Question

9．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、動力和醫(yī)療等部門，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，實驗室中有下列器材：
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．開關(guān)S，定值電阻R₀

（1）為了比較準(zhǔn)確地測量電阻R_x的阻值，請根據(jù)虛線框內(nèi)電路圖的設(shè)計，甲表選用A₁（填A(yù)₁或A₂），乙表選用另一電流表．
（2）在電阻R_x上加一個豎直向下的力F（設(shè)豎直向下為正方向），閉合開關(guān)S，記下電表讀數(shù)，甲的讀數(shù)為I₁，乙的讀數(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，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）測電阻阻值應(yīng)測出電阻兩端電壓與通過電阻的電流，根據(jù)所給實驗器材與實驗原理作出實驗電路圖．
（2）根據(jù)實驗電路應(yīng)用并聯(lián)電路特點與歐姆定律求出電阻阻值．
（3）分析圖示圖象，根據(jù)圖象特點分析答題．
（4）由歐姆定律求出電路最小電阻，然后求出保護電阻的阻值，再選擇保護電阻．

解答 解：（1）測電阻阻值需要測出電阻兩端電壓與通過電阻的電流，所給實驗器材沒有電壓表，可以用已知內(nèi)阻的電流表與待測電阻并聯(lián)，測出電阻兩端電壓，另一個電流表串聯(lián)在電路中測電路電流，實驗電路圖如圖所示：
（2）電阻兩端電壓U=I₁r₁，通過電阻的電流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，圖象具有對稱性，當(dāng)正反向壓力大小相等時，對應(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=12Ω，F(xiàn)=1N代入關(guān)系式解得：k=-2，則關(guān)系式為：R_X=14-2F；
將R_X=12Ω，F(xiàn)=-1N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=$\frac{E}{{I}_{2m}}$=$\frac{3}{0.6}$Ω=5Ω，
則保護電阻阻值約為：R₀=R_最小-r=5-1=4Ω，故選B．
故答案為：（1）A_l，（2）$\frac{{I}_{1}{r}_{1}}{{I}_{2}-{I}_{1}}$；（3）14-2F；（4）B．

點評 伏安法測電阻原理時：用電壓表測出電阻兩端電壓，用電流表測出通過電阻的電流，然后由歐姆定律求出電阻阻值，當(dāng)沒有電壓表而有已知內(nèi)阻的電流表時，可以把電流表與待測電阻并聯(lián)，利用并聯(lián)電路電壓特點與歐姆定律測電阻兩端電壓；最后掌握由圖象尋找有價信息，是解題的突破口．