Question

有一些材料，導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，這種材料稱做半導(dǎo)體．有一種半導(dǎo)體其電阻的大小隨溫度的變化而明顯改變，利用這種半導(dǎo)體材料制成的電阻叫熱敏電阻．熱敏電阻可以用來測(cè)量溫度的變化，且反應(yīng)快，精度高．
李明同學(xué)為了檢測(cè)他家蔬菜大棚內(nèi)的溫度變化，他用熱敏電阻設(shè)計(jì)了一個(gè)如圖所示的電路，其中電源電壓是3V，熱敏電阻的阻值隨溫度變化的圖象如圖所示，電流表的量程是0-100mA．為了能從電流表直接讀出大棚內(nèi)的氣溫，他將電流表的刻度盤改畫成溫度的刻度，這樣改造后的電流表就成了氣溫表．
（1）請(qǐng)你幫他計(jì)算，改造成的氣溫表能測(cè)量的最高溫度是多少？寫出計(jì)算過程．
（2）結(jié)合圖象分析，你認(rèn)為李明設(shè)計(jì)的電路有什么不妥之處？
（3）在保持現(xiàn)有元件不變的條件下，在增添一個(gè)電阻，你能想辦法使該氣溫表的量程擴(kuò)大到80℃嗎？請(qǐng)?jiān)诜娇蛑挟嫵瞿阍O(shè)計(jì)的電路圖，并通過計(jì)算求出新增電阻的阻值．
（4）根據(jù)你設(shè)計(jì)的電路，通過計(jì)算說明，此氣溫表的0℃應(yīng)與電流表刻度盤的什么刻度對(duì)應(yīng)？

Answer 1

【答案】分析：（1）熱敏電阻兩端的電壓等于電源電壓為3V不變，電流表的使用規(guī)則是不能超過它的量程，電流表的示數(shù)最大為100mA，根據(jù)歐姆定律計(jì)算出熱敏電阻的阻值，即可判斷氣溫的高低；
（2）根據(jù)電流表的量程是0-100mA，可知電路中的電流不能超過100mA，當(dāng)溫度繼續(xù)升高，熱敏電阻的阻值會(huì)繼續(xù)減小，超過電路中電流的最大值，所以在電路中需串聯(lián)一個(gè)定值電阻起保護(hù)作用，否則電路的設(shè)計(jì)不妥；
（3）由上分析可知，在保持現(xiàn)串聯(lián)一個(gè)定值電阻即可；然后根據(jù)串聯(lián)的分壓原理計(jì)算；
（4）根據(jù)圖象0℃時(shí)對(duì)應(yīng)的熱敏電阻的阻值；利用歐姆定律計(jì)算．
解答：解：（1）因電流表的使用時(shí)不能超過它的量程，所以當(dāng)電流表達(dá)到滿刻度時(shí)，電路中的電流為100mA=0.1A；
此時(shí)，電路中的電阻為：R===30Ω；
由圖象可知，熱敏電阻的阻值為30Ω時(shí)溫度為25℃．
答：氣溫表能測(cè)量的最高溫度是25℃．
（2）經(jīng)上面分析可知：當(dāng)溫度達(dá)到25℃后，若溫度繼續(xù)升高，熱敏電阻的阻值減小，因電路中只有熱敏電阻接入，會(huì)使電路中的電流增大，從而超過電流表的量程，損壞電流表，所以李明設(shè)計(jì)的電路不妥．
（3）為使氣溫表的量程擴(kuò)大到80℃，即氣溫達(dá)到80℃時(shí)，電路中的電流不能超過0.1A，又因此時(shí)熱敏電阻的阻值為7Ω，所以在電路中串聯(lián)一個(gè)電阻，如圖：
由圖象可知，氣溫是80℃時(shí)，熱敏電阻的阻值為7Ω時(shí)，
當(dāng)電流表達(dá)到滿刻度時(shí)，電路中的電阻為30Ω，即R_總=30Ω．
所以串聯(lián)的電阻為R₂=R_總-R₁=30Ω-7Ω=23Ω．
答：新增電阻的阻值為23Ω．
（4）由圖象可知：0℃時(shí)，熱敏電阻的阻值為100Ω，此時(shí)，電路總的電流是：I===0.024A=24mA；
答：氣溫表的0℃應(yīng)與電流表刻度盤的24mA的位置對(duì)應(yīng)．
點(diǎn)評(píng)：本題重點(diǎn)考查歐姆定律和電流表的正確使用，注意在任何情況下都不能超過電流表的量程．