高中物理选择性必修 第二册《第1节常见传感器的工作原理》等（同步训练）

高中物理选择性必修第二册《第1节常见传感器的工

作原理》等（同步训练）

目录

《第1节常见传感器的工作原理》同步训练...........................1

《第2节科学制作：简单的自动控制装置》同步训练..................16

《第3节大显身手的传感器》同步训练..............................32

《第5章传感器及其应用》试卷....................................51

《第1节常见传感器的工作原理》同步训练（答案在后

面）

一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）

1、以下哪种传感器是基于光电效应工作的？

A.热敏电阻

B.涡轮流量计

C.光敏电阻

D.压力传感器

2、在下列传感器中，属于电磁感应式传感器的是:

A.霍尔效应传感器

B.超声波传感器

C.红外传感器

D.磁敏电阻

3、以下哪种传感器是利用光敏电阻来工作的？

A.光电门B）红外传感器C）紫外传感器D）超声波传感器

4、超声波传感器主要用于哪个场景？

A.测量温度B）检测人体心跳C）识别物体距离D）控制电路开关

5、下列关于光电效应的说法中，正确的是：

A.光电效应只有在光的频率低于材料的极限频率时才会发生。

B.光电效应的发生与光的强度无关。

C.光电子的最大动能只与入射光的频率有关。

D.光电效应的发生与入射光的波长无关。

6、在霍尔效应中，当电流通过置于磁场中的导体时，导体两侧会产生：

A.等量的正负电荷。

B.等量的正电荷和负电荷。

C.不等量的正电荷和负电荷。

D.没有电荷积累。

7、某温度传感器的工作原理是利用金属热电阻的阻值随温度变化的关系来测量温

度的。若金属热电阻的阻值在0°C时为20Q,在100°C时变为80Q,则当温度升高

到50°C时，其阻值最接近于多少？

A.40c

B.60Q

C.50Q

D.30Q

二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）

1、以下哪些传感器的工作原理是基于电磁感应现象？（）

A.温度传感器

B.光电传感器

C.压力传感器

D.涡轮流量传感器

2、以下关于传感器灵敏度的描述，正确的是（）

A.灵敏度越高，传感器的输出信号变化越大

B.灵敏度越高，传感器的输出信号变化越小

C.灵敏度是指传感器输出信号与输入信号之间的比值

D.灵敏度与传感器的量程无关

3、在以下选项中，哪一种传感器是基于压电效应工作的？

A.电阻应变片

B.热敏电阻

C.霍尔元件

D.压电陶瓷

三、非选择题(前4题每题10分，最后一题14分，总分54分)

