Question

5．半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)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(dǎo)體材料的電阻隨溫度變化的關(guān)系圖象，根據(jù)這種半導(dǎo)體材料電阻的特性，羅兵和他的同學(xué)設(shè)計(jì)了一個電路（如圖乙），可以測得某一空間的溫度，使用的器材如下：半導(dǎo)體電阻、電源、電流表（0～0.6A）、開關(guān)、定值電阻R₀（10Ω）、導(dǎo)線若干．

（1）定值電阻R₀的作用是什么？
（2）當(dāng)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）電流表的讀數(shù)為0.4A，求當(dāng)時環(huán)境溫度和半導(dǎo)體電阻的電功率分別是多少？
（4）當(dāng)環(huán)境溫度為100℃時，半導(dǎo)體電阻在10s內(nèi)所消耗的電能是多少？

Answer 1

分析 （1）如果沒有定值電阻的話，則當(dāng)半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體的電阻，然后由圖象讀出環(huán)境的溫度，根據(jù)P_半=I′² R′求半導(dǎo)體的功率；
（4）由圖象可知環(huán)境溫度為100℃時半導(dǎo)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=I²Rt求出半導(dǎo)體電阻的電功率．

解答 解：（1）由圖可知，半導(dǎo)體電阻R與定值電阻R₀串聯(lián)，當(dāng)半導(dǎo)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(yīng)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(dǎo)體電阻阻值R=50Ω，
因?yàn)榇��?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(dāng)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(dǎo)體電阻的阻值：
R′=R_總-R₀=30Ω-10Ω=20Ω，
由R-t圖象知，半導(dǎo)體電阻為20Ω時，環(huán)境溫度是40℃；
半導(dǎo)體電阻的電功率P_半=I′² R′=（0.4A）²×20Ω=3.2W；
（4）由圖象可知，溫度為100℃時，半導(dǎo)體電阻阻值R″=10Ω，根據(jù)串聯(lián)電阻的規(guī)律及歐姆定律，
電路中的電流：I″=$\frac{U}{R″{+R}_{0}}=\frac{12V}{10Ω+10Ω}$=0.6A，
半導(dǎo)體在10s內(nèi)所消耗的電能W_R″=（I″）²R″t=（0.6A）²×10Ω×10s=36J．
答：（1）定值電阻R₀的作用是保護(hù)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℃；半導(dǎo)體電阻的電功率分別是3.2W；
（4）如果環(huán)境溫度為100℃，半導(dǎo)體電阻的電功率是36J．

點(diǎn)評 本題結(jié)合實(shí)際，考查了學(xué)生的識圖能力與歐姆定律的應(yīng)用，根據(jù)圖象獲取有效信息是解題的關(guān)鍵．