53讲 电学专有讲义（师生版） 2023年初中物理自主招生讲义68讲

第1 页/ 共42 页 初中物理自主招生讲义53 1．半导体材料的特点与作用 【知识点的认识】 （1）根据导电性的不同，材料可分为导体，半导体，绝缘体三大类，容易导电的物体叫导 体，如：人体、大地、各种金属、石墨、酸碱盐的溶液等；不容易导电的物体叫绝缘体， 如：玻璃、陶瓷、橡胶、塑料等；导电性能介于导体与绝缘体之间的叫半导体，如：硅、 锗等。常见半导体有：锗、硅、砷化镓等，即硅属于半导体材料。 （2）半导体的特性： ①在纯净的半导体中适当地掺入一定种类的极微量的杂质，半导体的导电性能就会成百万 倍的增加﹣﹣这是半导体最显著、最突出的特性。例如，晶体管就是利用这种特性制成 的。 ②当环境温度升高一些时，半导体的导电能力就显著地增加；当环境温度下降一些时，半 “ ” 导体的导电能力就显著地下降。这种特性称为热敏，热敏电阻就是利用半导体的这种特 性制成的。 ③当有光线照射在某些半导体时，这些半导体就像导体一样，导电能力很强；当没有光线 “ ” 照射时，这些半导体就像绝缘体一样不导电，这种特性称为光敏。例如，用作自动化控 “ ” “ ” 制用的光电二极管、光电三极管和光敏电阻等，就是利用半导体的光敏特性制成的。 （3）半导体最基本的是二极管和MS 管，原理都是基于型和P 型半导体构成的P 结。二极 管是单向导电器件，可以实现整流控制等。MS 管是栅控器件，是目前集成电路中最基本 的单元。 （4）半导体是微电子产业的基础。控制是它的核心。在半导体中掺入少量的其他元素，它 的导电性能会得到很大改善，从而可以把它们制成： ①光敏电阻：有无光照电阻值差异很大。 ②热敏电阻：温度略有变化，电阻值变化很明显。 ③压敏电阻：电压变化，电阻值明显变化。 （5）二极管：具有单向导电性。三极管：具有将电信号放大的作用。半导体元件的应用十 分广泛，已成为电子计算机和其他电子仪器的重要元件。 【命题方向】 一是根据导电性来判断材料；二是按半导体的特点：例如半导体分为：二极管、三极管、 第1 页/ 共42 页 集成电路。其中半导体可以根据各自特点做出许多电阻，例如热敏电阻、压敏电阻、光敏 电阻等等。二极管是由半导体做成的器件，它具有单向导电性等来出题。 例1：LED 灯是一种新型的高效节能光源，它的核心元件是发光二极管。二极管由下列哪 种材料制成（ ） ．陶瓷材料 B ．金属材料 ．半导体材料 D．超导材料 分析：二极管是由半导体做成的器件，它具有单向导电性。二极管是由P 型半导体和型半 导体组成的，这两种半导体相互接触时，其交接区域称为P 结，P 结具有单向导电性。 解：、陶瓷是绝缘体， B、金属是导体， 、半导体的导电性介于导体和绝缘体之间， D、超导现象是导体的电阻为变零时的现象。 故选。 点评：本题综合考查了导体、绝缘体、半导体和超导体，它们都有很重要的用途。 例2：如图所示的电子体温计通过流过半导体制成的感温头的电流来反映人的体温，这利 用了半导体（ ） ．良好的导电特性 B．良好的绝缘特性 ．电阻随温度变化而变化的特性 D．电阻随光照变化而变化的特性 分析：半导体的阻值会随着光照或温度的变化而发生变化，电子体温计是利用了后者。 解：半导体的阻值随着温度的变化而发生变化，根据欧姆定律，流过感温头的电流也随之 发生变化，以此来反映人的体温。 故选。 点评：因为半导体的阻值随着光照或温度的变化而发生变化，故在电子产品中应用非常广 泛，应注意了解其应用。 【解题方法点拨】 半导体材料在生活中的应用，要记住。 一．半导体材料的特点与作用（共3 小题） 第1 页/ 共42 页 1．