题目内容
【题目】有一些材料,导电能力介于导体和绝缘体之间,这种材料称做半导体.有一种半导体其电阻的大小随温度的变化而明显改变,利用这种半导体材料制成的电阻叫热敏电阻。热敏电阻可以用来测量温度的变化,且反应快,精度高.
李明同学为了检测他家蔬菜大棚内的温度变化,他用热敏电阻设计了一个如图所示的电路,其中电源电压是3V,热敏电阻的阻值随温度变化的图像如图所示,电流表的量程是0-100mA。为了能从电流表直接读出大棚内的气温,他将电流表的刻度盘改画成温度的刻度,这样改造后的电流表就成了气温表。
(1)请你帮他计算,改造成的气温表能测量的最高温度是多少?写出计算过程。
(2)结合图像分析,你认为李明设计的电路有什么不妥之处?
(3)对电路进行改进:在保持现有元件不变的条件下,再增添一个20Ω的电阻,串联在原电路中,在方框中画出改进后的电路图。
(4)通过计算说明,改进后的气温表的0℃应与电流表刻度盘的什么刻度对应?
(5)通过计算求出改进后的气温表能测出的最高温度?
【答案】(1)25℃;(2)损坏电流表;(3)(4)24mA;(5)60℃
【解析】(1)因电流表的使用时不能超过它的量程,所以当电流表达到满刻度时,电路中的电流为100mA=0.1A;此时,电路中的电阻为:R==30Ω;由图象可知,热敏电阻的阻值为30Ω时温度为25℃。 (2)经上面分析可知:当温度达到25℃后,若温度继续升高,热敏电阻的阻值减小,因电路中只有热敏电阻接入,会使电路中的电流增大,从而超过电流表的量程,损坏电流表,所以李明设计的电路不妥。(3)由图象可知,气温是80℃时,热敏电阻的阻值为5Ω时,为使气温表的量程扩大到80℃,即气温达到80℃时,电路中的电流不能超过0.1A,又因此时热敏电阻的阻值为5Ω,所以在电路中串联一个电阻,如图:
当电流表达到满刻度时,电路中的电阻为30Ω,即R总=30Ω.所以串联的电阻为R2=R总R1=30Ω5Ω=25Ω. (4)由图象可知:0℃时,热敏电阻的阻值为100Ω,此时,电路总的电流是:I= ==0.024A=24mA;(5)由题意可知电路中的电流最大是100mA即0.1A,则电路中的电阻R最小==30 ,热敏电阻的值R热=30 由图可以看出能测出的最高温度是60°C.