例析中考熱點(diǎn)——半導(dǎo)體性質(zhì)

劉明榮

半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間，受溫度和光照等外在條件的影響較大。在半導(dǎo)體中摻入少量的其他元素，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能就會(huì)得到很大的改善。用半導(dǎo)體制成的二極管、三極管、光敏電阻、壓敏電阻、熱敏電阻等，已成為電子儀器的重要元器件。近年來，以半導(dǎo)體性質(zhì)為命題載體的中考題也成為一大考試熱點(diǎn)。同學(xué)們?cè)谕瓿蛇@類習(xí)題時(shí)，要認(rèn)真閱讀題目所給素材，從中獲取有用的信息，再結(jié)合物理規(guī)律解題。

一、二極管的單向?qū)щ娦灶惲?xí)題

例1（2006·海淀）閱讀下面短文，回答問題。

二極管的導(dǎo)電特性

二極管是一種電學(xué)元件，它最重要的特性就是單向?qū)щ娦?。圖1甲所示是二極管的實(shí)物圖和它的電路圖符號(hào)，在電路中，電流只能從二極管的正極流入，負(fù)極流出。下面通過簡單的實(shí)臉說明二極管的單向?qū)щ娦浴?/p>

方法是：將二極管與一個(gè)小燈泡、一個(gè)開關(guān)串聯(lián)在干電池兩端。閉合開關(guān)后，若燈泡亮，表明二極管的連接方式是圖1乙所示，這種連接方式相當(dāng)于電路中的通路狀態(tài)；若燈泡不亮，表明二極管的連接方式是圖1丙所示，這種連接方式相當(dāng)于電路中的斷路狀態(tài)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)很直觀地說明了二極管的單向?qū)щ娦浴?/p>

（1）把二極管、小燈泡、電池、開關(guān)分別連接成圖2所示電路，請(qǐng)分別說明閉合開關(guān)后甲、乙電路中的小燈泡是否發(fā)光？

（2）請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，利用二極管判斷蓄電池的正負(fù)極（沒有電壓表、電流表，其他器材自選）。請(qǐng)?jiān)谔摼€解析：（1）由二極管的單向?qū)щ娦钥芍弘娏饔啥O管的正極流入，二極管相當(dāng)于一根導(dǎo)線，電路形成通路；電流由二極管的負(fù)極流入，二極管相當(dāng)于開關(guān)斷開，電路形成斷路。所以，圖2甲中小燈泡發(fā)光，圖2乙中小燈泡不發(fā)光。

（2）電路圖如圖3所示。判斷方法：閉合開關(guān)后，若小燈泡亮，則二極管正極一端是蓄電池的正極；若小燈泡不亮，則二極管正極一端是蓄電池的負(fù)極。

二、光敏電阻的性質(zhì)類習(xí)題

例2（2007·連云港）圖4甲所示是某生產(chǎn)流水線上的產(chǎn)品輸送及計(jì)數(shù)裝置示意圖。其中S為一激光源，R1為光敏電阻（有光照射時(shí)，阻值較小；無光照射時(shí)，阻值較大），R2為定值保護(hù)電阻，a、b間接一“示波器”（示波器的接入不影響電路）。光敏電阻兩端的電壓隨時(shí)間變化的圖象，可由示波器顯示出來。水平傳送帶勻速前進(jìn)，每當(dāng)產(chǎn)品從傳送帶上通過S與R1之間時(shí)，射向光敏電阻的光線會(huì)被產(chǎn)品擋住。若運(yùn)送邊長為0.1 m，質(zhì)量為0.6 kg的均勻正方體產(chǎn)品時(shí)，示波器顯示的電壓隨時(shí)間變化的圖象如圖4乙所示。請(qǐng)回答下列問題：

（1）此產(chǎn)品的密度為多大？

（2）產(chǎn)品對(duì)傳送帶的壓強(qiáng)為多大？（g取10 N/kg）

（3）已知計(jì)數(shù)器電路的電源電壓恒為6 V，保護(hù)電阻R2的阻值為40 Ω，求光敏電阻在兩種狀態(tài)下的阻值分別為多大？光敏電阻1 h消耗的電能為多少？

（3）有光照射時(shí)

U1=2 V

U2=U－U1=4 V

光被擋住時(shí)

U1′=4 V

U２′=U－U1′=2 V

光敏電阻1 h消耗的電能

W總＝W1＋W2＝（480＋240） J＝720 J

三、壓敏電阻的性質(zhì)類習(xí)題

例3（2007·鎮(zhèn)江）有一種測量壓力的測力計(jì)，其原理圖如圖5所示，電源電壓為6 V，并保持不變。R是一個(gè)壓敏電阻，R0是一個(gè)阻值為400 Ω的定值電阻，它能對(duì)壓敏電阻R起保護(hù)作用，G是由量程很小的電流表改裝成的指針式測力顯示器。R的阻值可隨壓力F的大小變化而改變，其關(guān)系如下表所示且保持不變。

（1）根據(jù)表中數(shù)據(jù)在圖6所示坐標(biāo)系中畫出壓敏電阻R的阻值隨壓力F的大小變化的圖象。

（2）利用表中的數(shù)據(jù)或R的阻值隨壓力F的大小變化的圖象，歸納出R的阻值隨壓力F的大小變化的關(guān)系式。

（3）若電阻R0的耐壓值（即能承受的最大電壓）為5 V，則該測力計(jì)的最大測量值為多少牛頓？

解析：（1）用描點(diǎn)法作出圖象，圖象見圖7。

式為R=kF+b，代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得R=300－0.4F。

（3）從上式可知：當(dāng)壓力增大時(shí)，壓敏電阻值減小；當(dāng)電阻R0兩端電壓U0=5 V時(shí)，壓敏電阻兩端的電壓次函數(shù)關(guān)系所以測力計(jì)顯示器的刻度是不均勻的。

四、熱敏電阻的性質(zhì)類習(xí)題

例4（2008·蘇州）小明在科技活動(dòng)中，了解到有一種用半導(dǎo)體材料制成的熱敏電阻，其電阻R隨溫度T變化的圖象如圖8甲所示。

（1）熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而_____________（選填“增大”或“減小”）。

（2）小明想利用熱敏電阻制成溫度報(bào)警器。實(shí)驗(yàn)室中現(xiàn)有兩只外形完全相同的電阻R1和R2，其中一只為熱敏電阻，另一只為定值電阻（阻值不隨溫度的變化而變化）。為了辨別它們，小明設(shè)計(jì)了如圖8乙所示的電路。

①接下來小明應(yīng)如何操作？

答：__________________________________________

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②根據(jù)觀察到的什么現(xiàn)象辨別出熱敏電阻？

答：__________________________________________

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解析：（1）由圖象可知，熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小。

（2）①首先閉合開關(guān)使電路成為通路，接著對(duì)其中一只電阻加熱。

②若電流表示數(shù)增大，則該電阻為熱敏電阻（或若電流表示數(shù)不變，則該電阻為定值電阻，另一只為熱敏電阻）