与半导体有关的非线性图像电学试题例析

夏兆省

（朝晖中学 浙江 杭州 310014）

1 压敏性的非线性图像

【例1】传感器是现代自动控制系统的重要器件之一，传感器通常是将感应到的物理量信号转换成电流（或电压）信号，如：温度传感器、声传感器、光传感器等.现有一压力传感器（可视为一个电阻）.其电阻R随压力F大小的变化而变化，从实验测得R与F的一组数据如表1所示.

表1 实验测得的数据

（1）根据表中的数据，在如图1所示的R－F坐标系中画出电阻R随压力F变化的图像.

（2）利用表中的数据或R－F的图像，可得到的结论是____________.

分析：本题通过学生对表格中的数据的理解，再描绘图像，通过图像来得出结论，并通过压力传感器受到的压力和电阻的关系.

解析：（1）根据表中的数据，描绘出的图像如图2所示.

（2）从描点绘图可以得出的结论是：随着压力的增大，电阻逐渐减小（或随着压力的增大，电阻先减小得快，后减小得慢.）

图2

点评：主要考查学生画图能力和利用图像进行分析归纳总结得出结论的能力.

2 热敏性的非线性图像

【例2】半导体材料的导电能力介于导体和绝缘体之间，其电阻受温度影响较大.如图3（a）是某种半导体材料的电阻随温度变化的关系图像.根据这种半导体材料电阻的特性，小明和他的同学设计了一个电路［如图3（b）］，可以测定某一空间的温度，使用的器材如下：半导体电阻、电源、电流表（0～0.6A）、开关、定值电阻R0（10Ω）、导线若干.

图3

（1）定值电阻R0的作用是什么？

（2）当环境温度为20℃时，电流表的读数为0.2A，求电源的电压.

（3）电流表的读数为0.4A时，求当时环境温度和半导体电阻的电功率分别是多少.

分析：本题考查学生对电阻与温度的图像的理解.第（2）问当环境温度为20℃ 时，从图中可以找到对应的电阻为50Ω，利用串联电路电压的特点算出电源的电压.第（3）问电流表的读数为0.4A时，利用串联电路的特点和欧姆定律算出半导体电阻，从图像中找到对应的温度.

解析：（1）保护电路作用；

（2）由电路图R和R0串联，当t＝20℃时，半导体电阻R＝50Ω.

从图像知环境温度是40℃，则

点评：主要考查了学生读图能力和利用物理知识解决问题的能力.

3 光敏性的非线性图像

【例3】光敏电阻的阻值随光照射的强弱而改变.“光强”表示光的强弱程度的物理量，照射光越强，光强越大，光强符号用E表示，国际单位为坎德拉（cd）.实验测得光敏电阻的阻值R与光强E间的关系如图4所示，根据图像解答下列问题：

图4

（1）光敏电阻随光强的增大而______，随光强的减小而______.

（2）当光强为E1时，光敏电阻的阻值为R1；当光强为E2时，光敏电阻的阻值为R2，那么它们之间的关系式为（用E1和E2表示）.

（3）将光敏电阻R、定值电阻R0、电流表、开关和电源连接成图5所示电路.闭合开关，逐渐增大光敏电阻的光照强度，那么______.（填正确答案的序号）

A.电流表的读数增大，光敏电阻两端的电压也增大

B.电流表的读数增大，但光敏电阻两端的电压减小

C.电流表的读数减小，但光敏电阻两端的电压增大

D.电流表的读数减小，光敏电阻两端的电压也减小

（4）在图5电路所示电路中，电源电压为6V，当光照强度为4.5cd时，电流表的读数为0.5A.试求定值电阻R0的阻值.

图5

分析：本题通过学生对电阻与光照的图像的理解.由图像可知光敏电阻随光强的增大而减小，随光强的减小而增大；光敏电阻的阻值与光强成反比，所以；将光敏电阻R、定值电阻R0、电流表、开关和电源连接成如图5所示电路.闭合开关，逐渐增大光敏电阻的光照强度，那么光敏电阻的阻值将减小，电路中的电流增大，电流表的读数增大，定值电阻R0两端的电压增大，电源电压不变，所以光敏电阻两端的电压减小；当光照强度为4.5cd时，光敏电阻R光＝4Ω，两端电压

定值电阻两端电压

定值电阻

定值电阻两端电压

定值电阻

点评：主要考查了学生读图能力和利用物理知识解决问题的能力.

综上分析，学生对电阻与压力、温度、光强的非线性图像接触较少，遇到该类试题会产生心理恐慌.实际上，这些试题所涉及的知识仍然是图像和文字、表格等信息的结合，解题时只要能够读懂题中提供的信息、图像中横坐标和纵坐标以及图像中对应各点的含义，将题中信息和图像信息结合起来，运用所学的电学等知识就能很好的解决问题，同时培养学生利用图像进行分析归纳总结得出结论的能力和利用物理知识解决问题的能力.