Question

20．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．將這種半導(dǎo)體材料電阻連入電路如圖乙所示，定值電阻R₀為10Ω，則

（1）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．
（2）電流表的讀數(shù)為0.4A時(shí)，求當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度和半導(dǎo)體電阻的電功率分別是多少？
（3）電流表的讀數(shù)為0.4A時(shí)通電10分鐘，R₀產(chǎn)生的熱量是多少．

Answer 1

分析 （1）由圖象找出t=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；
（2）根據(jù)歐姆定律求出電流表讀數(shù)為0.4A時(shí)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，利用P=I²R求出半導(dǎo)體的電功率；
（3）由Q=I²Rt求出通電10分鐘R₀產(chǎn)生的熱量．

解答 解：
（1）由圖象可知，溫度為20℃時(shí)，半導(dǎo)體電阻阻值R=50Ω；
串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和，由歐姆定律可得電源的電壓：
U=I（R+R₀）=0.2A×（50Ω+10Ω）=12V；
（2）當(dāng)電流表的示數(shù)I′=0.4A時(shí)，由歐姆定律可得電路總電阻：
R_總=$\frac{U}{I′}$=$\frac{12}{0.4A}$=30Ω，
半導(dǎo)體電阻的阻值：
R′=R_總-R₀=30Ω-10Ω=20Ω，
由圖象知，半導(dǎo)體電阻為20Ω時(shí)，環(huán)境溫度是40℃，
半導(dǎo)體電阻的電功率：
P_R=I′²R′=（0.4A）²×20Ω=3.2W；
（3）串聯(lián)電路中電流處處相等，由Q=I²Rt可得通電10分鐘R₀產(chǎn)生的熱量：
Q=I²R₀t=（0.4A）²×10Ω×10×60s=960J．
答：（1）電源的電壓為12V．
（2）電流表的讀數(shù)為0.4A時(shí)，當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度40℃；半導(dǎo)體電阻的電功率是3.2W；
（3）電流表的讀數(shù)為0.4A時(shí)通電10分鐘，R₀產(chǎn)生的熱量是960J．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了學(xué)生的識(shí)圖能力與歐姆定律以及電功率、焦耳定律的應(yīng)用，根據(jù)圖象獲取某溫度下的電阻值是解題的前提與關(guān)鍵．