第一题：

某同学想要设计一个简单的智能家居系统，用于检测室内温度。他考虑使用一种常

见的温度传感器。请回答以下问题：

(1)该同学可能选择哪种类型的温度传感器？请简述其工作原理。

(2)如何将温度传感器的输出信号转换为可以被微控制器处理的数字信号？

(3)假设该同学选择了一种数字温度传感器，该传感器输出的数字信号为S5V,

表示温度范围为-55℃到+：25℃。如果微控制器输入端口的电压阈值设定为3V,那么当

温度为20C时，微控制器应该检测到多少伏特的电压信号？

第二题

在实验室中，为了测量一个物体的位移，通常会使用光电门传感器。假设某次实验

中，光电门传感器接收到的光信号强度突然减弱，则可以判断该物体的位置发生了怎样

的变化？并说明理由。

第三题：

某同学设计了一个简单的光敏电阻电路，用于检测环境光线强度。电路中包括一个

光敏电阻R1和一个固定电阻R2,两者串联，连接到一个电源电压为5V的电路中。当

环境光线强度增加时，光敏电阻的阻值R1减小。请回答以下问题：

(1)当环境光线强度增加时，电流表A的示数将如何变化？请简要说明原因。

(2)若将光敏电阻R1的阻值调整为100Q,固定电阻R2的阻值为200Q,当环境

光线强度增加时，电流表A的示数将如何变化？请计算并说明原因。

第四题

某实验小组设计了一个基于光电效应的电流计，其工作原理如下：在两个金属板之

间加一电压，当有光照射到其中一个金属板上时，金属板会发射电子，这些电子在电场

作用下通过一个电阻后进入另一个金属板，形成电流。已知金属板间的电压为U,电阻

值为R,光照强度足够强，使得每个入射光子能击出一个电子，且每个电子所带电量为

e（电子电量）。求该光电计正常工作时，通过该电阻的平均电流I是多少？

第五题：

在某实验中，使用了热敏电阻来测量温度变化。已知热敏电阻的阻值与温度的关系

为（外二治（/+。7））,其中（%）是参考温度下的电阻值（例如25°C时），（。）是一个常

数。如果在室温（假设为25°C）时热敏电阻的阻值为1000Q,而在一个特定的高温环

境下其阻值变为1200。。求此时的温度（以摄氏度表示）。

《第1节常见传感器的工作原理》同步训练及答案解

析

一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）

1、以下哪种传感器是基于光电效应工作的？

A.热敏电阻

B.涡轮流量计

C.光敏电阻

D.压力传感器

答案：C

解析：光敏电阻是一种基于光电效应工作的传感器，当光照强度变化时，其电阻值

会发生变化。热敏电阻是响应温度变化的，涡轮流量计是响应流体流动的，压力传感器

是响应压力变化的。因此，正确答案是C。

2、在下列传感器中，属于电磁感应式传感器的是：

A.霍尔效应传感器

B.超声波传感器

C.红外传感器

D.磁敏电阻

答案：A

解析：霍尔效应传感错是利用霍尔效应原理，当磁场垂直于传感器的电流方向时，

会在其侧面产生电压，属于电磁感应式传感器。超声波传感器利用超声波的传措和反射

特性，红外传感器通过红外线的发射和接收来检测物体，磁敏电阻则是响应磁场变化的

电阻。因此，正确答案是A。

3、以下哪种传感器是利用光敏电阻来工作的？

A.光电门B）红外传感器C）紫外传感器D）超声波传感器

答案：B、红外传感器

解析：光电门通常使用光电管或光敏二极管等光电器件工作，而红外传感器则专门

用于检测红外线的强度变叱。因此，红外传感器是利用光敏电阻来工作的。

4、超声波传感器主要用于哪个场景？

A.测量温度B）检测人体心跳C）识别物体距离D）控制电路开关

答案：C、识别物体距离

解析：超声波传感器通过发射和接收超声波信号来测量物体的距离。当超声波遇到

障碍物时，部分波会被反射回来，通过计算超声波从发射到接收所需的时间，可以计算

出物体与传感器之间的距离。因此，超声波传感器主要应用于检测物体距离的场景中。

5、下列关于光电效应的说法中，正确的是：

A.光电效应只有在光的频率低于材料的极限频率时才会发生。

B.光电效应的发生与光的强度无关。

C.光电子的最大功能只与入射光的频率有关。

D.光电效应的发生与入射光的波长无关。

答案：C

解析：光电效应是指当光照射到金属表面时，金属表面会发射出电子的现象。根据

爱因斯坦的光电效应方程，光电子的最大动能（幻纯）与入射光的频率（〃）成正比，即

（心“力1其中⑺是普朗克常数，⑷是金属的逸出功。因此，选项C正确。选

项A错误，因为光电效应只有在光的频率高于材料的极限频率时才会发生。选项B错误,

因为光电效应的强度与入射光的强度有关，即入射光越强，发射出的光电子数量越多。

选项D错误，因为入射光的波长与频率成反比，所以入射光的波长也会影响光电效应的

发生。

6、在霍尔效应中，当电流通过置于磁场中的导体时，导体两侧会产生：

A.等量的正负电荷。

B.等量的正电荷和负电荷。

C.不等量的正电荷和负电荷。

D.没有电荷积累。

答案：C

解析：霍尔效应是指当电流通过置于磁场中的导体时，由于洛伦兹力的作月，电荷

在导体的横向两侧分离，导致导体两侧产生电势差的现象。根据霍尔效应的原理，导体

的一侧会积累等量的正电荷，另一侧积累等量的负电荷，因此两侧的电荷量相等，但正

负电荷不等量。所以，选项C正确。选项A和B错误，因为虽然两侧有电荷积累，但正

负电荷的量并不相等。选项D错误，因为根据霍尔效应的定义，导体两侧确实会有电荷

积累。

7、某温度传感器的工作原理是利用金属热电阻的阻值随温度变化的关系来测量温

度的。若金属热电阻的阻值在0°C时为20Q,在100°C时变为80Q,则当温度升高

到50°C时，其阻值最接近于多少？

A.40。

B.60。

C.50Q

D.30。

解析：根据题意，金属热电阻的阻值与温度之间存在线性关系。可以使用线性插

值的方法计算50°C时的阻值。设0°C时阻值为Ro=20Q,100°C时阻值为。。

二80Q,求50°C时阻值Roo

由线性关系可得，卜二是X（T-。），代入50°C的温度T=50,得到:

80-20

R=20+…X50=20+60=8%X20+4必X80=20+40=60。

100

因此，正确答案是B）60Qo

二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）

1、以下哪些传感器的工作原理是基于电磁感应现象？（）

A.温度传感器

B.光电传感器

C.压力传感器

D.漏轮流量传感器

答案：B,D

解析：光电传感器的工作原理是基于光电效应，即光照射到某些物质上时，会使物

质释放电子，产生电流。涡轮流量传感器的工作原理是基于涡轮旋转与流体流速成正比

的关系，通过测量泯轮的转速来计算流量，这涉及到电磁感应现象。温度传感器和压力

传感器的工作原理通常不是基于电磁感应，温度传感器可能基于热电偶、热敏电阻等原

理，压力传感器可能基于电容式、压阻式等原理。因此，正确答案是B和D。

2、以下关于传感器灵敏度的描述，正确的是（）

A.灵敏度越高，传感器的输出信号变化越大

B.灵敏度越高，传感器的输出信号变化越小

C.灵敏度是指传感器输出信号与输入信号之间的比值

D.灵敏度与传感器的量程无关

答案:A,C

解析：灵敏度是指传感器输出信号的变化与输入信号变化之间的比值，即灵敏度越

高，输入信号的变化会引起输出信号的较大变化，因此选项A是正确的。选项E是错误

的，因为灵敏度高的传感器输出信号变化应该是较大的。选项C也是正确的，因为灵敏

度的定义就是输出信号与瑜入信号之间的比值。选项D是错误的，因为灵敏度通常与传

感器的量程有关，量程越大，传感器的灵敏度可能需要相应调整。因此，正确答案是A

和C。

3、在以下选项中，哪一种传感器是基于压电效应工作的？

A,电阻应变片

B.热敏电阻

C.霍尔元件

D.压电陶瓷

答案：D

解析：

压电效应是指某些晶体材料（如石英、压电陶瓷等）在受到机械应力时，其内部会

发生极化变化，在两端产生电荷的现象。当这些材料受到压力或弯曲时，可以将机械能

转换为电能，从而被广泛应用于各种传感涔中，比如加速度计、位移传感器等。

•A选项中的电阻应变片是基于电阻值随机械变形而变化的原理来测量力或压力

的。

•B选项中的热敏电阻是通过材料电阻率随温度变化来检测温度的。

•C选项中的霍尔元件则是基于霍尔效应来检测磁场的，与题目所问的压电效应无

关。

因此，正确答案为D选项，即压电陶瓷。

三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）

第一题：

某同学想要设计一个简单的智能家居系统，用于检测室内温度。他考虑使用一种常

见的温度传感器。请回答以下问题：

（1）该同学可能选择哪种类型的温度传感器？请简述其工作原理。

（2）如何将温度传感器的输出信号转换为可以被微控制相处理的数字信号?