如图所示的电子体温计通过流过半导体制成的感温头的电流来反映人的体温，这利用了 半导体（ ） ．良好的导电特性 B．良好的绝缘特性 ．电阻随温度变化而变化的特性 D．电阻随光照变化而变化的特性 2．阅读下面短文，回答问题： 二极管的导电特性，二极管是一种电学元件，它最重要的特性就是单向导电性。 图1 甲所示是二极管的实物图和它的电路图符号。在电路中，电流只能从二极管的正极 流入，负极流出。 下面通过简单的实验说明二极管的单向导电性。 方法是：将二极管与一个小灯泡、一个开关串联接在干电池两端。闭合开关后，若灯泡 亮，表明二极管的连接方式是图1 乙所示，这种连接方式相当电路中的通路状态；若灯 泡不亮，表明二极管的连接方式是图1 丙所示。这种连接方式相当于电路中的断路状 态。这个实验很直观地说明了二极管的单向导电性。把二极管、小灯泡。电池、开关分 别连接成图2 所示电路，请分别说明闭合开关后甲、乙电路中的小灯泡是否发光？ 。 3．半导体二极管具有单向导电性，其电路图符号为 ，当电流从图左向右流过 二极管时，电路导通。当电流从图右向左流过二极管时，电路截止不通。 二极管在家用电器中广泛应用，冬天小明家买来一只电热取暖器。说明书中标有该取暖 第1 页/ 共42 页 “ 器电炉220V，200” “ 字样。小明将取暖器接入照明电路中，再将开关调至1”位置，电炉 “ 丝不亮，将开关调至2” “ 位置时，电炉丝暗红，将开关调至3”位置时，电炉丝工作正常 （如图）。他拆开调节开关，发现内部接有一个二极管。 （1）画出该取暖器符合上述现象的电路图。 （2 “ ）当开关调至2”位置时，该电炉的实际电功率是多少？要求推导计算。 2．电压表的使用 【知识点的认识】 （1）电压表的使用规则： ①使用电压表前首先要校零，明确电压表的量程和分度值，被测电压不要超过电压表的量 程； ②电压表应与被测电路并联； ③通过电压表的电流方向为红接线柱（+）入，黑接线柱（﹣）出； ④电压表可以直接接到电源两极上，所测电压为电源电压． （2）试触：如果不知道被测电压的大约值，采取试触的方法． ①反向偏转：说明电压表正负接线柱接反了； ②正向偏转角度很小：说明电压表量程选大了； ③正向偏转到最大刻度之外：说明电压表量程选小了． （3）电压表与用电器串连接在电源两端，所测电压约等于电源电压． 【解题方法点拨】 （1）电压表在电路中相当于断路，分析电路连接情况时，可以认为把它擦掉． （2）当电压表与用电器串联时，所测电压约等于电源电压，如图甲．由此可以推理，当乙 图电压表所测的灯泡断路时，相当于电压表与左侧灯泡串联，即电压表测断路处的电压等 于电源电压． 第1 页/ 共42 页 （3）判断电压表出现下图的问题时，注意是试触时出现的，还是未进行操作前出现的，前 者原因是正负接线柱接反，后者原因是指针未校零． 【命题方向】 （1）选择题判断电压表的连接是否正确是常见的题． （2）结合串并联电路的特点，判断电流表还是电压表． 例1 ：在选择电压表的量程时，正确的是（ ） ．尽可能选择大一些的量程 B．经试触后被测电压不超过小的量程时，尽可能选择小量程 ．尽管选用的量程不同，但对测量结果毫无影响 D．为使测量结果更精确，量程选得越小越好 分析：电压表和电流表量程的选取，要先估算出电路中被测电路的电压和电流值，再做选 择；在实际电路中一般采取试触的方法选择量程．要注意在不越过量程的前提下，为了测 量更准确，要选小量程． 解：、在选择电压表的量程时，只要不超过量程，要选小一些的量程，目的是为了测量更 准确，故错误． B、在选择电压表的量程时，实际电路中一般采取试触的方法，试触大量程接线柱时发现 指针偏转很小，应选用小量程进行测量．