Question

7．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，小明和他的同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)電路（如圖乙），可以測(cè)定某一空間的溫度，使用的器材如下：半導(dǎo)體電阻、電源、電流表（0-0.6A）、開(kāi)關(guān)、定值電阻R₀（10Ω）、導(dǎo)線(xiàn)若干．

（1）定值電阻R₀的作用是什么？保護(hù)電路．
（2）當(dāng)環(huán)境溫度為20℃時(shí)，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時(shí)，求當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度．
（4）當(dāng)環(huán)境溫度為100℃時(shí)，半導(dǎo)體電阻在10s內(nèi)消耗的電能是多少？

Answer 1

分析 （1）如果沒(méi)有定值電阻的話(huà)，則當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，半導(dǎo)體的電阻變小，電路中的總電阻變小，電路中的電流就會(huì)越來(lái)越大，可能會(huì)燒壞電流表；
（2）根據(jù)圖象讀出環(huán)境溫度為20℃時(shí)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）利用歐姆定律計(jì)算出電流表的讀數(shù)為0.4A時(shí)R連入阻值，由圖象得出當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度；
（4）根據(jù)圖象讀出環(huán)境溫度為100℃時(shí)半導(dǎo)體電阻的阻值，計(jì)算出電路中電流，由P=I²R計(jì)算R上消耗的電能．

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)環(huán)境溫度升高時(shí)，半導(dǎo)體電阻會(huì)越來(lái)越小，根據(jù)歐姆定律可知，電路中的電流越來(lái)越大，應(yīng)該給電路中串聯(lián)一個(gè)定值電阻，這樣就可以防止電路中的電流過(guò)大而燒壞儀表，即起到了保護(hù)電路的作用；
（2）由圖象可知，環(huán)境溫度為20℃時(shí)半導(dǎo)體電阻的阻值R=50Ω，
所以，由I=$\frac{U}{R}$可得，
電源的電壓：U=I（R+R₀）=0.2A×（50Ω+10Ω）=12V；
（3）電流表的讀數(shù)為0.4A時(shí)，
R_總=$\frac{U}{I}$=$\frac{12V}{0.4A}$=30Ω，
R=R_總-R₀=30Ω-10Ω=20Ω，
由圖象知當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度40℃；
（4）根據(jù)圖象讀出環(huán)境溫度為100℃時(shí)，半導(dǎo)體電阻的阻值為10Ω，
此時(shí)電路中電流I′=$\frac{U}{{R}_{0}+R′}$=$\frac{12V}{10Ω+10Ω}$=0.6A，
由W=Pt=I²Rt，
R上消耗的電能W=（0.6A）²×10Ω×10s=36J．
答：（1）保護(hù)電路；
（2）電源的電壓為12V；
（3）電流表的讀數(shù)為0.4A時(shí)，當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度是40℃；
（4）當(dāng)環(huán)境溫度為100℃時(shí)，半導(dǎo)體電阻在10s內(nèi)消耗的電能是36J．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了串聯(lián)電路特點(diǎn)、歐姆定律和電能的計(jì)算，要能熟練運(yùn)用相關(guān)公式計(jì)算，關(guān)鍵是結(jié)合圖象能讀出不同溫度下的電阻或不同電阻值下的溫度值．