(3)假设该同学选择了一种数字温度传感器，该传感器输出的数字信号为0~5V,

表示温度范围为-55c到+：25℃。如果微控制器输入端口的电压阈值设定为3V,那么当

温度为20℃时，微控制器应该检测到多少伏特的电压信号？

答案：

(1)该同学可能选择热敏电阻(NTC)或热电偶等类型的温度传感器。热敏电阻的

工作原理是基于其电阻值随温度变化的特性。当温度升高时，热敏电阻的电阻值减小；

反之，当温度降低时，电阻值增大。热电偶的工作原理是基于两种不同金属导线在接触

处产生的温差电效应，即两种金属导线在接触处产生的电势差与温度有关。

(2)将温度传感器的输出信号转换为数字信号通常需要通过模数转换错(ADC)实

现。ADC将模拟信号(如电压或电流)转换为数字信号(如二进制数)，以便微控制器

可以处理。

(3)当温度为20C时，根据数字温度传感器的温度范围和电压范围，可以计算得

到对应的电压信号：

温度范围：-55℃到十：25℃,电压范围：0~5v

温度为20℃时，相对于-55℃的电压为：(20℃-(-55℃))/(125℃-(-55℃))

*5V=0.632V

因此，当温度为20℃时，微控制器应该检测到大约0.632伏特的电压信号。由于

微控制器的输入端口电压阈值设定为3V,这意味着当温度为20℃时，微控制器无法检

测到有效信号，因此需要重新调整阈值或选择其他温度传感器。

第二题

在实验室中，为了测量•个物体的位移，通常会使用光电门传感器。假设某次实验

中，光电门传感器接收到的光信号强度突然减弱，则可以判断该物体的位置发生了怎样

的变化？并说明理由。

答案：

根据题目描述，当光电门传感器接收到的光信号强度突然减弱时，可以判断该物体

的位置发生了向光电门移动的变化。这主要是基于以下原理：

光电门传感器工作原理是通过发射红外线或激光等光源照射到被测物休上，如果物

体经过光电门时遮挡了光源发出的光，就会导致光电门接收端的光信号强度减弱。因此,

光信号强度的变化可以直接反映物体是否经过光电门以及物体相对光电门位置的变化。

具体到题目中的情况，当光信号强度突然减弱时，意味着物体已经从光电门的一侧

移动到了另一侧，并且已经完全遮挡了光电门的光路，即物体正在经过光电门的位置。

所以，根据这一现象，可以推断出物体的位置向光电门方向发生了移动。

解析：

光电门传感器通过监测光信号强度的变化来判断物体是否通过光电门及其位置变

化。当光信号强度减弱时，说明有部分光被物体遮挡，即物体已通过光电门，此时物体

相对于光电门的位置是在其一侧。囚此，物体向光电门方向移动是合理的解释。此题考

察的是对光电门传感器基本原理的理解和应用能力。

第三题：

某同学设计了一个简单的光敏电阻电路，用于检测环境光线强度。电路中包括一个

光敏电阻R1和一个固定电阻R2,两者串联，连接到一个电源电压为5V的电路中。当

环境光线强度增加时，光敏电阻的阻值R1减小。请回答以下问题：

(1)当环境光线强度增加时，电流表A的示数将如何变化？请简要说明原因。

(2)若将光敏电阻R1的阻值调整为100。，固定电阻R2的阻值为200Q,当环境

光线强度增加时，电流表A的示数将如何变化？请计算并说明原因。

答案：

（1）当环境光线强度增加时，电流表A的示数将增大。原因是光敏电阻R1的阻值

减小，导致整个电路的总阻值减小，根据欧姆定律（IR/R）,在电源电压U不变的情况

下，总阻值R减小，电流I增大。

（2）当光敏电阻R1的阻值为100Q,固定电阻R2的阻值为200。时，总阻值为

RI+R2=100Q+200。=300Q。当环境光线强度增加时，光敏电阻R1的阻值减小,

假设此时R1的限值变为50Q,则总限值变为RI+R2=50Q+200Q=250Do

根据欧姆定律，电流I二U/R,当总阻值R减小时，电流I增大。因此，当环境光

线强度增加时，电流表A的示数将增大。

计算电流变化：

原总阻值R原=300Q,原电流I原=5V/300Q=0.0167A；

调整后总阻值R调=250Q,调整后电流I调=5V/250Q=0.02A0

因此，电流表A的示数从0.0167A增大到0.02A,即增大了约20%。

第四题

某实验小组设计了一个基于光电效应的电流计，其工作原理如下：在两个金属板之

间加一电压，当有光照射到其中一个金属板上时，金属板会发射电子，这些电子在电场

作用下通过一个电阻后进入另一个金属板，形成电流。已知金属板间的电压为U,电阻

值为R,光照强度足够强，使得每个入射光子能击出一个电子，且每个电子所带电量为

e（电子电量）。求该光电计正常工作时，通过该电阻的平均电流I是多少？

答案：

要解决这个问题，首先我们要明确几个关键点：

1.光照使金属板发射电子。

2.电子在电场作用下通过电阻R。

3.每个入射光子能击出一个电子。

4.每个电子所带电量为e。

光电效应的核心是光子的能量可以克服金属的逸出功，从而从金属表面释放出电子。

根据光电效应方程，光电子的最大初动能（4Q可以表示为：

[4ax=hv-li\

其中（力是普朗克常数，（好）是入射光的频率，（令是金属的逸出功。

然而，在这里我们不需要计算具体的能量，而是关注的是通过光电效应产生的电子

数量及其产生的电流。由于每个入射光子都能产生一个电子，并且所有电子都会流过电

阻R,我们可以认为单位时间内通过电阻R的电子数是恒定的，这与光的强度成正比。

因此，每单位时间通过电阻R的电子数为光子数，即光的强度。设光的强度为I（单

位时间单位面积内的光通量），那么单位时间内通过电阻R的电子数为（〃e）（因为每个

电子携带电量e）。

考虑到电子通过电阻R时形成的电流I与通过电阻的电子数成正比，同时与电阻R

成反比，根据电流的定义式其中q为通过电阻的总电荷量，t为时间间隔，我

们可以得出：

其中，I为单位时间内通过电阻R的电子数乘以每个电子所带电量eo

将上述关系代入得：

/•臼

1=

R

整理得到:

eI•eI'e

所以，该光电计正常工作时，通过该电阻的平均电流I为:

