南瓜和西葫芦能同吃吗:中考中的半导体

中考中的半导体 

224112江苏省大丰市刘庄第二初级中学  季涛 13815564170

半导体的导电性能介于导体与绝缘体之间，用这种材料做成的光敏电阻、热敏电阻、压敏电阻在自动控制方面的广泛应用，与之有关的试题便成了近年的中考的热点。 

一、光敏电阻

例1 有一种半导体材料的电阻值随着光照射强度的变化而明显改变，用这种材料制作的电阻称为光敏电阻．物理学上用“光强”这个物理量来表示光强弱的程度，符号为E，国际单位为坎德拉(cd)，某光敏电阻的阻值R与光强E之间的一组实验数据如下表所示：

实验次数

1

2

3

4

5

6

光强E/cd

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

光敏电阻R/Ω

36.0

18.0

12.0

7.2

6.0

 （1）分析上表数据，并归纳出光敏电阻的阻值R随光强E变化的关系式为R=       Ω。根据光敏电阻的阻值R随光强E变化的规律，填 写表格空格处的电阻。

（2）小明将该光敏电阻R、电流表(量程为0～0.6A)、电压表(量程为0~3V)、开关、滑动变阻器R。(最大阻值为50Ω)和电压恒为6V的电源组成如图3所示的电路，闭合开关，调节滑动变阻器使电流表的示数为0.4A时，电压表的示数为3.6V，此时，光敏电阻所在处的光强为多大?

（3）在上述电路中，随着电阻的变化，电流可能会超过电流表的量程，滑动变阻器两端的电压可能会超过电压表的量程．若光敏电阻处的光强在2.0cd至4.5cd范围内，为保证不超过电表量程，求出滑动变阻 器允许连入电路的阻值范围．

解析  （1）由表中数据分析可知，光强与光敏电阻阻值乘积为定值36，所以光强与光敏电阻阻值成反比，有。当E=4.0(cd)时，R=9.0(Ω)

（2）光敏电阻两端的电压    光敏电阻的阻值 

查表知，光强为E=6.0cd。

（3）当E=2.0cd时，查表得R=18Ω，移动滑动变阻器，电路中最大电流为≤0.6A，电流表不会超过量程，为确保电压表不超过量程≤3V ，则≤18Ω。

当E=4.5cd时，由R=36/E  得R=8Ω

为确保电流表不超过量程，≤0.6A 则R0≥2Ω 

所以滑动变阻器的阻值变化范围为2Ω～8Ω。

二、热敏电阻

例2 研究表明，有些金属电阻的阻值会随温度的变化而变化，物理学中利用这类金属的特性可以制成金属电阻温度计，它可以用来测量很高的温度，其原理如图所示。图中电流表量程为0～15mA（不计其电阻），电源的电压恒为3V，R′为滑动变阻器，金属电阻作为温度计的测温探头，在t≥0℃时其阻值Rt随温度t的变化关系为Rt=100+0.5t（单位为Ω）。

  （1）若要把Rt放入温度为0℃处进行测量，使电流表恰好达到满量程电流15mA，则这时滑动变阻器R′接入电路的阻值为多大？ 

  （2）保持（1）中滑动变阻器R′接入电路的阻值不变，当把测温探头Rt放到某待测温度处，电流表的示数恰为10mA，则此时Rt的阻值为多大？对应的温度为多高？

 （3）滑动变阻器R′接入电路的阻值不变，若把电流表的电流刻度盘换为对应的温度刻度盘，则温度刻度的特点是什么？（答出一点即可）

解析 （1）由Rt=100+0.5t，金属电阻Rt在0℃时阻值为R0=100Ω，此时电路中电流：                                  

     得R′=100Ω                                                

（2）   得 Rt＝200Ω                                                 

由Rt=100+0.5t   代入数据得：t＝200℃                                                  

（3）①由Rt=100+0.5t知，测温探头Rt的阻值随温度的升高而增大，电流表示数随之而减小，所以电流刻度值越小对应的温度刻度值越大。②电流表示数与温度变化的关系：，由该式可知，I 与t 之间没有正比关系，所以该温度表刻盘刻度不均匀。            

三、压敏电阻

例3有一种测量人体重的电子秤，其原理图如图3中的虚线所示，它主要由三部分构成：踏板和压力杠杆ABO、压力传感器R（是一个阻值可随压力大小而变化的电阻器）、显示体重的仪表G（其实质是电流表）。其中AO∶BO=5∶1。已知压力传感器的电阻与其所受压力的关系如下表所示：

压力F/N

0

50

100

150

200

250

300

…

电阻R/

300

270

240

210

180

150

120

…

设踏板和杠杆组件的质量可忽略不计，接通电源后，压力传感器两端的电压恒为4.68V，则：

（1）该秤零刻度线（即踏板空载时的刻度线）应标在电流表刻度盘多少毫安处？

（2）利用表中的数据归纳出电阻R随压力F变化的函数式。

（3）如果某人站在踏板上，电流表刻度盘示数为20毫安，这个人的体重是多少？

解析（1）依题意可知，电子秤空载时压力传感器受到的压力为0，由表可知，此时压力传感器的电阻R1=300Ω，电路中的电流为。所以该秤零刻度线应标在电流表刻度盘的15.6毫安处。

（2）由表中数据可归纳得出： 

（3）当电流表刻度盘的读数为I2=20毫安时，压力传感器的电阻

 ，由，算得 ，

再由算得