故B 正确． 、在不烧坏电压表的前提下，选择小量程读数更加精确，故错误． D、尽量选择小量程要有前提，就是不烧坏电压表，故D 错误． 故选B． 点评：本题主要考查了电压表的量程选择，在选择量程时，要注意在不越过量程的前提 下，为了测量更准确，要选小一些的量程． 第1 页/ 共42 页 例2 ：图中电压表测量的是（ ） ．灯L1 两端的电压 B．灯L2 两端的电压 ．电源的电压 D．灯L1和L2的总电压 分析：电压表是测量用电器两端电压的仪表，使用电压表测量用电器两端电压时，必须使 电压表与用电器并联． 解：要测量某一用电器两端电压，必须使电压表与此用电器并联．由电路图知：闭合的开 关相当于导线，电压表与灯泡L1并联，也就是测量灯泡L1两端电压． 故选． 点评：正确理解并联的本质是判断电压表测量位置的关键．因为导线电阻为零，所以不能 以远近作为判断电压表测量位置的标准．【知识点的认识】 （1）电压的测量工具是电压表．实验室常用电压表及元件符号如图： （2）实验室常用的电压表有三个接线柱，两个量程： ① “ ”“ 当用﹣ 3”两个接线柱时，量程为0～3V，每一大格表示1V，每一小格表示01V； ② “ ”“ 当用﹣ 15”两个接线柱时，量程为0～15V，每一大格表示5V，每一小格表示05V． 【解题方法点拨】 （1）电压表和电流表的比较 ①不同点：电压表是测电压的仪表，表盘中央标有符号V，必须与被测电路并联，可以直 接接在电源两端，测电源电压； 电流表是测电流的仪表，表盘中央标有符号，必须与被测电路串联，不能直接接在电源两 端，烧坏电流表． ②相同点：使用前都要校零，都要选择合适的量程，都要让电流从正接线柱流入负接线柱 流出，读数时都要先判断量程，认清分度值，再进行读数，大量程都是小量程的5 倍． （2）因为电压表的内部电阻很大，电流表的内部电阻很小，在分析电路时，电压表被看作 第1 页/ 共42 页 是断路，电流表被看作是导线． 【命题方向】 电压表的量程、分度值是考查热点． 例1 ：测量电压的仪表是（ ） ．电流表 B ．电压表 ．电能表 D．电阻箱 分析：根据对各测量器材作用的掌握分析答题． 解：、电流表是测电路电流的仪表，不符合题意； B、电压表是测电压的仪表，符合题意； 、电能表是测量电路消耗电能的仪表，不符合题意； D、电阻箱是一种可变电阻，它的作用是改变电路电阻，不能测电压，不符合题意； 故选B． 点评：本题考查了电学常用器材的作用，是一道基础题，是熟练掌握． 例2：学生用电压表有 三 个接线柱， 两 个量程，当被测电路的电源是三节蓄电池 时，应选用的电压表量程为 0 ～ 15V ． “ ” “ 分析：学生电压表有三个接线柱，分别是﹣、3” “ 和15”；两个量程：0～3V 和0～ 15V；一节蓄电池的电压为2V，电压表使用时不能超出其量程． 解：学生电压表有三个接线柱，两个量程； 当被测电路的电源是三节蓄电池时，电源电压为3×2V＝6V＞3V，所以电压表应选用的量 程是0～15V． 故答为：三；两；0～15V． 点评：此题主要考查的是学生对电压表量程和蓄电池电压的了解和掌握，基础性题目． 【知识点的认识】 电压表的连接规则是： （1）与被测电路并联； （2）电流从正接线柱流入，负接线柱流出； （3）被测电压不能超过电压表使用的量程．为读数精确，能使用小量程时不使用大量程． （4）电压表直接接在电源两极时，所测电压为电源电压． 注意：电压表与用电器串联时，尽管连接方法是错误的，但电压表有示数，示数约等于电 源电压． 【解题方法点拨】 （1）电压表量程的选择． 