这里需要注意，虽然公式形式上看起来有些重复，但实际上它反映了光电效应中电

子数量与电流的关系。

解析:

此题旨在考察学生对光电效应基本原理的理解以及如何运用这一原理来分析电路

中的电流问题。解答过程中，首先明确了光电效应的基本概念，然后利用光电效应中光

子能量与电子逸出功之间的关系，推导出了通过电阻的电子数与光强度之间的关系，最

后根据电流的定义式，结合电子通过电阻时的情况，得出了最终的答案。整个解题过程

强调了物理学基本原理的应用与电路知识的结合，有助于加深学生对光电效应和电路分

析的理解。

第五题:

在某实验中，使用了热敏电阻来测量温度变化。已知热敏电阻的阻值与温度的关系

为（e="〃（/+。7）），其中（小）是参考温度下的电阻值（例如25°C时），（。）是一个常

数。如果在室温（假设为25°C）时热敏电阻的阻值为1000。，而在一个特定的高温环

境下其阻值变为1200。。求此时的温度（以摄氏度表示）。

答案:

首先，我们需要根据题目所给的信息计算出（。）的值。我们知道在室温（25。C）

时热敏电阻的阻值（幻=/。00。），则有：

出二Ro(l+aT)]

将（7=25°。和（%=1000。）代入上述方程得：

{1000=100贝+25Gx

化简得到：

[7=1+25。]

解得（a-0.04]o

接下来，我们需要利用这个（。）的值来计算在高温环境下的温度。已知高温环境下

热敏电阻的阻值（今二120QQ）,代入公式：

[1200=1000^1+25X0.04X7）]

化简得：

[1200=100R+T）]

进一步化简得到：

[1.2=7+7]

