5.3 用传感器制作自动控制装置知识点题库

为了测定气垫导轨上滑块的加速度，滑块上安装了宽度为3.0cm的挡光条，如图所示，滑块在牵引力作用下，先后匀加速通过两个光电门，配套的数字计时器记录了挡光条通过第一个光电门时的时间为△t₁=0.30s，通过第二个光电门的时间为△t₂=0.10s，挡光条从开始挡住第一个光电门到开始挡住第二个光电门的时间间隔为△t₃=4.0s．则滑块通过第一个光电门时的瞬时速度为，滑块通过第二个光电门的瞬时速度为．滑块的加速度为 m/s² ，两个光电门之间的距离是 m．

为了测量木块与木板间的动摩擦因数μ，某小组使用位移传感器设计了如图甲所示实验装置，让木块从倾斜木板上一点A由静止释放，位移传感器可以测出木块到传感器的距离．位移传感器连接计算机，描绘出滑块相对传感器的位移x随时间t的变化规律如图乙所示．

（1）根据上述图线，计算0.4s时木块的速度v=m/s，木块加速度a=m/s²；（结果均保留2位有效数字）
（2）为了测定动摩擦因数μ，还需要测量的量是；（已知当地的重力加速度g）

如图所示是利用光电门近似测瞬时速度的实验，根据滑块上安装宽度为△S的遮光条和遮光条通过光电门的时间△t，就可以表示出遮光条通过光电门的平均速度 $\text{[math]}$ =（用△S，△t表示），这个速度可以近似认为就是通过光电门的瞬时速度，若遮光条宽度△S=3cm，滑块通过第一个光电门的时间为△t₁=0.15s，通过第二个光电门的时间为△t₂=0.1s，则滑块经过第一个光电门时的瞬时速度为V₁=m/s，滑块经过第二个光电门时的瞬时速度为V₂=m/s．

图1为测量物块与水平桌面之间动摩擦因数的实验装置示意图．实验步骤如下：

①用天平测量物块和遮光片的总质量M、重物的质量m；用游标卡尺测量遮光片的宽度d；用米尺测量两光电门之间的距离s；

②调整轻滑轮，使细线水平；

③让物块从光电门A的左侧由静止释放，用数字毫秒计分别测出遮光片经过光电门A和光电门B所用的时间△t_A和△t_B ，求出加速度a；

④多次重复步骤③，求a的平均值 $\text{[math]}$ ；

⑤根据上述实验数据求出动摩擦因数μ．

回答下列问题：

（1）用20分度的游标卡尺测量d时的示数如图2所示，其读数为 cm；
（2）物块的加速度a可用d、s、△t_A和△t_B表示为a=；
（3）动摩擦因数μ可用M、m、 $\text{[math]}$ 和重力加速度g表示为μ=；
（4）如果滑轮略向下倾斜，使细线细线没有完全调节水平，由此测得的μ（填“偏大”或“偏小”）；这一误差属于（填“偶然误差”或“系统误差”）．

将力传感器A固定在光滑水平桌面上，测力端通过轻质水平细绳与滑块相连，滑块放在较长的小车上．如图1所示，传感器与计算机相连接，可获得力随时间变化的规律．一水平轻质细绳跨过光滑的定滑轮，一端连接小车，另一端系沙桶，整个装置开始处于静止状态．在物体与小车分离前缓慢向沙桶里倒入细沙，力传感器采集的F﹣t图象如图2所示．则（）

A . 2.5 s前小车做变加速运动 B . 2.5 s后小车做变加速运动 C . 2.5 s前小车所受摩擦力不变 D . 2.5 s后小车所受摩擦力不变

热敏电阻是传感电路中常用的电子元件．现用伏安法研究热敏电阻在不同温度下的伏安特性曲线，要求特性曲线尽可能完整．已知常温下待测热敏电阻的阻值约4～5Ω．热敏电阻和温度计插入带塞的保温杯中，杯内有一定量的冷水，其它备用的仪表和器具有：盛有热水的热水杯（图中未画出）、电源（3V、内阻可忽略）、直流电流表（内阻约1Ω）、直流电压表（内阻约5kΩ）、滑动变阻器（0～20Ω）、开关、导线若干．