第1 页/ 共42 页 ①当被测电压不超过3V 时，使用0～3V 的量程，当被测电压超过3V 时，使用0～15V 的 量程． ②在不能预先估计被测电压大小时，可用大量程触法． （2）判断电压表的测量对象． ①电流流向法：电压表与用电器是并联的，可沿电流的方向根据是路中的电流的分流点与 汇合点确定电压表所并联的对象． 例1：图中的电路为串联电路，闭合开关后，电路中的电流路径示意图为： 电压表与L2并联，故它测量的是灯L2的电压． ②滑线法：可把电压表的两端沿所连接的导线滑动，滑动时可跨过开关、电流表，但不能 跨过电源、电压表、用电器，滑至哪些用电器或电源的两端，即测量这些用电器或电源两 端的电压． 例2：电压表V1的两端分别沿导线向下滑动，右端可滑至L2的右端，左端可滑至L1的左 端，则电压表V1测量L2两端的电压；电压表V2的右端可滑至电源的负极（跨过开关）， 则电压表V2测量电源两端的电压（电压表V1右端不可跨过电源或电压表滑至L1的右端） ③短路法：可把电压表去掉，假设用导线连接在该位置，若此时某此用电器或电源被短 路，则这些用电器或电源即为该电压表的测量对象． 例3：把电压表V1去掉，假设用导线连接在该位置时，灯L1被短路，则电压表V1测量L1 两端的电压；把电压表V2 去掉，假设用导线连接在该位置时，电源被短路，故电压表V2 测量电源两端电压． 第1 页/ 共42 页 【命题方向】 结合电学的实验课题，让同学把电压表连入电路，这是常出题型，根据已有信息判断量 程、正负接线柱是关键． 例1：小宁在探究练习使用电压表时，把电压表接成了如图所示的电路．当闭合开关时所 发生的现象是（ ） ．灯泡亮、电压表有示数 B．灯泡亮、电压表无示数 ．灯泡不亮、电压表有示数 D．灯泡不亮、电压表无示数 分析：电压表应当并联使用，当串联使用时是有读数的． 解：由于电压表的电阻比较大，串联使用时，电路中的电流很小，灯泡不会亮，但电压表 有读数，接近于电源电压．故选． 点评：本题考查了电压表的使用方法和它的内阻特点． 例2：在探究串联电路的电压关系时，某同学使用的电路如图所示，他先用电压表正确的 测量了灯泡L1两端的电压，为了测量灯泡L2两端的电压，他想将电压表接点的那一段导线 改接到电路中的点，而保持接电压表B 点的不动．你认为这种接法是 不正确 的（选 “ ” “ ” 填正确或不正确）．理由是 电压表正、负接线柱接反了 ． 分析：电压表需要并联使用，电流从正接线柱流入，负接线柱流出的． 解：原来电压表的接法是正确的，当直接把电压表的点线接到点时，电压表正、负接线柱 接反了，这是不正确的，会损坏电压表的． 故答为：不正确；电压表正、负接线柱接反了． 点评：本题考查了电压表的使用．若测量L2 的电压，应把电压表接线拆下来，再重新接 线，并联到L2的两端． 第1 页/ 共42 页 二．电压表的使用（共2 小题） 4．如图所示，有一电路暗盒，盒内有一电源和一阻值大的定值电阻，、B、为表面的三个 接线柱。现有一电压表，其正、负接线柱分别与红、蓝两线连接，并去试触暗盒中的三 个接线柱，测试结果如下表所示，则下列判断中正确的是（ ） 实验 次数 实验过程 实验现象 1 红线头接接线柱 蓝线头试触接线柱 偏转较大 蓝线头试触B 接线柱 不偏转 2 红线头接B 接线柱 蓝线头试触接线柱 偏转较小 蓝线头试触接线柱 不偏转 ．、B 间连接的是电阻，、间连接的是电源，端接电源正极 B．、B 间连接的是电阻，、间连接的是电源，端接电源正极 ．B、间连接的是电阻，、间连接的是电源，端接电源正极 D．、间连接的是电阻，B、间连接的是电源，端接电源正极 5．如图所示，L1和L2是两只相同的小灯泡，、b 是电流表或电压表。闭合开关S 后，若两 灯都能发光，则（ ） 第1 页/ 共42 页 ．