应用广泛的半导体元件

李参军 杨小荣

在初中物理实验中，我们常用滑动变阻器来改变电路中的电阻，从而调节电流、电压，而在生活中，广泛存在着多种可以自动调节电阻的元件，它们就是光敏电阻、热敏电阻、压敏电阻等各种各样的半导体元件。今天我们通过3道典型考题来看看这些神奇的半导体材料的广泛应用。

例1（2020·福建）图1为利用光敏电阻设计的监控装置示意图，R1是光敏电阻，当光照射的强度增大时其阻值变小，R2是定值电阻，电源电压不变。当有人经过通道遮蔽光线时（ ）。

A. 通过R1的电流变大 B. R1两端的电压变小

C. R2两端的电压变大 D. R2两端的电压变小

解析：两电阻串联，当有人经过通道遮蔽光线时光照射的强度减小，光敏电阻R1阻值变大，电路的电阻变大，由欧姆定律可得电路的电流变小，A错误;因为电源电压不变，R2两端电压变小，故由串联电路电压的规律可得R1两端电压变大，B错误;电流变小时，因为定值电阻阻值不变，根据U2=IR2，可知R2两端电压变小，C错误，D正确。

答案：D

点评：解题关键是明确当光照射的强度减小时光敏电阻阻值变大。

例2（2020·宁夏）如图2甲所示是某款手持式电子测温仪。图2乙是它工作的原理图，其中电源电压保持不变，R是热敏电阻，用于靠近人体测温，定值电阻R0为保护电阻，显示仪由电流表或电压表改装而成。在测量人的体温时，显示仪的示数会随被测者体温的升高而变大，则下列分析正确的是（ ）。

A. 显示仪是由电流表改装成的

B. 热敏电阻R的阻值随着温度的升高而增大

C. 被测温者体温越高，电路消耗的电功率越大

D. 将R0更换为阻值更大的电阻，测相同温度，显示仪示数变大

解析：由电路图可知，热敏电阻R与保护电阻R0串联，因显示仪与热敏电阻并联，故显示仪是由电压表改装成的，显示热敏电阻两端电压，A错误。因为当被测者体温升高时，显示仪的示数也会变大，由串联电路分压原理可得，这时热敏电阻的电阻变大，即热敏电阻R的阻值随着温度的升高而增大，B正确。由于被测者体温越高，热敏电阻的阻值越大，电路中的总电阻越大，所以由欧姆定律I = U/R可知这时电路的电流越小，而根据P = UI进一步可得电路消耗的电功率越小，C错误。温度相同时热敏电阻的阻值不变，将R0更换为阻值更大的电阻，则其相对于热敏电阻的阻值变大，由串联电路分压特点可得R0两端电压变大，R两端的电压变小，因此显示仪示数会变小，D错误。

答案：B

点评：解题关键是准确判断出显示仪是由电压表改装成的。

例3（2020·黑龙江·牡丹江）图3甲所示是我市某家用电辅热式平板太阳能热水器，其铭牌上标有电加热的功率为1000 W。图3乙是其储水箱水位探测电路原理图，其中电源电压为24 V，A为水位指示表（由量程为0～0.6 A电流表改成），R0阻值为10 Ω，Rx为压敏电阻，其阻值与储水箱水深的关系如图3丙所示。求：

（1）热水器正常电加热时，电热丝电阻多大？（结果保留一位小数）若遇到阴雨天，将储水箱中50 kg、30 ℃的水加热到50 ℃，正常通电要多长时间？（假设电热全部被水箱中的水吸收且水无热损失）

（2）当水位指示表指示储水箱水深为0.2 m时，探测电路中的电流多大？

解析：（1）由题可知，电加热器的额定功率P = 1000 W，正常工作时的电压U = 220 V，所以由[I=UR]和P = UI可得，电热丝的电阻为R = [U2P] [=（220 V）21000 W] = 48.4 Ω;将储水箱中50 kg、30 ℃的水加热到50 ℃时水吸收的熱量为Q吸 = cm[Δ]t = 4.2 × 103 J/（kg·℃） × 50 kg × （50 ℃ - 30 ℃）= 4.2 × 106 J，若电热全部被水箱中的水吸收且水无热损失，则W = Q吸 = Pt，所以由[P=Wt]可得通电时间为[t=WP=4.2×106 J1000 W=4200 s]。

（2）由图丙可知，当水深h = 0.2 m时，压敏电阻的阻值是Rx = 150 Ω，则探测电路中的电流值是：[I=URx+R0=24 V150 Ω+10 Ω=0.15 A]。

点评：需要说明的是，题目是根据深度求电流表的示数，其实我们还可以根据电流表的示数反推出水的深度，具体的方法是：先通过R = U/I计算出电路中的总电阻，再减去R0的电阻即得压敏电阻的阻值，最后通过图丙就可以得到水的深度。