（1）
在图1的方框中画出实验电路图，要求测量误差尽可能小．
（2）
根据电路图，在图2的实物图上连线（注意电表量程的选择）．

某学习小组利用如图1所示的装置验证动能定理．

（1）将气垫导轨调至水平，安装好实验器材，从图2中读出两光电门中心之间的距离S=cm；
（2）测量挡光条的宽度d，记录挡光条通过光电门1和2所用的时间△t₁和△t₂ ，并从拉力传感器中读出滑块受到的拉力F，为了完成实验，还需要直接测量的一个物理量是；
（3）该实验是否需要满足砝码盘和砝码的总质量远小于滑块、挡光条和拉力传感器的总质量？（填“是”或“否”）

某兴趣小组想通过物块在斜面上运动的实验探究“合外力做功和物体速度变化的关系”．实验开始前，他们提出了以下几种猜想：①W∝ $\text{[math]}$ ，②W∝v，③W∝v² ．他们的实验装置如图甲所示，PQ为一块倾斜放置的木板，在Q处固定一个速度传感器（用来测量物体每次通过Q点时的速度），每次实验，物体从不同初始位置处由静止释放．

同学们设计了以下表格来记录实验数据．其中L₁、L₂、L₃、L₄…代表物体分别从不同初始位置处无初速释放时初始位置到速度传感器的距离，v₁、v₂、v₃、v₄…表示物体每次通过Q点的速度．

实验次数	1	2	3	4	…
L	L₁	L₁	L₃	L₄	…
v	v₁	v₂	v₃	v₄	…

他们根据实验数据绘制了如图乙所示的L﹣v图象，并得出结论W∝v² ．

（1）你认为他们的做法是否合适？
（2）你有什么好的建议？
（3）在此实验中，木板与物体间摩擦力的大小（填“会”或“不会”）影响探究出的结果．

某物理兴趣小组利用传感器进行探究实验，其实验装置及原理图分别如甲、乙所示．

该装置中，A、B为力传感器，研究对象是质量m=310g的金属圆柱体G，将G放在A、B的两探头之间，两探头受到压力的数据，通过传感器、数据采集器传输给计算机，数据如表1所示．

表1 圆柱体的质量：310g

θ/°	0	30	45	60	90
F_A/N	0.00	1.49	2.12	2.59	3.02
F_B/N	3.01	2.61	2.13	1.50	0.00

（1）观察、分析数据表1，可得出：金属圆柱体重力沿斜面向下的分力F_A随斜面倾角θ的增大而，垂直斜面向下的分力F_B随斜面倾角θ的增大而．
（2）某同学发现两传感器的读数并不是与角度的变化成正比，他猜想圆柱体所受重力及其分力间满足某个函数关系，并根据该函数关系计算两探头受到压力的理论值如表2所示（g取9.8m/s²）
表2 圆柱体的质量：310g
θ/°
0
30
45
60
90
F_A/N
0.00
1.52
2.15
2.63
3.04
F_B/N
3.04
2.63
2.15
1.52
0.00
该同学猜测的函数关系式应当分别为：F_A=，F_B=（用金属圆柱体质量m、重力加速度g、斜面倾角θ表示）
（3）在实验中无论是分析“表1”还是“表2”的数据时，都认为传感器的读数都等于相应的圆柱体重力的分力，其物理学依据是（乙沿斜面方向为例）；因为A传感器的读数等于A传感器所受的压力，根据此压力大小等于圆柱体沿斜面方向所受的支持力，而根据此支持力大小等于圆柱体重力沿斜面方向的分力
（4）为了减少实验误差，可采取的办法是（写出一个即可）

某同学设计了一个用打点计时器做“验证动量守恒定律”的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动，然后与原来静止的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动．他设计的具体装置如图1所示，在小车后连接着纸带，电磁打点计时器使用的电源频率为50Hz，长木板垫着小木片以平衡摩擦力．

（1）若已得到打点纸带如图2所示，并测得各计数点间距（标在图上）．A为运动起点，则应该选择段来计算A碰前的速度，应选择段来计算A和B碰后的共同速度．（以上空格选填“AB”、“BC”、“CD”、“DE”）
（2）已测得小车A的质量m₁=0.40kg，小车B的质量m₂=0.20kg，由以上测量结果可得碰前m₁v₀=kg•m/s，碰后（m₁+m₂）v_共=kg•m/s，由此得出结论．（计算结果保留三位有效数字．）

