Question

某實驗小組探究一種熱敏元件的電阻隨溫度變化的特性．現有器材：直流恒流電源（在正常工作狀態下輸出的電流恒定并且可讀出其大小）、電壓表、特測元件、保溫容器、溫度計、開關和導線等．
（1）若用上述器材測量該元件的阻值隨溫度變化的特性，請你在答題紙對應圖中用筆連線畫出實物連接圖．
（2）實驗的主要步驟：
①正確連接電路，在保溫容器中注入適量冷水，接通電源，調節并記錄電源輸出的電流值；
②在保溫容器中添加少量熱水，待溫度穩定后，閉合開關，記錄

電壓表示數

和

溫度計示數

，斷開開關；
③重復第②步操作若干次，測得多組數據．
（3）實驗小組測得該元件在不同溫度下的阻值．并據此繪得上圖的R-t關系圖線，請根據圖線寫出該元件的R-t關系式：R=

100+1.6t

．
（4）由以上方法測得的電阻值比它的真實值偏

小

．
（5）如果實驗室提供的恒定電流源的輸出電流為65mA，但沒有合適的電壓表，應選用如下哪組器材測量熱敏元件上的電壓？

B

．
A．電壓表V₁：量程3V、內阻3kΩ，定值電阻R₁=6kΩ
B．電壓表V₂：量程5V、內阻5kΩ，定值電阻R₂=10kΩ
C．電壓表V₃：量程10V、內阻10kΩ，定值電阻R₃=1kΩ

Answer 1

分析：（1）連接實物圖，要注意電流從電壓表的正接線柱流入，從負接線柱流出，電壓表與熱敏電阻并聯；
（2）實驗要測量電阻值和溫度值，電阻要用歐姆定律計算，由于電流恒定且已知，故需測量電壓和溫度；
（3）從圖中取相距較遠的兩個特殊點，代入R=R₀+kt計算即可．
（4）考慮到電壓表的內阻，實際測量的是電壓表內阻和熱敏元件的并聯電阻，據此分析測量值與真實值間的關系．
（5）根據恒定電流源的輸出電流得出熱敏元件在溫度較高時兩端的電壓，以及從減小誤差的角度分析，確定合適的器材．

解答：解：（1）直流恒流電源在正常工作狀態下輸出的電流恒定并且可讀出其大小，電壓表并聯在熱敏元件兩側，實物圖連接如下圖．
（2）該實驗需測出不同溫度下熱敏元件的電阻，所以需記錄電壓表的示數和溫度計的示數．
（3）根據R-t關系圖線，知R與t成線性關系，為R=100+1.6t．
（4）測量時認為電壓表的示數與輸出電流的比值等于電阻的測量值，該值等于電壓表與熱敏元件的并聯電阻，小于真實值．
（5）根據歐姆定律，熱敏元件在溫度較高時兩端電壓大約為15V，三個電壓表量程都不夠，從電表改裝考慮，電壓表V₂和定值電阻R₂共同分擔的電壓可達到15V左右．故B正確．
故答案為：（1）電路圖如圖所示；（2）電壓表示數；溫度計示數；（3）100+1.6t；（4）��；（5）B．

點評：本實驗研究熱敏電阻的R-t特性，但實驗的電學操作部分實際是電阻的測量，把傳統的測量電阻實驗原理及方法，放到了研究熱敏電阻R-t特性的背景中，解答此題，關鍵還是對伏安法的熟練掌握．