Question

14．半導體材料的導電能力介于導體和絕緣體之間，其電阻隨溫度的升高而減小，且受溫度影響較大，如圖甲所示，是某半導體材料的電阻隨溫度變化的關系圖象．根據(jù)這種半導體材料特性，某同學設計了一個電路，如圖乙所示，可以測定某一空間的溫度，已知定值電阻R₀阻值為40Ω．如果在乙圖中，將半導體電阻短路時，閉合開關電流表的讀數(shù)為0.45A．則：
（1）求電源的電壓．
（2）在乙圖中電流表為0.2A，則該空間溫度為多少？
（3）電流表的讀數(shù)為0.3A時，求電阻R₀消耗的電功率．

Answer 1

分析 （1）分析乙圖，當半導體短路時，電路連接情況，根據(jù)U=IR計算電源電壓；
（2）根據(jù)歐姆定律求出定值電阻兩端的電壓，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓特點求出半導體電阻兩端的電壓，根據(jù)歐姆定律求出半導體電阻的阻值，由圖象可知當時的環(huán)境溫度；
（3）由串聯(lián)電路特點知通過R₀的電流，由P=I²R計算R₀消耗的電功率．

解答 解：（1）如乙圖所示，將半導體電阻短路，則電路中只有一個電阻R0，電流表測電路電流I'，
電源電壓U=I'R₀=0.45A×40Ω=18V；
（2）當電流表的讀數(shù)為0.2A時，根據(jù)歐姆定律可得，R₀兩端的電壓：
U₀=IR₀=0.2A×40Ω=8V，
因為串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和，
所以半導體兩端的電壓：
U_R=U-U₀=18V-8V=10V，
則半導體的阻值：
R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{10V}{0.2A}$=50Ω，
由圖象可知，當時環(huán)境溫度是20℃；
（3）電流表的讀數(shù)為I=0.3A時，R0消耗的電功率：P=I2R0=（0.3A）2×50Ω=4.5W
答：（1）求電源的電壓為18V；
（2）在乙圖中電流表為0.2A，則該空間溫度為多20℃；
（3）電流表的讀數(shù)為0.3A時，求電阻R₀消耗的電功率為4.5W．

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．