下列说法正确的是（）

A . 话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号 B . 电熨斗能够自动控制温度的原因是它装有双金属片温度传感器，这种传感器作用是控制电路的通断 C . 电子秤所使用的测力装置是力传感器 D . 半导体热敏电阻常用作温度传感器，因为温度越高，它的电阻值越大

霍尔式位移传感器的测量原理如图所示，有一个沿z轴方向的磁场，磁感应强度 $\text{[math]}$ 、k均为常数 $\text{[math]}$ 将传感器固定在物体上，保持通过霍尔元件的电流I不变 $\text{[math]}$ 方向如图所示 $\text{[math]}$ ，当物体沿z轴方向移动时，由于位置不同，霍尔元件在y轴方向的上、下表面的电势差U也不同 $\text{[math]}$ 则（）

A . 传感器灵敏度 $\text{[math]}$ 与上、下表面的距离有关 B . 当物体沿z轴方向移动时，上、下表面的电势差U变小 C . 传感器灵敏度 $\text{[math]}$ 与通过的电流有关 D . 若图中霍尔元件是电子导电，则下板电势高

某同学利用DIS测定直流电动机效率装置和电路如图（a），其中A、B、C和D都是传感器。A、B是分别是位移传感器的发射器和接收器，测重物上升高度h。图（b）是所有传感器测得的数据记录，绘在一张图上。

（1）图（a）中，装置C是传感器，D是传感器。（请填写传感器名称）
（2）如图（a）所示，闭合电键前，滑动变阻器滑片应处于。
（3）根据（b）图中的U﹣t、I﹣t和h﹣t图象，选择区域读取数据，为较精确地算出电动机的效率，则对应的时间段选取较适宜的是
（A）0～0.5s（B）0～10s（C）1.0～20s（D）1.0～30s
（4）读出所选过程中C、D的示数，已知重物和A的总质量为m＝70g，重力加速度g＝9.80m/s² ，可算得该直流电动机的效率η＝%。

DIS 的三大组成部分是、和，

传感器是把非电学量（如速度、温度、压力等）的变化转换成电学量的变化的一种元件，在自动控制中有着相当广泛的应用。有一种测量人的体重的电子秤。其测量部分的原理图如图中的虚线框所示，它主要由压力传感器R（电阻值会随所受压力大小发生变化的可变电阻），显示体重大小的仪表A（实质是理想的电流表）组成。压力传感器表面能承受的最大压强为1×10⁷Pa，且已知压力传感器R的电阻与所受压力的关系如下表所示。设踏板和压杆的质量以及电源内阻可以忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.8V，取g=10m/s²。

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压力F/N	0	250	500	750	1000	1250	1500	……
电阻R/Ω	300	270	240	210	180	150	120	……

请回答：

（1）该秤零起点（即踏板空载时）的刻度线应标在电流表刻度盘A处。
（2）如果某人站在该秤踏板上，电流表刻度盘的示数为20mA，这个人的体重是kg。

下列关于传感器的结论中错误的是（）

A . 热敏电阻可以作为温度传感器 B . 电子秤使用应变片作为测力传感器 C . 话筒是一种常见的红外线传感器 D . 电熨斗内一般装有双金属片温度传感器

某电饭锅的结构如图所示，其中温度传感器的主要元件是感温铁氧体，常温下感温铁氧体具有铁磁性，能够被磁体吸引，但是温度上升到约103℃时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了。这个温度在物理学中称为该材料的“居里点”。关于该电饭锅的下列说法正确的是（）

A . 开始煮饭时要压下开关按钮，手松开后这个按钮会马上恢复到图示状态 B . 常压下煮饭时水沸腾后锅内还有一定水分的时间内，锅的温度会持续升高 C . 饭煮熟后，水分被大米吸收，锅底的温度升高至“居里点”，开关按钮会自动弹起，使电饭锅停止加热 D . 如果用电饭锅烧水，也能在水沸腾后立即自动断电

用遥控器调换电视机的频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。下列属于这类传感器的是（）

A . 红外报警装置 B . 烟雾报警装置 C . 自动洗衣机中的压力传感装置 D . 电饭煲中控制加热和保温的温控器

θ/°	0	30	45	60	90
F_A/N	0.00	1.52	2.15	2.63	3.04
F_B/N	3.04	2.63	2.15	1.52	0.00

5.3 用传感器制作自动控制装置 知识点题库

5.3 用传感器制作自动控制装置知识点题库