Question

13．半導體材料的導電能力介于導體和絕緣體之間其電阻受溫度影響較大，如圖甲是某種半導體材料的阻值隨溫度變化的關系圖象，根據(jù)這種半導體材料電阻的特性，小星和他的同學設計了一個電路（如圖乙），可以測定某一空間的溫度．使用的器材如下：半導體電阻、電源、電流表（0～0.6A）、開關，定值電阻R₀（10Ω）、導線若干．
（1）定值電阻R₀的作用是什么？
（2）當環(huán)境溫度為20℃時，電流表的讀數(shù)為0.2A，求電源的電壓
（3）當電流表的讀數(shù)為0.4A時，當時環(huán)境溫度是多少？
（4）當環(huán)境溫度為100℃時，電流表的讀數(shù)為多少？當時半導體電阻的電功率是多少？

Answer 1

分析 （1）如果沒有定值電阻的話，則當半導體電阻越來越小的時候，電路中的電流就會越來越大，可能會燒壞電流表；
（2）由圖象找出t=20℃時半導體電阻的阻值，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電源的電壓；
（3）根據(jù)歐姆定律求出電流表讀數(shù)為0.4A時電路中的總電阻，利用電阻的串聯(lián)求出半導體的電阻，然后由圖象讀出環(huán)境的溫度；
（4）由圖象可知環(huán)境溫度為100℃時半導體的電阻，根據(jù)電阻的串聯(lián)和歐姆定律求出電路中的電流，再根據(jù)P=I²R求出半導體電阻的電功率．

解答 解：（1）由圖可知，半導體電阻R與定值電阻R₀串聯(lián)，當半導體電阻越來越小的時候，根據(jù)歐姆定律可知，電路中的電流越來越大，應該給電路中串聯(lián)一個定值電阻，這樣就可以防止電路中的電流過大而燒壞儀表；
（2）由圖象可知，溫度為20℃時，半導體電阻阻值R=50Ω，
因為串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以由歐姆定律可得，電源的電壓：
U=I（R+R₀）=0.2A×（50Ω+10Ω）=12V；
（3）當電流表的示數(shù)I′=0.4A時，電路總電阻：
R_總=$\frac{U}{{I}^{′}}$=$\frac{12V}{0.4A}$=30Ω，
半導體電阻的阻值：
R′=R_總-R₀=30Ω-10Ω=20Ω，
由R-t圖象知，半導體電阻為20Ω時，環(huán)境溫度是40℃；
（4）由圖象可知，溫度為100℃時，半導體電阻阻值R″=10Ω，
電路中的電流：
I″=$\frac{U}{{R}^{″}{+R}_{0}}$=$\frac{12V}{10Ω+10Ω}$=0.6A，
半導體電阻的電功率：
P_R″=（I″）²R″=（0.6A）²×10Ω=3.6W．
答：（1）定值電阻R₀的作用是保護電路作用；
（2）電源的電壓為12V；
（3）電流表的讀數(shù)為0.4A時，環(huán)境溫度為40℃；
（4）如果環(huán)境溫度為100℃，半導體電阻的電功率是3.6W．

點評 本題考查了學生的識圖能力與歐姆定律的應用，根據(jù)圖象獲取某溫度下的電阻值是解題的前提與關鍵．