Question

8．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電阻隨溫度變化的關系圖象，根據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）．利用這個電路可以測定某一空間的溫度，使用的器材如下：半導體電阻R、電源（12V）、電流表（0--0.6A）、電壓表（0--15V）、開關、定值電阻R₀（10歐）、導線若干．
（1）當某一空間的溫度從20℃升到40℃時，電流表的示數如何變化？變大．
（2）當電流表的讀數為0.2A時，所測定的環境溫度為多少℃？
（3）當所測定的環境溫度為40℃時，半導體電阻R₁的電功率是多少瓦？

Answer 1

分析 （1）由圖甲可知溫度從20℃升到40℃時半導體電阻的變化，根據歐姆定律可知電路中電流的變化，從而得出電流表示數的變化；
（2）當電流表的讀數為0.2A時，根據歐姆定律求出歐姆定律求出電路中的總電阻，利用電阻的串聯求出R的阻值，然后根據圖甲讀出所測定的環境溫度；
（3）當所測定的環境溫度為40℃時，根據圖甲讀出半導體的電阻值，根據電阻的串聯和歐姆定律求出電路中的電流，再根據P=UI=I²R求出半導體電阻R₁的電功率．

解答 解：（1）由圖甲可知，溫度從20℃升到40℃時，半導體電阻R的阻值變小，電路中的總電阻變小，
由I=$\frac{U}{R}$可知，電路中的電流變大，即電流表的示數變大；
（2）當電流表的讀數為0.2A時，電路中的總電阻：
R_總=$\frac{U}{{I}_{1}}$=$\frac{12V}{0.2A}$=60Ω，
因串聯電路中總電阻等于各分電阻之和，
所以，半導體電阻的阻值：
R=R_總-R₀=60Ω-10Ω=50Ω，
由圖甲可知，所測定的環境溫度為20℃；
（3）由圖甲可知，當所測定的環境溫度為40℃時，半導體的電阻R₁=20Ω，
此時電路中的電流：
I₂=$\frac{U}{{R}_{0}+{R}_{1}}$=$\frac{12V}{10Ω+20Ω}$=0.4A，
半導體電阻R₁的電功率：
P₁=I₂²R₁=（0.4A）²×20Ω=3.2W．
答：（1）變大；
（2）當電流表的讀數為0.2A時，所測定的環境溫度為20℃；
（3）當所測定的環境溫度為40℃時，半導體電阻R₁的電功率是3.2W．

點評 本題考查了串聯電路的特點和歐姆定律、電功率公式的應用，從圖象中讀出半導體的電阻值與溫度的對應關系是關鍵．