；温度高于80℃时，会自动断开。红灯是加热时的指示灯，黄灯是保温时的指 示灯。限流电阻R1=R2=500Q,加热电阻丝R3=502,两灯电阻不计。 S ☐8 R黄灯 红灯R 00 (1)分析电饭煲的工作原理。 (2)计算加热和保温两种状态下，电饭煲消耗的电功率之比。 (3)简要回答，如果不闭合开关S1,能将饭煮熟吗？ 答案(1)见解析(2)12：1(3)见解析 解析(1)电饭煲接上电源，S2自动闭合，同时手动闭合S1,这时黄灯短路，红灯亮，电 饭煲处于加热状态。 加热到80℃时，S2自动断开，S1仍闭合。 水烧干后，温度升高到居里点(103℃)时，开关S1自动断开，这时饭已煮熟，黄灯亮 电饭煲处于保温状态。 由于散热，待温度降至70℃时，S2自动闭合，电饭煲重新加热。温度达到80℃ 时，S2又自动断开，再次处于保温状态，如此循环。 2)加热时电饭煲消耗的电功率P1- 保温时电饭煲消耗的电功率P2=R+R U2 两式中R#=BB,=500×50 0=5009 R2+R3500+50 11 R1+R并500+1=2。 从而有上=“ P2R并 00 11 (3)如果不闭合开关S1,开始S2是闭合的，R1被短路，功率为P1;当温度上升到 80℃时，S2自动断开，功率降为P2;温度降低到70℃，S2自动闭合…温度只能在 70-80℃之间变化，不能把水烧开，不能煮熟饭
圈 L2 中的磁通量同样为零,选项 A 正确,B 错误;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 S 不 会被电磁铁吸起,选项 C 错误;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 S 吸起,选项 D 正确。 挑战创新 下图是电饭煲的电路图,S1 是一个温控开关,手动闭合后,当此开关温度达到居里 点(103 ℃)时,会自动断开。S2 是一个自动温控开关,当温度低于 70 ℃时,会自动 闭合;温度高于 80 ℃时,会自动断开。红灯是加热时的指示灯,黄灯是保温时的指 示灯。限流电阻 R1=R2=500 Ω,加热电阻丝 R3=50 Ω,两灯电阻不计。 (1)分析电饭煲的工作原理。 (2)计算加热和保温两种状态下,电饭煲消耗的电功率之比。 (3)简要回答,如果不闭合开关 S1,能将饭煮熟吗? 答案:(1)见解析 (2)12∶1 (3)见解析 解析:(1)电饭煲接上电源,S2 自动闭合,同时手动闭合 S1,这时黄灯短路,红灯亮,电 饭煲处于加热状态。 加热到 80 ℃时,S2 自动断开,S1 仍闭合。 水烧干后,温度升高到居里点(103 ℃)时,开关 S1 自动断开,这时饭已煮熟,黄灯亮, 电饭煲处于保温状态。 由于散热,待温度降至 70 ℃时,S2 自动闭合,电饭煲重新加热。温度达到 80 ℃ 时,S2 又自动断开,再次处于保温状态,如此循环。 (2)加热时电饭煲消耗的电功率 P1= 𝑈 2 𝑅并 保温时电饭煲消耗的电功率 P2= 𝑈 2 𝑅1+𝑅并 两式中 R 并= 𝑅2𝑅3 𝑅2+𝑅3 = 500 ×50 500 +50 Ω= 500 11 Ω 从而有𝑃1 𝑃2 = 𝑅1+𝑅并 𝑅并 = 500+ 500 11 500 11 = 12 1 。 (3)如果不闭合开关 S1,开始 S2 是闭合的,R1 被短路,功率为 P1;当温度上升到 80 ℃时,S2 自动断开,功率降为 P2;温度降低到 70 ℃,S2 自动闭合……温度只能在 70~80 ℃之间变化,不能把水烧开,不能煮熟饭