从而得出：

[T-0.2°q

因此，当热敏电阻的阻值变为1200Q时，对应的温度为0.2°Co

解析：

此题考察的是学生对热敏电阻特性以及温度-电阻关系的理解与应用能力。通过己

知条件求解未知量是解决此类问题的关键。首先根据题目中的已知条件确定热敏电阻与

温度之间的线性关系，然后通过具体数值求解未知参数，最后根据已知的电阻值反推出

对应的温度值。这道题目不仅考查了学生的数学运算能力，也锻炼了他们分析、推理的

能力。

《第2节科学制作：简单的自动控制装置》同步训练

（答案在后面）

一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）

1、在制作简单的自动控制装置时，以下哪种材料不适合用作传感器？

A.金属丝

B.弹簧

C.电阻

D.橡皮筋

2、在以下选项中，哪一个不是影响自动控制装置稳定性的因素？

A.电源电压的稳定性

B.传感器材料的弹性

C.执行器的功率

D.控制系统的复杂程度

3、在设计一个简单的自动控制装置中，如果需要让小车在检测到障碍物后能够自

动停止，应选择以下哪种芍感器最为合适？

A.光电传感器B）温度传感器C）湿度传感器D）压力传感器

4、在设计自动控制装置的小车项目中，为了确保小车能够按照设定路线行驶，同

时避开障碍物，需要对传感器进行精确配置。下列哪个因素最可能影响到小车路径的准

确性？

A.传感器的灵敏度设置过高

B.传感器的类型选择不恰当

C.控制系统的时间延迟

D.小车本身的质量和形状

5、以下哪种设备不属于自动控制装置的组成部分？（）

A.传感器

B.控制器

C.执行器

D.计算器

6、在简单的自动控制装置中，以下哪种情况会导致系统失控？（）

A.传感器检测到异常信号，控制器及时做出调整

B.控制器出现故障，无法接收传感器信号

C.执行器出现故障，无法执行控制器指令

D.系统运行过程中，所有部件正常工作

7、一个简单的自动控制装置需要使用定时器来启动和停止工作程序。如果定时器

设定为10秒后自动关闭，那么在定时器启动后的前5秒内，装置应该处于什么状态？

A.工作B）停止C）无法确定D）部分工作

二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）

1、在制作简单的自动控制装置时，以下哪些元件是必不可少的？（）

A.电池

B.开关

C.传感器

D.执行器

2、以下哪种方法在制作自动控制装置时，可以用来检测物体的位置？（）

A.光电传感器

B.温度传感器

C.压力传感器

D.液位传感器

3、在制作一个简单的自动控制装置时，如果需要让装置在达到设定温度后自动关

闭加热源，以下哪种电路是最适合的选择？

A.单稳态触发器电路

B.多谐振荡器电路

C.施密特触发器电路

D.555定时器电路

三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）

第一题：

设计一个简单的自动控制装置，要求当温度超过设定值时，装置能够自动开启风扇

进行降温。请根据以下要求，画出装置的示意图，并简要说明工作原理。

要求：

1.装置应包含传感器、控制单元、执行器（风扇）等基本组件。

2.当温度超过设定的临界值时，风扇应自动后动。

3.传感器能够实时检测环境温度。

4.控制单元能够根据，专感器输入的温度信息进行判断和控制。

5.执行器（风扇）能畛根据控制单元的指令进行工作。

第二题：

设计一个简单的自动控制装置，要求该装置能够在特定条件下自动关闭电源。请描

述该装置的工作原理，并列举出至少三种可以使用的传感器来实现这一功能。

第三题

题目描述：

设计一个简单的自动控制装置，用于控制一个灯泡的开关，当一个特定的声音信号

被检测到时，灯泡会自动开启。该装置由一个麦克风、一个光敏电阻、一个继电器和一

个LED灯组成。光敏电阻用来检测环境光照强度的变化，而继电器则负责控制LED灯的

开关。假设在没有声音信号的情况下，光敏电阻检测到的光照强度为100%,而在有声

音信号的情况下，光照强度降低至50机请根据以上信息，设计一个电路图，并简要说

明其工作原理。

6.麦克风：将声音信号转换成电信号。

7.光敏电阻：能够感知光线强度变化并输出相应的电压或电流变化。

8.继电器：一种能根据输入信号（如电信号）改变自身状态（导通或断开）的电子

开关设备。

9.LED灯：作为指示灯使用，通过控制其是否点亮来反映系统的状态。

电路图设计：

•将光敏电阻连接到电路中的电源正极和地之间，其负极接至继电器的一个输入端。

•麦克风的输出端连接到另一个继电器的输入端。

•继电器的另一对触点分别连接到LED灯的正极和地。

•电源正极连接到LED灯的另一极。

工作原理：

•当没有声音信号时，麦克风无输出，光敏电阻接收到的光照强度较高，其输出电

压或电流较低，继电器不动作，因此LED灯不亮。

•当检测到声音信号时，麦克风产生电信号，进而影响光敏电阻的输出，使其输出

电压或电流降低。由于光敏电阻的饰出电压或电流降低，继电器接收到的输入信

号发生变化，导致继电器切换至导通状态，从而使得LED灯点亮。

第四题：

（1）请设计一个简单的自动控制装置，用以控制一盏电灯在温度高于一定值时自

动开启，低于该温度时自动关闭。请描述装置的组成及其工作原理。

（2）根据你的设计，画出该自动控制装置的电路图。

（3）请说明如何调节该装置的温度控制范围。

第五题

题目描述：

某中学的物理兴趣小组为了研究自动控制装置的工作原理，设计了一个简单的自动

控制系统，该系统包括一个传感器、一个执行器和一个控制器。传感器用来检测环境中

的某种变化（如温度变化），并将这种变化转换成电信号；执行器根据接收到的电信号

调整工作状态（如改变灯光亮度）；控制器则接收来自传感器的信号，并做W相应的响

应。假设该控制系统中，传感器检测到的温度变化与输出的信号强度成正比，且控制器

在检测到温度变化超过设定阈值时会触发执行器动作。

10.若传感器检测到的温度变化量为QOC）,此时输出的电信号强度为（1*）。当温

度变化量变为（27C）时，输出的电信号强度是多少？

11.设定的温度变化阈值为（3兀），若当前温度变化量为（2元），控制器会触发执行

器的动作吗？请解释原因。

12.若要使控制器在温度变化量达到(40℃)时才触发执行器动作，请计算此时传感器

输出的电信号强度应设置为多少？

《第2节科学制作：简单的自动控制装置》同步训练

及答案解析

一、单项选择题(本大题有7小题，每小题4分，共28分)

