Question

4．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．如圖乙是小明和他的同學(xué)根據(jù)半導(dǎo)體材料這種電阻的特性自制的半導(dǎo)體溫度計(jì)的原理圖，利用電流表的示數(shù)來指示某一空間的溫度．已知電源電壓恒為12V，電流表的量程為0.6A，R₀為定值電阻．請(qǐng)你回答下列問題：
（1）定值電阻R₀的作用是保護(hù)電路，防止電路中的電流過大燒壞電流表．
（2）當(dāng)環(huán)境溫度為20℃時(shí)，電流表的示數(shù)為0.2A，則定值電阻R₀的阻值為多少？
（3）該溫度計(jì)能測(cè)量的最高溫度為多少？此時(shí)半導(dǎo)體電阻R消耗的電功率為多少？
（4）在電流表量程一定的情況下，仍利用該半導(dǎo)體電阻若想提高能測(cè)量的最高溫度，請(qǐng)你提出一條可操作性建議．

Answer 1

分析 （1）定值電阻R₀串聯(lián)在電路中，可以保護(hù)電路．
（2）由圖甲所示圖象求出溫度是20℃時(shí)半導(dǎo)體電阻的阻值，然后由串聯(lián)電路特點(diǎn)及歐姆定律求出定值電阻阻值．
（3）電流表示數(shù)為其量程0.6A時(shí)，電路電阻最小，此時(shí)溫度最高，由串聯(lián)電路特點(diǎn)及歐姆定律求出電路電流是0.6A時(shí)半導(dǎo)體電阻的阻值，然后由圖甲所示圖象找出對(duì)應(yīng)的溫度．
（4）根據(jù)半導(dǎo)體材料電阻阻值隨溫度變化的關(guān)系分析答題．

解答 解：（1）由電路圖可知，定值電阻R₀串聯(lián)在電路中，可以防止溫度太高半導(dǎo)體電阻阻值太小時(shí)，電路電流過大而損壞電路元件，定值電阻可以保護(hù)電路．
（2）由圖甲所示圖象可知，環(huán)境溫度為20℃時(shí)R=50Ω，
由I=$\frac{U}{R}$可知，電路總電阻R_總=R+R₀=$\frac{U}{R}$=$\frac{12V}{0.2A}$=60Ω，
電阻電阻阻值：R₀=R_總-R=60Ω-50Ω=10Ω；
（3）由I=$\frac{U}{R}$，電路最大電流I_最大=0.6A，可知：
電路總電阻R_總′=R′+R₀=$\frac{U}{{I}_{最大}}$=$\frac{12V}{0.6A}$=20Ω，
R′=R_總′-R₀=20Ω-10Ω=10Ω；
由圖甲所示圖象可知，半導(dǎo)體電阻是10Ω時(shí)的溫度是100℃；
此時(shí)此時(shí)半導(dǎo)體電阻R消耗的電功率P=I²R′=（0.6A）²×10Ω=3.6W；
（4）由圖示圖象可知，半導(dǎo)體材料的電阻阻值隨溫度的升高而降低，
溫度越高電阻R阻值越小，電路總電阻越小，電路電流越大，電流表量程不變，
要提供所測(cè)量的最高溫度，可以減小電源電壓或增加保護(hù)電阻R₀的阻值．
答：（1）定值電阻R₀的作用是：保護(hù)電路，防止電路中的電流過大燒壞電流表．
（2）當(dāng)環(huán)境溫度為20℃時(shí)，電流表的示數(shù)為0.2A，則定值電阻R₀的阻值為10Ω．
（3）該溫度計(jì)能測(cè)量的最高溫度為100℃；此時(shí)半導(dǎo)體電阻R消耗的電功率為為3.6W；
（4）降低電源電壓（或再在電路中串聯(lián)一個(gè)電阻；增大R₀的阻值等）．

點(diǎn)評(píng) 本題難度大，考查歐姆定律、電功率公式和分析圖象的能力，要看懂圖象和電路圖后才能準(zhǔn)確作答．培養(yǎng)了學(xué)生分析圖象的能力，要看懂圖象和電路圖后才能準(zhǔn)確作答．