高中物理人教版（2019）选择性必修第二册5.3利用传感器制作简单的自动控制装置

试卷更新日期：2021-03-25 类型：同步测试

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一、单选题

1. 对于常见的可燃气体浓度的检测，现在一般用催化燃烧检测器．它的原理如下：传感器的核心为一惠斯通电桥，其中一桥臂上有催化剂，当与可燃气体接触时，可燃气体在有催化剂的电桥上燃烧，该桥臂的电阻发生明显变化，其余桥臂的电阻不变化，从而引起整个电路的输出发生变化，而该变化与可燃气体的浓度成比例，从而实现对可燃气体的检测．由此可推断有催化剂的桥臂上的电阻材料为( )

A、铜 B、合金 C、半导体 D、绝缘体

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2. 在如图所示的电路中，电池的电动势为E，内阻为r，R₁为金属电阻、R₂为光敏电阻、R₃为热敏电阻．设电流表A的读数为I，电压表V₁的读数为U₁ ，电压表V₂的读数为U₂ ，三个电阻中仅有一个电阻的阻值发生变化，则下面的分析正确的是（）

A、给R₁升温，I变小，U₁变小 B、用光照R₂ ， I变小，U₂变大 C、给R₃降温，I变大，U₁变大 D、给R₁降温，I变小，U₁变小

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二、多选题

3. 目前的手机触摸屏大多是电容式触摸屏．电容式触摸屏内有一导电层．导电层四个角引出四个电极，当手指触摸屏幕时，人体和触摸屏就形成了一个电容，电容具有“通高频”的作用，从而导致有电流分别从触摸屏四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置信息．在开机状态下，下列说法正确的是（）

A、电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是因为手指对屏幕按压产生了形变 B、电容式触摸屏感测手指触摸点的位置是利用了电磁感应现象 C、当手指触摸屏幕时手指有微弱的电流流过 D、当手指离开屏幕时，电容变小，对高频电流的阻碍变大，控制器不易检测到手指的准确位置

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4. 如图所示是某居住小区门口利用光敏电阻设计的行人监控装置， $R_{1}$ 为光敏电阻， $R_{2}$ 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之间电压降低 C、当仅增大 $R_{2}$ 的阻值时，可增大A，B之间的电压 D、当仅减小 $R_{2}$ 的阻值时，可增大A，B之间的电压

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三、填空题

5. 如图所示，图甲为热敏电阻的 $R - t$ 图象，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为 $100 Ω .$ 当线圈的电流大于或等于20mA时，继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电动势 $E = 9.0 V$ ，内阻不计。图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。

(1)、如果要使恒温箱内的温度保持在 $100 ℃$ ，可变电阻 $R_{1}$ 的阻值应调节为Ω。

(2)、应该把恒温箱内的加热器接在（填“A，B 端”或“C、D 端”）.

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6. 热敏电阻常用于温度控制或过热保护装置中．图为某种热敏电阻和金属热电阻的阻值R随温度t变化的示意图．由图可知，这种热敏电阻在温度上升时导电能力(选填“增强”或“减弱”)；相对金属热电阻而言，热敏电阻对温度变化的响应更(选填“敏感”或“不敏感”)．

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7. 气体传感器利用物质的化学反应将某种气体的浓度转换成电信号输出，如图所示，B为将可燃气体或有毒气体浓度转换为电信号的传感器，简称电子鼻.有如下器材：U=220V的电源、排风扇M、继电器G、控制电源A、控制开关S.请设计一个家用自动排烟电路，并在图中完成连线 .

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8. 如图所示，电路的连接和用电器均完好，合上 $S_{1}$ 、 $S_{2}$ ，发现小灯泡不亮，原因是；用电吹风对NTC热敏电阻吹一会儿热风，会发现小灯泡，原因是；停止吹风，会发现；把热敏电阻放入冷水中会发现.

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9. 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 $I_{c}$ 时就会报警），电阻箱（最大阻值为999.9 Ω），直流电源（输出电压为U，内阻不计），滑动变阻器 $R_{1}$ （最大阻值为1 000 Ω），滑动变阻器 $R_{2}$ （最大阻值为2 000 Ω），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18 V， $I_{c}$ 约为10 mA；流过报警器的电流超过20 mA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650.0 Ω．

(1)、在答题卡上完成待调节的报警系统原理电路图的连线．

(2)、在电路中应选用滑动变阻器（填“ $R_{1}$ ”或“ $R_{2}$ ”）．

(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Ω；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．

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四、解答题

10. 工人在锻压机、冲床、钻床等机器上劳动时，稍有不慎就会把手压在里面，造成工伤事故，工厂中大都是利用光电控制设备来避免事故发生的。如图所示为光控继电器的示意图，它由电源、光电二极管（当有光照射时，二极管导通，没有光照时，二极管截止）、放大器、电磁继电器等几部分组成。这样，当工人不慎将手伸入危险区域时，由于遮住了光线，光控继电器衔铁立即带动开关，使机床停止工作，避免事故发生。请简述光控继电器的原理。

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11. 一块N型半导体薄片（称霍尔元件），其横载面为矩形，体积为b×c×d，如图所示．已知其单位体积内的电子数为n、电阻率为ρ、电子电荷量e，将此元件放在匀强磁场中，磁场方向沿z轴方向，并通有沿x轴方向的电流I．

(1)、此元件的CC^/两个侧面中，哪个面电势高？

(2)、试证明在磁感应强度一定时，此元件的CC^/两个侧面的电势差与其中的电流成正比；

(3)、磁强计是利用霍尔效应来测量磁感应强度B的仪器．其测量方法为：将导体放在匀强磁场之中，用毫安表测量通以电流I，用毫伏表测量C、C^/间的电压U，就可测得B．若已知其霍尔系数 $k = \frac{1}{n e d} = 10 V / A \cdot T$ ，并测得U =0.6mV，I=3mA．试求该元件所在处的磁感应强度B的大小．

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