、b 均为电流表 B．、b 均为电压表 ．为电流表，b 为电压表 D ．为电压表，b 为电流表 3．电阻的概念、单位及大小 【知识点的认识】 （1）符号：R． （2）电路图中的元件符号： （3）定义：电阻是导体对电流的阻碍作用的大小． （4）单位：欧姆．简称：欧．符号：Ω．其他单位：千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）． （5）换算：1MΩ＝103kΩ；1kΩ＝103Ω． （6）电阻是导体本身的一种性质，与电压、电流无关，与材料、长度、横截面积、温度等 四个因素有关． （7）电阻器的定义：在电子技术中，经常用到具有一定电阻值的元件，叫电阻器，又叫定 值电阻． 【解题方法点拨】 （1）弄清电阻的相关知识，包括定义、符号、元件符号、单位、单位符号、单位换算、电 阻器的定义、影响因素等． （2）电阻变化时，电流往往随之变化，而电流变化时，电阻是不随之变化的，因为电阻是 导体本身的性质，理解好它们的因果关系． 【命题方向】 此知识点较为简单，往往结合其他知识点共同考查，所以是学习后续知识的基础． 例1 ：关于导体的电阻，下列说法中正确的是（ ） ．通过导体的电流是0 时，电阻为Ω B．导体电阻与它两端的电压成正比，与通过它的电流成反比 ．粗细相同的导线，长的导线电阻较大 D．同种材料制成的长短一样的两条导线，细的电阻较大 第1 页/ 共42 页 分析：电阻是导体本身的一种性质，其大小由导体的材料、长度、横截面积所决定，与其 它因素无关．要比较导体电阻的大小，这三个因素必须都确定才能比较． 解：、导体的电阻是导体本身的一种性质，导体一定，则电阻一定，其大小与导体中是否 有电流通过无关．故错误． B、导体的电阻可以通过导体两端的电压和导体中的电流来求解，但其大小是由导体的材 料、长度、横截面积决定的，与电压和电流大小无关．故B 错误． 、导体的材料没有告诉，所以，长导线的电阻不一定比短导线的电阻大；若是同种材料粗 细相同的导线，则长的电阻一定大，故错误． D、根据电阻的决定因素可知，导体的电阻与横截面积成反比，所以在材料长度相同的情 况下，细的电阻较大．故D 正确．故选D． 点评：电阻可以利用公式：R＝ 来计算，但R 不与U 成正比，也不与成反比，电压增大 几倍，导体中的电流也增大几倍，比值即电阻不变． 例2：电热毯内的电阻丝断了，如果将电阻丝的两个断头接上后继续使用，电热毯的接头 “ ” “ 处很容易被烧焦，这样做很不安全，接头处的电阻常称为接触电阻．下列关于接触电 ” 阻的判断正确的是（ ） ．接触电阻较大，它与电阻丝的其他部分串联 B．接触电阻较大，它与电阻丝的其他部分并联 ．接触电阻较小，它与电阻丝的其他部分串联 D．接触电阻较小，它与电阻丝的其他部分并联 分析：解答本题的关键就是理解接头处被烧焦的原因是温度过高造成的，而温度过高是因 为热量多． 解：电热毯内的电阻丝断了，将电阻丝的两个断头接上后，接头处是两根导线相连，由于 接触的部位很少，很细，电阻就较大，它与电阻丝的其他部分串联．根据焦耳定律公式Q ＝2Rt 知，在电流、通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多，温度越高，因此 接头处烧焦就是因为电阻过大造成的．故选． 点评：此题考查电热毯接头处被烧焦的原因，就是因为电阻过大造成的．会根据焦耳定律 的计算公式进行分析解决问题． 三．电阻的概念、单位及大小（共2 小题） 6．根据电流表和电压表的知识推断，图示表头的仪器是测量 （填物理量的名称）的 仪表，指针所指示的物理量的大小是