1、在制作简单的自动控制装置时，以下哪种材料不适合用作传感器？

A.金属丝

B.弹簧

C.电阻

D.橡皮筋

答案：D

解析：橡皮筋不适合用作传感器，因为它不具备良好的导电性，而金属丝、弹簧和

电阻都具有良好的导电性，可以用来制作传感元件。橡皮筋更适合用作弹性元件，用于

吸收和释放能量。

2、在以下选项中，哪一个不是影响自动控制装置稳定性的因素？

A.电源电压的稳定性

B.传感器材料的弹性

C.执行器的功率

D.控制系统的复杂程度

答案：B

解析：传感器材料的弹性是影响自动控制装置响应速度和灵敏度的因素，但不是影

响稳定性的因素。电源电压的稳定性、执行器的功率和控制系统的复杂程度都是影响自

动控制装置稳定性的重要因素。电源电压不稳定可能导致控制系统错误动作，执行器功

率不足可能导致控制效果不佳，控制系统过于复杂可能导致控制过程出现偏差。

3、在设计一个简单的自动控制装置中，如果需要让小车在检测到障碍物后能够自

动停止，应选择以下哪种芍感器最为合适？

A.光电传感器B）温度传感器C）湿度传感器D）压力传感器

答案：A

解析：光电传感器可以通过光线的反射或遮挡来检测环境中的变化，非常适合用于

检测是否遇到障碍物。当光路被阻挡时，光电传感器会输出信号给控制系统，从而控制

小车自动停止。

4、在设“自动控制装置的小车项目中，为了确保小车能够按照设定路线行驶，同

时避开障碍物，需要对传感器进行精确配置。下列哪个因素最可能影响到小车路径的准

确性？

A.传感器的灵敏度设置过高

B.传感器的类型选择不恰当

C.控制系统的时间延迟

D.小车本身的质量和形状

答案：B

解析：传感器的选择对于自动控制装置的性能至关重要。如果选择的传感器类型不

适合检测特定环境下的变化（比如光线传感器不适合检测障碍物），那么即使其他硬件

和软件都正常工作，也可能会导致小车路径偏离预期。因此，传感器类型的正确选择是

确保装置准确性的关键因索。

5、以下哪种设备不属于自动控制装置的组成部分？（）

A.传感器

B.控制器

C.执行器

D.计算器

答案：D

解析：自动控制装置主要由传感器、控制器和执行器三个部分组成。传感器用于检

测环境中的变化，控制器根据传感器传来的信息进行决策，执行器则将控制信号转换为

实际动作。计算器虽然可以用于计算，但它不是自动控制装置的组成部分。

6、在简单的自动控制装置中，以下哪种情况会导致系统失控？（）

A.传感器检测到异常信号，控制器及时做出调整

B.控制器出现故障，无法接收传感器信号

C.执行器出现故障，无法执行控制器指令

D.系统运行过程中，所有部件正常工作

答案：B

解析：在简单的自动控制装置中，若控制器出现故障，无法接收传感器信号，那么

系统将无法做出正确的控制决策，从而导致失控。选项A表示系统能够正常工作，选项

C表示执行器故障，虽然会影响系统的执行效果，但不会导致系统失控。选项D表示系

统所有部件正常工作，因此也不会导致失控。

7、一个简单的自动控制装置需要使用定时器来启动和停止工作程序。如果定时器

设定为10秒后自动关闭，那么在定时器启动后的前5秒内，装置应该处于什么状态？

A.工作B）停止C）无法确定D）部分工作

答案：A）工作

解析：根据题目描述，定时器设定为10秒后自动关闭，这意味着在装置启动后的

前5秒内，由于定时器还未达到关闭时间，因此装置应该处于工作状态。从第6秒开始,

装置会因为定时器的设定而停止工作直至10秒时自动关闭。

二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）

1、在制作简单的自动控制装置时，以下哪些元件是必不可少的？（）

A.电池

B.开关

C.传感器

D.执行器

答案：A、B、C、D

解析：在制作自动控制装置时，电池是提供电能的电源，开关用于控制电路的通断,

传感器用于感知外部环境的变化，并将这些变化转换为电信号，执行器则根据接收到的

信号执行相应的动作。因此，这四个元件都是必不可少的。

2、以下哪种方法在制作自动控制装置时，可以用来检测物体的位置？（）

A.光电传感器

B.温度传感器

C.压力传感器

D.液位传感器

答案：A、C、D

解析：在自动控制装置中，检测物体的位置通常使用光电传感器、压力传感器和液

位传感器。光电传感器可以通过检测光线的变化来判断物体的位置；压力传感器可以感

知物体对表面的压力变化；液位传感器则用于检测液体的高度。温度传感器主耍用于检

测温度变化，不适合用来检测物体的位置。因此，正确答案是A、C、Do

3、在制作一个简单的自动控制装置时，如果需要让装置在达到设定温度后自动关

闭加热源，以下哪种电路是最适合的选择？

A.单稳态触发器电路

B.多谐振荡器电路

C.施密特触发器电路

D.555定时器电路

答案：D

解析：在设II自动控制装置时，为了实现当达到设定温度后自动关闭加热源的功

能，需要一种能够检测温度变化并产生开关信号的电路。555定时器电路可以作为温度

控制器使用，它可以根据预设的时间常数来启动或停止工作，非常适合于这种应用场景。

单稳态触发器电路和多谐振荡器电路主要用于产生持续的信号，而不是响应温度变化。

施密特触发器电路虽然具有两个稳定状态，但其切换点较难调整，也不如555定时器电

路灵活和通用。因此，最合适的选项是D,555定时器电路。

三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）

第一题:

