Question

7．半導體的電阻率會隨溫度的升高而變化．某實驗室提供的器材如下：
除被測半導體（自備接線柱）外
A、量程（0～3A）內阻0.025Ω的電流表
B、量程（0-0.6A）內阻0.2Ω的電流表
C、量程（0-3.0mA）內阻0.2Ω的電流表
D、量程（0～60V）內阻1ΚΩ的電壓表
E、量程（0～15V）內阻為20ΚΩ的電壓表
F、電阻箱（0～9999Ω）   G、電阻箱（0～999Ω）
H、最大阻值20Ω，額定電流3A的滑線變阻器
I、最大阻值1000Ω，額定電流0.5A的滑線變阻器
J、電源（電動勢50V，內阻約0.5Ω）、導線、電鍵備用
K、游標卡尺，L、千分尺

（1）則電流表應選C，電壓表應選D，滑動變阻器應選H，在右端畫出合理的實驗電路
（2）某同學為研究這一現(xiàn)象，用實驗得到如表數(shù)據(jù)（I和U分別表示半導體的電流和電壓）：在如圖1所示的坐標線中畫出此半導體大致的U-I曲線．

U/V	12	21	29	34	38	42	45	47	49	50
I/mA	0.20	0.40	0.60	0.80	1.00	1.20	1.40	1.60	1.80	2.00

（3）如果其他測量長度和直徑數(shù)據(jù)如圖2所示則長度為3.62厘米，直徑為0.900毫米，則電壓為50伏時，半導體的電阻率為0.4Ω•m （保留一位有效數(shù)字）？
（4）半導體的電阻率與溫度有何關系？

Answer 1

分析 （1）關鍵是首先根據(jù)電源電動勢大小選擇電壓表的量程，再通過求出待測電阻的最大電流來選擇電流表的量程，根據(jù)實驗要求多測幾次數(shù)據(jù)可知變阻器應采用分壓式接法，應選擇阻值小的變阻器以方便調節(jié)；
（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)利用描點法即可得出圖象；
（3）明確游標卡尺讀數(shù)時，應分成整數(shù)部分和小數(shù)部分兩部分來讀，注意分度是20分度時精確度為0.05mm；螺旋測微器讀數(shù)時，也應分成整數(shù)部分和小數(shù)部分兩部分來讀，注意半毫米刻度線是否露出；歐姆表讀數(shù)時注意倍率．根據(jù)電阻定律解出電阻率表達式，然后求解即可．
（4）根據(jù)圖象明確電阻率與溫度的關系．

解答 解：（1）根據(jù)電源電動勢為50V可知電壓表應選D；由表中數(shù)據(jù)可知，電流最大值為2mA；故電流表應選擇C；由歐姆定律可知，R=$\frac{50}{2×1{0}^{-3}}$=2.5×10⁴Ω電阻R較大，故兩個滑動變阻器均不能起到保護作用；故只能采用分壓接法，滑動變阻器選擇小電阻；故滑動變阻器選擇：H；以便于調節(jié)；
由以上分析可知，可知變阻器應采用分壓式接法，由于待測電阻滿足$\frac{{R}_{V}}{{R}_{X}}$＞$\frac{{R}_{X}}{{R}_{A}}$，可知電流表應用外接法，電路圖如圖所示：

（2）根據(jù)描點法得出圖象如圖所示：

（3）由圖可知，根據(jù)游標卡尺和螺旋測微器的讀數(shù)方法可知；長度l=3.6cm+2×0.01cm=3.62cm；直徑為d=0.5+40.0×0.01=0.900mm；電壓為50V時，電阻R=$\frac{50}{2×1{0}^{-3}}$=2.5×10⁴Ω
根據(jù)R=$\frac{ρL}{\frac{1}{4}πfb9fnpt^{2}}$，代入數(shù)據(jù)可求出電阻率為：ρ≈0.4Ω•m；
（4）由圖象可知，圖象的斜率越來越小，說明電阻率隨溫度的增大而減�。�
故答案為：（1）C，D，H．如圖所示；
（2）如圖；（3）3.62，0.900；0.4；
（4）半導體的電阻率隨溫度的升高而減�。�

點評 解決本題的關鍵掌握游標卡尺和螺旋測微器的讀數(shù)方法，游標卡尺讀數(shù)的方法是主尺讀數(shù)加上游標讀數(shù)，不需估讀．螺旋測微器的讀數(shù)方法是固定刻度讀數(shù)加上可動刻度讀數(shù)，在讀可動刻度讀數(shù)時需估讀．應通過估算電路中的最大電流來選擇電流表的量程；當要求“測量多組數(shù)據(jù)”、“電流從零調”以及當變阻器的全電阻遠小于待測電阻時，變阻器應用分壓式接法；當滿足$\frac{{R}_{V}}{{R}_{X}}$＞$\frac{{R}_{X}}{{R}_{A}}$ 時．電流表應用外接法，當滿足$\frac{{R}_{V}}{{R}_{X}}$＜$\frac{{R}_{X}}{{R}_{A}}$ 時，電流表應用內接法