Question

金屬材料的電阻率通常隨溫度的升高而增大，半導體材料的電阻率隨溫度的升高而減少．某同學需要研究某導電材料的導電規律，他用該種導電材料制作為電阻較小的線狀元件Z做實驗，測量元件Z中的電流隨兩端電壓從零逐漸增大過程中的變化規律．
（1）他應選用圖所示的

A

電路進行實驗

（2）實驗測得元件Z的電壓與電流的關系如下表所示．根據表中數據，判斷元件Z是

半體材料

 （填“金屬材料”或“半導體材料”）；

U/V	0	0.40	0.60	0.80	1.00	1.20	1.50	1.60
I/A	0	0.20	0.45	0.80	1.25	1.80	2.81	3.20

（3）用螺旋測微器測量線狀元件Z的直徑如圖2所示，則元件Z的直徑是

1.990

mm．
（4）把元件Z接入如圖1所示的電路中，當電阻R的阻值為R₁=2Ω時，電流表的讀數為1.25A；當電阻R的阻值為R₂=3.6Ω時，電流表的讀數為0.80A．結合上表數據，求出電池的電動勢為

4.0

V，內阻為

0.4

Ω．（ 不計電流表的內阻）

Answer 1

分析：（1）伏安法測電阻，電壓從零開始變化，滑動變阻器應采用分壓接法；待測電阻阻值很小，電壓表內阻遠大于待測電阻阻值，電流表應采用外接法，分析圖示電路，選出實驗所需電路．
（2）元件兩端電壓越大，通過元件的電流越大，由P=UI可知元件實際功率越大，元件溫度越高；根據表中實驗數據，應用歐姆定律判斷隨電壓增大，溫度越高時元件電阻如何變化，然后判斷元件的種類．
（3）螺旋測微器固定刻度與可動刻度示數之和是螺旋測微器的示數，由圖示螺旋測微器可以讀出元件的直徑．
（4）由表中實驗數據找出個電流所對應的電壓值，然后根據閉合電路歐姆定律列方程，然后求出電源電動勢與內阻．

解答：解：（1）電壓從零開始變化，滑動變阻器應采用分壓接法；待測電阻阻值很小，電壓表內阻遠大于待測電阻阻值，電流表應采用外接法，由圖1所示電路圖可知，實驗應采用A所示電路．
（2）由表中實驗數據可知，隨元件電壓增大，通過元件的電流增大，元件的實際功率增大，元件溫度升高；由歐姆定律可知，隨元件兩端電壓增大，元件電阻減小，因此元件是半導體材料．
（3）由圖2所示螺旋測微器可知，固定刻度示數為1.5mm，可動刻度示數為49.0×0.01mm=0.490mm，元件的直徑為1.5mm+0.490mm=1.990mm（1.989～1.991均正確）．
（4）由圖3可知，元件Z與電阻R串聯，電流表測電路電流，由表中實驗數據可知，電流為1.25A時，元件兩端電壓為1.00V，電流為0.80A時，元件兩端電壓為0.80V，由閉合電路歐姆定律可得：E=I（R+r）+U_Z，
E=1.25×（2+r）1.00，E=1.25×3.6+r）+0.80，解得，電源電動勢E=4.0V，內阻r=0.4Ω．
故答案為：（1）A；（2）半導體材料；（3）1.990；（4）4.0；0.4．

點評：本題考查了實驗電路的選擇、元件性質的判斷、螺旋測微器讀數、求電源電動勢與內阻等問題；螺旋測微器固定刻度與可動刻度示數之和是其讀數，螺旋測微器需要估讀．