中考中的半導(dǎo)體 

224112江蘇省大豐市劉莊第二初級(jí)中學(xué)  季濤 13815564170

半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間，用這種材料做成的光敏電阻、熱敏電阻、壓敏電阻在自動(dòng)控制方面的廣泛應(yīng)用，與之有關(guān)的試題便成了近年的中考的熱點(diǎn)。 

一、光敏電阻

例1 有一種半導(dǎo)體材料的電阻值隨著光照射強(qiáng)度的變化而明顯改變，用這種材料制作的電阻稱為光敏電阻．物理學(xué)上用“光強(qiáng)”這個(gè)物理量來(lái)表示光強(qiáng)弱的程度，符號(hào)為E，國(guó)際單位為坎德拉(cd)，某光敏電阻的阻值R與光強(qiáng)E之間的一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示：

 （1）分析上表數(shù)據(jù)，并歸納出光敏電阻的阻值R隨光強(qiáng)E變化的關(guān)系式為R=       Ω。根據(jù)光敏電阻的阻值R隨光強(qiáng)E變化的規(guī)律，填 寫(xiě)表格空格處的電阻。

（2）小明將該光敏電阻R、電流表(量程為0～0.6A)、電壓表(量程為0~3V)、開(kāi)關(guān)、滑動(dòng)變阻器R。(最大阻值為50Ω)和電壓恒為6V的電源組成如圖3所示的電路，閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電流表的示數(shù)為0.4A時(shí)，電壓表的示數(shù)為3.6V，此時(shí)，光敏電阻所在處的光強(qiáng)為多大?

（3）在上述電路中，隨著電阻的變化，電流可能會(huì)超過(guò)電流表的量程，滑動(dòng)變阻器兩端的電壓可能會(huì)超過(guò)電壓表的量程．若光敏電阻處的光強(qiáng)在2.0cd至4.5cd范圍內(nèi)，為保證不超過(guò)電表量程，求出滑動(dòng)變阻 器允許連入電路的阻值范圍．

解析  （1）由表中數(shù)據(jù)分析可知，光強(qiáng)與光敏電阻阻值乘積為定值36，所以光強(qiáng)與光敏電阻阻值成反比，有。當(dāng)E=4.0(cd)時(shí)，R=9.0(Ω)

（2）光敏電阻兩端的電壓    光敏電阻的阻值 

查表知，光強(qiáng)為E=6.0cd。

（3）當(dāng)E=2.0cd時(shí)，查表得R=18Ω，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器，電路中最大電流為≤0.6A，電流表不會(huì)超過(guò)量程，為確保電壓表不超過(guò)量程≤3V ，則≤18Ω。

當(dāng)E=4.5cd時(shí)，由R=36/E  得R=8Ω

為確保電流表不超過(guò)量程，≤0.6A 則R0≥2Ω 

所以滑動(dòng)變阻器的阻值變化范圍為2Ω～8Ω。

二、熱敏電阻

例2 研究表明，有些金屬電阻的阻值會(huì)隨溫度的變化而變化，物理學(xué)中利用這類金屬的特性可以制成金屬電阻溫度計(jì)，它可以用來(lái)測(cè)量很高的溫度，其原理如圖所示。圖中電流表量程為0～15mA（不計(jì)其電阻），電源的電壓恒為3V，R′為滑動(dòng)變阻器，金屬電阻作為溫度計(jì)的測(cè)溫探頭，在t≥0℃時(shí)其阻值Rt隨溫度t的變化關(guān)系為Rt=100+0.5t（單位為Ω）。

  （1）若要把Rt放入溫度為0℃處進(jìn)行測(cè)量，使電流表恰好達(dá)到滿量程電流15mA，則這時(shí)滑動(dòng)變阻器R′接入電路的阻值為多大？ 

  （2）保持（1）中滑動(dòng)變阻器R′接入電路的阻值不變，當(dāng)把測(cè)溫探頭Rt放到某待測(cè)溫度處，電流表的示數(shù)恰為10mA，則此時(shí)Rt的阻值為多大？對(duì)應(yīng)的溫度為多高？

 （3）滑動(dòng)變阻器R′接入電路的阻值不變，若把電流表的電流刻度盤(pán)換為對(duì)應(yīng)的溫度刻度盤(pán)，則溫度刻度的特點(diǎn)是什么？（答出一點(diǎn)即可）

解析 （1）由Rt=100+0.5t，金屬電阻Rt在0℃時(shí)阻值為R0=100Ω，此時(shí)電路中電流：                                  

     得R′=100Ω                                                

（2）   得 Rt＝200Ω                                                 

由Rt=100+0.5t   代入數(shù)據(jù)得：t＝200℃                                                  

（3）①由Rt=100+0.5t知，測(cè)溫探頭Rt的阻值隨溫度的升高而增大，電流表示數(shù)隨之而減小，所以電流刻度值越小對(duì)應(yīng)的溫度刻度值越大。②電流表示數(shù)與溫度變化的關(guān)系：，由該式可知，I 與t 之間沒(méi)有正比關(guān)系，所以該溫度表刻盤(pán)刻度不均勻。            

三、壓敏電阻

例3有一種測(cè)量人體重的電子秤，其原理圖如圖3中的虛線所示，它主要由三部分構(gòu)成：踏板和壓力杠桿ABO、壓力傳感器R（是一個(gè)阻值可隨壓力大小而變化的電阻器）、顯示體重的儀表G（其實(shí)質(zhì)是電流表）。其中AO∶BO=5∶1。已知壓力傳感器的電阻與其所受壓力的關(guān)系如下表所示：

設(shè)踏板和杠桿組件的質(zhì)量可忽略不計(jì)，接通電源后，壓力傳感器兩端的電壓恒為4.68V，則：

（1）該秤零刻度線（即踏板空載時(shí)的刻度線）應(yīng)標(biāo)在電流表刻度盤(pán)多少毫安處？

（2）利用表中的數(shù)據(jù)歸納出電阻R隨壓力F變化的函數(shù)式。

（3）如果某人站在踏板上，電流表刻度盤(pán)示數(shù)為20毫安，這個(gè)人的體重是多少？

解析（1）依題意可知，電子秤空載時(shí)壓力傳感器受到的壓力為0，由表可知，此時(shí)壓力傳感器的電阻R1=300Ω，電路中的電流為。所以該秤零刻度線應(yīng)標(biāo)在電流表刻度盤(pán)的15.6毫安處。

（2）由表中數(shù)據(jù)可歸納得出： 

（3）當(dāng)電流表刻度盤(pán)的讀數(shù)為I2=20毫安時(shí)，壓力傳感器的電阻

 ，由，算得 ，

再由算得