Question

5．半導(dǎo)體壓阻傳感器已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于航空、化工、航海、動(dòng)力和醫(yī)療等部門(mén)，它們是根據(jù)“壓阻效應(yīng)”：就是某些固體材料受到外力后除了產(chǎn)生形變，其電阻率也要發(fā)生變化的現(xiàn)象．現(xiàn)用如圖1所示的電路研究某長(zhǎng)薄板電阻R_x的壓阻效應(yīng)，已知R_x的阻值變化范圍為幾歐到幾十歐，實(shí)驗(yàn)室中有下列器材
A．電源E（3V，內(nèi)阻約為1Ω）
B．電流表A₁（0.6A，內(nèi)阻r₁=5Ω）
C．電流表A₂（0.6A，內(nèi)阻r₂約為1Ω）
D．開(kāi)關(guān)S，定值電阻R₀

（1）為了比較準(zhǔn)確地測(cè)量電阻R_x的阻值，請(qǐng)根據(jù)圖1虛線(xiàn)框內(nèi)電路圖的設(shè)計(jì)，甲表選用A_l（填或A₂），乙表選用A₂（填A(yù)_l或A₂）．
（2）在電阻Rx上加一個(gè)豎直向下的力F（設(shè)豎直向下為正方向），閉合開(kāi)關(guān)S，記下電表讀數(shù)，A₁的讀數(shù)為I₁，A₂的讀數(shù)為I₂，得R_x=$\frac{{I}_{1}{r}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$（用字母表示）．
（3）改變力的大小，得到不同的R_x值，然后讓力反向從下向上擠壓電阻，并改變力的大小，得到不同的R_x值，最后繪成的圖象如圖2所示．當(dāng)F豎直向下（設(shè)豎直向下為正方向）時(shí)，可得R_x與所受壓力F的數(shù)值關(guān)系是R_x=14-2F．（各物理量單位均為國(guó)際單位）
（4）定值電阻R₀的阻值應(yīng)該選用B．
A．1Ω              B．5Ω             C．10Ω         D．20Ω

Answer 1

分析 （1）測(cè)電阻阻值應(yīng)測(cè)出電阻兩端電壓與通過(guò)電阻的電流，根據(jù)所給實(shí)驗(yàn)器材與實(shí)驗(yàn)原理作出實(shí)驗(yàn)電路圖．
（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路應(yīng)用并聯(lián)電路特點(diǎn)與歐姆定律求出電阻阻值．
（3）分析圖示圖象，根據(jù)圖象特點(diǎn)分析答題．
（4）由歐姆定律求出電路最小電阻，然后求出保護(hù)電阻的阻值，再選擇保護(hù)電阻．

解答 解：（1）測(cè)電阻阻值需要測(cè)出電阻兩端電壓與通過(guò)電阻的電流，所給實(shí)驗(yàn)器材沒(méi)有電壓表，可以用已知內(nèi)阻的電流表A₂與待測(cè)電阻并聯(lián)，測(cè)出電阻兩端電壓，另一個(gè)電流表A₁串聯(lián)在電路中測(cè)電路電流，故甲表用A₁；乙表用A₂；
（2）電阻兩端電壓U=I₁r₁，通過(guò)電阻的電流I=I₂-I₁，電阻阻值R_X=$\frac{U}{I}$=$\frac{{I}_{1}{r}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；
（3）由圖2所示圖象可知，圖象具有對(duì)稱(chēng)性，當(dāng)正反向壓力大小相等時(shí)，對(duì)應(yīng)的電阻阻值相等；
由圖象可知，電阻與壓力是一次函數(shù)關(guān)系，設(shè)為R_X=R₀+kF，
由圖象可知：R₀=14Ω，把R_X=5Ω，F(xiàn)=-4.5N代入關(guān)系式解得：k=-2，
則關(guān)系式為：R_X=14-2F．
（4）電路最小總電阻為：R_最小=$\frac{E}{{I}_{2最大}}$=$\frac{3}{0.6}$=5Ω，
則保護(hù)電阻阻值約為：R₀=R_最小-r=5-1=4Ω，
故選B．
故答案為：（1）A₁；A₂；（2）$\frac{{I}_{1}{r}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；（3）當(dāng)正反向壓力大小相等時(shí)，對(duì)應(yīng)的電阻阻值相等；R_X=14-2F；（4）B

點(diǎn)評(píng) 伏安法測(cè)電阻原理時(shí)：用電壓表測(cè)出電阻兩端電壓，用電流表測(cè)出通過(guò)電阻的電流，然后由歐姆定律求出電阻阻值，當(dāng)沒(méi)有電壓表而有已知內(nèi)阻的電流表時(shí)，可以把電流表與待測(cè)電阻并聯(lián)，利用并聯(lián)電路電壓特點(diǎn)與歐姆定律測(cè)電阻兩端電壓．