设计一个简单的自动控制装置，要求当温度超过设定值时，装置能够自动开启风扇

进行降温。请根据以下要求，画出装置的示意图，并简要说明工作原理。

要求：

13.装置应包含传感器、控制单元、执行器（风扇）等基本组件。

14.当温度超过设定的临界值时，风扇应自动启动。

15.传感器能够实时检测环境温度。

16.控制单元能够根据嗤感器输入的温度信息进行判断和控制。

17.执行器（风扇）能够根据控制单元的指令进行工作。

答案：

示意图：

II

VV

温度信息指令信号

工作原理：

18.温度传感器实时监测环境温度，并将温度信息传输给控制单元。

19.控制单元接收温度信息后，与预设的临界温度进行比较。

20.如果实际温度超过临界温度，控制单元发出启动风扇的指令信号。

21.执行器（风扇）接收到启动信号后，开始工作，从而降低环境温度。

22.当环境温度降至临界温度以下时，控制单元停止发送启动信号，风扇停上工作。

解析：

本装置利用温度传感器来感知环境温度，并将温度信息传递给控制单元。控制单元

通过比较实际温度与预设的临界温度，来判断是否需要启动风扇.当温度超过临界值时,

控制单元向风扇发送启动信号，风扇开始工作，从而实现降温。当温度降至临界温度以

下时，控制单元停止发送信号，风扇停止工作，达到自动控制的目的。这种设计简单易

行，能够有效地实现自动控制降温的功能。

第二题：

设计一个简单的自动控制装置，要求该装置能够在特定条件下自动关闭电源。请描

述该装置的工作原理，并列举出至少三种可以使用的传感器来实现这一功能。

答案：

答：该自动控制装置的工作原理如下：

23.选择传感器：根据具体的应用场景，可以选择以下三种传感潜之一：

a.温度传感器：用于检测环境温度是否超过设定值。

b.光敏传感器：用于检测环境光线强度是否达到预设阈值。

c.声音传感器：用于检测特定声音信号的出现。

2.控制电路设计：设计一个控制电路，该电路能够接收传感器的信号，并根据信号

变化来控制电源的通断。

3.自动控制流程：

d.当传感器检测到特定条件（如温度过高、光线过喑或特定声音出现）时，输出高

电平信号。

e.高电平信号输入到控制电路，控制电路中的继电器或晶体管导通，从而切断电源。

具体传感器应用示例：

f.温度传感器：当环境温度超过设定值时，温度传感器输出高电平信号，控制电路

切断电源。

g.光敏传感器：当环境光线强度低于预设阈值时，光敏传感器输出高电平信号，控

制电路切断电源。

h.声音传感器：当检测到特定声音信号时，声音传感器输出高电平信号，控制电路

切断电源。

解析：

木题考查学生对自动控制装置设计原理的理解和应用能力。通过选择合适的传感器

和设计控制电路，可以使装置在特定条件下自动关闭电源。本题答案不唯一，可以根据

实际需求和场景选择不同的传感器和设计不同的控制电路。关键在于理解传感器信号的

转换和电路的控制原理。

第三题

题目描述：

设计一个简单的自动控制装置，用于控制一个灯泡的开关，当一个特定的声音信号

被检测到时，灯泡会自动开启。该装置由一个麦克风、一个光敏电阻、一个继电器和一

个LED灯组成。光敏电阻用来检测环境光照强度的变化，而继电器则负责控制LED灯的

开关。假设在没有声音信号的情况下，光敏电阻检测到的光照强度为100%,而在有声

音信号的情况下，光照强度降低至50机请根据以上信息，设计一个电路图，并简要说

明其工作原理。

答案：

为了设计这个自动控制装置，我们首先需要了解各个元件的基本功能：

24.麦克风：将声音信号转换成电信号。

25.光敏电阻：能够感知光线强度变化并输出相应的电压或电流变化。

26.继电器：一种能根据输入信号（如电信号）改变自身状态（导通或断开）的电子

开关设备。

27.LED灯：作为指示灯使用，通过控制其是否点亮来反映系统的状态。

电路图设计：

•将光敏电阻连接到电路中的电源正极和地之间，其负极接至继电器的一个输入端。

•麦克风的输出端连接到另一个继电器的输入端。

•继电器的另一对触点分别连接到LED灯的正极和地。

•电源正极连接到LED灯的另一极。

工作原理：

•当没有声音信号时，麦克风无输出，光敏电阻接收到的光照强度较高，其输出电

压或电流较低，继电器不动作，因此LED灯不亮。

•当检测到声音信号时，麦克风产生电信号，进而影响光敏电阻的输出，使其输出

电压或电流降低。由于光敏电阻的输出电压或电流降低，继电器接收到的输入信

号发生变化，导致继电器切换至导通状态，从而使得LED灯点亮。

答案解析：

此设计中，利用了光敏电阻对光照强度变化的敏感特性，以及继电器对电信号的响

应特性，实现了根据环境光照强度的变化来控制LED灯的点亮或熄灭。同时，通过麦克

风将声音信号转化为电信号，使整个系统具备了根据特定声音信号自动控制LED灯的功

能。这一设计简单易行，适用于家庭娱乐或实验环境中。

第四题：

（1）请设计一个简单的自动控制装置，用以控制一盏电灯在温度高于一定值时自

动开启，低于该温度时自动关闭。请描述装置的组成及其工作原理。

（2）根据你的设计，画出该自动控制装置的电路图。

（3）请说明如何调节该装置的温度控制范围。

答案及解析：

(1)装置组成：温度传感器、继电器、开关、电源、电灯。

工作原理：当温度高于设定值时，温度传感器输出高电平信号，触发继电器动作，

闭合开关，使电灯点亮；当温度低于设定值时，温度传感器输出低电平信号，继电器释

放，开关断开，电灯熄灭.

(2)电路图如下：

+---++---++---+

I|-->||-->|I

I温度传感器II继电器II开关I

I|<-----1|<-----1I

电源I

电灯I

(3)调节方法：

①调节温度传感器的阈值：通过调整温度传感器的热敏元件，改变其响应温度,

从而实现温度控制范围的调节。

②调节继电器线圈电阻：通过改变继电器线圈电阻，改变继电器吸合电流，从而

实现温度控制范围的调节。

③调节开关：通过调整开关的位置，改变电路中电流的路径，实现温度控制范围

的调节。

第五题

题目描述：

某中学的物理兴趣小组为了研究自动控制装置的工作原理，设计了一个简单的自动

控制系统，该系统包括一个传感器、一个执行器和一个控制器。传感器用来检测环境中

的某种变化（如温度变化），并将这种变化转换成电信号；执行器根据接收到的电信号

调整工作状态（如改变灯光亮度）；控制器则接收来自传感器的信号，并做出相应的响

应。假设该控制系统中，传感器检测到的温度变化与输出的信号强度成正比，且控制器

在检测到温度变化超过设定阈值时会触发执行器动作。

28.若传感器检测到的温度变化量为QOC）,此时输出的电信号强度为当温

度变化量变为（27C）时，输出的电信号强度是多少？

29.设定的温度变化阈值为（3兀），若当前温度变化量为（2"C）,控制器会触发执行

器的动作吗？请解释原因。

30.若要使控制器在温度变化量达到（40C）时才触发执行器动作，请计算此时传感器

输出的电信号强度应设置为多少？

答案：

31.答案：当温度变化量为（2几）时，输出的电信号强度为（30）。因为传感器检测

到的温度变化与输出的信号强度成正比，可以得出比例常数为因此,

当温度变化量为（纱C）时，输出的电信号强度为（27CX1.仅广C=3S）.

