Question

3．热敏电阻（符号）包括正温度系数电阻器（PTC）和负温度系数电阻器（NTC）．正温度系数电阻器（PTC）在温度升高时电阻值增大，负温度系数电阻器（NTC）在温度升高时电阻值减小．热敏电阻的这种特性，常常应用在控制电路中．某实验小组选用下列器材探究通过热敏电阻R_x（常温下阻值约为10Ω）的电流随其两端电压变化的特点．
A．电流表A₁（量程100mA，内阻约1Ω）
B．电流表A₂（量程0.6A，内阻约0.3Ω）
C．电压表V（量程15.0V，内阻约10kΩ）
D．滑动变阻器R（最大阻值为10Ω）
E．滑动变阻器R′（最大阻值为500Ω）
F．电源E（电动势15V，内阻忽略）
G．电键、导线若干

（1）实验中改变滑动变阻器滑片的位置，使加在热敏电阻两端的电压从零开始逐渐增大，请在所提供的器材中选择必需的器材，应选择的器材为：电流表B；滑动变阻器D．（只需填写器材前面的字母即可）
（2）请在所提供的器材中选择必需的器材，在图1虚线框内画出正确的电路图．
（3）该小组测出热敏电阻R₁的U-I图线如图2曲线Ⅰ所示．该电阻是PTC热敏电阻（填“PTC”或“NTC”）．
（4）该小组又通过查阅资料得出了热敏电阻R₂的U-I图线如图2曲线Ⅱ所示．然后又将热敏电阻R₁、R₂分别与另外一电池组连成如图3所示电路．测得通过R₁和R₂的电流分别为0.30A和0.60A，则电池组的电动势为10.0V，内阻为6.67Ω．（结果均保留三位有效数字）

Answer 1

分析 ①为方便实验操作，应选最大阻值较小的滑动变阻器．
②根据题意确定滑动变阻器与电流表的接法，然后作出实验电路．
③根据图象应用欧姆定律判断元件阻值随温度变化的关系，然后确定元件类型．
④根据实验数据，应用欧姆定律求出电源电动势与内阻．

解答 解：①热敏电阻的电阻值约10欧姆，电路中的最大电流：
$I=\frac{E}{R}=\frac{15}{10}=1.5$A，所以电流表应选择B；滑动变阻器R′的电阻值太大，不方便调节，应选滑动变阻器D；
②加在热敏电阻两端的电压从零开始逐渐增大，滑动变阻器应采用分压接法，由于热敏电阻的阻值远小于电压表内阻，所以电流表应用外接法，电路图如图所示：

③由图2曲线I所示图线可知，随电压增大，电流增大，电阻实际功率增大，温度升高，电压与电流比值增大，电阻阻值增大，即随温度升高，电阻阻值增大，该电阻是正温度系数（PTC）热敏电阻．
④在闭合电路中，电源电动势：E=U+Ir，由图2曲线II所示可知，电流为0.3A时，电阻R₁两端电压为8V，电流为0.60A时，电阻R₂两端电压为6.0V，
则：E=8+0.3r，E=6+0.6r，解得：E=10.0V，r=6.67Ω；
故答案为：①B，D；②电路图如图所示；③PTC；④10.0；6.67．

点评 本题考查了实验器材的选择、设计实验电路、判断电阻类型、求电源电动势与内阻；确定滑动变阻器与电流表接法是正确设计实验电路的关键；当实验要求电压从零调时，变阻器应采用分压式接法，变阻器的阻值越小越方便调节；当待测电阻阻值远小于电压表内阻时电流表采用外接法．