32.答案：控制器不会触发执行器的动作。因为当前温度变化量为（25C）,没有超

过设定的温度变化阈值（3兀）。

33.答案：要使控制器在温度变化量达到（40℃）时才触发执行器动作，此时传感器

输出的电信号强度应设置为（60）。依据题目中的比例关系，当温度变化量为

（40D）时，输出的电信号强度为（47CX1.5V/C=66）。

解析：

34.首先，根据题目条件，当温度变化量为（/兀）时，输出的电信号强度为（/*'）,

由此可以确定比例常数为（/.叩/℃）。通过这个比例常数，我们可以计算出不同

温度变化量对应的电信号强度。

35.对于第二问，通过比较当前温度变化量（笏C）和设定的阈值（30℃）,可以判断控

制器是否需要触发执行器的动作。

36.最后一问涉及的是如何通过调整传感器输出的电信号强度来满足特定的触发条

件。通过已知的比例关系，我们可以推算出当温度变化量达到（勿C）时，传感器

应输出的电信号强度。

《第3节大显身手的传感器》同步训练（答案在后面）

一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）

1、以下哪种传感器通常用于测量液体温度？

A.光电传感器

B.压力传感器

C.热电偶传感器

D.红外传感器

2、在下列应用中，哪一项不是超声波传感器的主要应用领域？

A.超声波清洗

B.超声波测距

C.超声波焊接

D.超声波成像

3、在以下传感器中，能够将温度信号转换为电信号的传感器是：

A.光电传感器

B.压力传感器

C.温度传感器

D.湿度传感器

4、在以下应用中，传感器主要用于测量位移的是：

A.汽车制动系统

B.自动门的感应系统

C.温度控制系统

D.车辆限速系统

5、以下哪种传感器主要用于测量物体的位移？

A.压力传感器B.位移传感器C.温度传感器D.湿度传感器

6、当温度升高时，半导体材料的电阻率会如何变化？

A.增加B.减少C.保持不变D.变化不确定

7、在传感流中，下列哪种现象不是将非电学量转换为电学量的原理？（）

A.光电效应

B.热电效应

C.磁电效应

D.压电效应

二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）

1、下列关于传感器的描述，正确的是：

A.传感器是一种将非电学量转换为电学量的装置

B.所有传感器都能实现信号的放大和传输

C.传感器广泛应用于自动化、测量和控制等领域

D.传感器的工作原理都是基于光电效应

2、以下哪些传感器可以用于检测液体温度？

A.热敏电阻

B.光敏电阻

C.霍尔传感器

D.热电偶

3、在使用温度传感器测量温度时，通常会选用以下哪种类型的传感器？

A.热电偶传感器B.电阻应变片C.湿敏电阻D.PT100传感器

三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）

第一题

在实验室中，某同学利用一个电压表、一个定值电阻R和一个滑动变阻器设计了一

个简易温度计，其工作原理是通过改变滑动变阻器接入电路的阻值来改变电路中的电流,

从而使得电压表显示的电压值发生变化，进而反映出环境温度的变化。已知该电压表的

量程为0-3V,内阻为5kQ；定值电阻R的阻值为IkQ。当环境温度升高时，电压表的

示数如何变化？请分析并解释原因。

第二题

在某实验室中，使用一个热敏电阻作为温度传感器来检测实验室内温度的变化。当

温度从20°C升高到40。C时,热敏电阻的阻值从1000。变化到了800。。已知该热敏

电阻在30°C时的阻值为950Q。假设热敏电阻的阻值与温度之间的关系可以近似表示

为线性关系。求热敏电阻在35°C时的阻值是多少？

1.当温度（7=276）时，阻值（《二70000）；

2.当温度（7=4〃6）时，阻值（〃=8。0。）；

3.当温度（7=3。6）时，阻值（不=95。0）。

首先，利用第二个条件建立方程组：

从这两个方程中，我们可以通过消元法来解出（为和（6）。将第一个方程减去第二个

方程，得到：

\_1OO=-2OR

从而得出：

匠-50/。q

再将（攵二-⑦代入任一方程求解（仅，以第一个方程为例：

[1000=20（-5）+61[1000=-100+b\[b=11OOQ]

因此，热敏电阻的阻值与温度的关系为：

1R=-5T+1100\

接下来，我们要计算当温度（7=35。时的阻值⑴：

出二-5（35）+"04[^=-175+JJOO][/^=9250]

第三题：

传感器在智能家居系统中的应用

设计一个智能家居系统，该系统需要具备以下功能：

（1）通过光线传感器检测室内光线强度，当光线强度低于设定阈值时，自动开启

室内照明设备；

（2）利用温度传感器监测室内温度，当温度超过设定上限时，自动启动空调制冷;

（3）通过声音传感器检测室内噪音水平，当噪音水平超过设定阈值时，自动播放

轻柔音乐以降低噪音。

请根据上述要求，设计一个简单的电路图，并说明如何通过编程实现上述功能。

第四题

题目描述：

某实验小组利用多用电表测量一未知电阻值（约几百欧姆），并使用它来探究电压

变化时通过电阻的电流变叱规律。已知电源电动势为6V,内阻忽略不计；该未知电阻

R0的阻值约为几百欧姆。小组成员连接电路后发现，当外接电阻为100Q时，测得的电

压为2V；当外接电阻为200。时，测得的电压为1.5V。

4.根据上述数据，求出未知电阻RO的阻值。

5.为了进一步研窕R0在不同电压下的电流变化规律，小组成员准备在原电路基础

上增加一个可调电压源，使其能够提供从0到6V之间的任意电压。请设计一个

简单的电路方案，确保在调节电压的过程中，电流表的示数不会超过最大量程。

电流表量程为3A,内阻忽略不计。

6.求解未知电阻RO的阻值

根据欧姆定律，我们可以列出两个方程：

•当外接电阻为100Q时，电压为2V：

E_'

为+Rextl1-

其中（另二6P），（Rextl=100Q）,因此：

[6_]

.Ro+100='

•当外接电阻为200。时，电压为1.5V：

E

---------二

Ro+Rcxt2

其中®t2=200Q）,因此：

6

7

.Ro+200--

由于电流（乙）和（与相同（因为都是通过相同的电阻R0）,我们可以设置等式：

[6_6]

凡+100-R0+200

通过交叉相乘得到：

[6{R0+200）=6（自+100）1

简化得到：

[Ro+200=Ro+

这表明我们的假设是正确的，接下来我们可以通过其中一个方程求解R0的具体值。

使用第一个方程：

6