Question

17．半導(dǎo)體和金屬的導(dǎo)電能力隨溫度的變化特點(diǎn)是不同的，利用它們制成的元件在生活中也各有各的用途．

（1）一個(gè)由某半導(dǎo)體材料制成的加熱器，通電后，加熱器在發(fā)熱的同時(shí)，也在向外界放熱．圖甲為發(fā)熱功率P_發(fā)熱和散熱功率P_散熱與溫度t之間關(guān)系的圖象，由圖象可知，加熱器工作時(shí)的穩(wěn)定溫度為70℃；溫度由0℃升高到100℃的過(guò)程中，該半導(dǎo)體材料的電阻變化情況是先變小后變大．
（2）如圖乙是由某金屬材料制成的電阻R隨溫度t變化的圖象．若用該電阻R與電源（電壓為3V）、電流表（量程為0～5mA）、定值電阻R′=480Ω串聯(lián)起來(lái)，連接成如圖乙所示的電路．用該電阻R做測(cè)溫探頭，把電流表的刻度改為相應(yīng)的溫度刻度，得到一個(gè)簡(jiǎn)單的“金屬電阻溫度計(jì)”該溫度計(jì)能測(cè)量的最低溫度為120℃，此時(shí)定值電阻R′消耗的電功率為0.012瓦．

Answer 1

分析 （1）由圖象可知，加熱器工作時(shí)的穩(wěn)定溫度和當(dāng)溫度稍低于穩(wěn)定溫度時(shí)，發(fā)熱功率和散熱功率的關(guān)系；根據(jù)公式R=$\frac{{U}^{2}}{P}$可知半導(dǎo)體材料的電阻變化情況；
（2）從圖象上可以看出，電阻與溫度的關(guān)系，根據(jù)歐姆定律算出R′兩端的電壓，進(jìn)一步求出R兩端電壓；根據(jù)公式R=$\frac{U}{I}$求出電路的最小電阻；再根據(jù)溫度與電阻的關(guān)系求出溫度計(jì)能測(cè)量的最低溫度．由P=UI計(jì)算R′消耗的電功率．

解答 解：
（1）由圖象可知，加熱器工作時(shí)當(dāng)溫度為70℃時(shí)，發(fā)熱功率和散熱功率相同，故穩(wěn)定溫度為70℃．當(dāng)溫度稍低于穩(wěn)定溫度時(shí)，由圖象可知，發(fā)熱功率大于散熱功率；
溫度由0℃升高到100℃的過(guò)程中，由R=$\frac{{U}^{2}}{P}$可知，U不變，P是先增大，后減�。�故R是先減小后增大；
（2）由圖乙R與R′串聯(lián)，電流表測(cè)電路中電流，
由圖象可知：電阻越小，溫度越低，當(dāng)溫度升高時(shí)，電阻R的阻值變大；
電阻越大說(shuō)明電路電流越小，溫度越高，所以電流刻度較小處對(duì)應(yīng)的溫度刻度較高；
由電流表量程可知，電流最大為0.005A；
用R′=480Ω和I=0.005A，可算出R′兩端的電壓U′=IR'=0.005A×480Ω=2.4V，
此時(shí)R'消耗功率：P′=U′I=2.4V×0.005A=0.012W；
由串聯(lián)電路特點(diǎn)可得R兩端電壓為：3V-2.4V=0.6V，
電阻最小為：R=$\frac{U}{I}$=$\frac{0.6V}{0.005A}$=120Ω；
由圖知100Ω時(shí)溫度為0℃；當(dāng)電阻的溫度為80℃時(shí)，電阻R的阻值為180Ω，所以當(dāng)電阻為1Ω的時(shí)候，電阻的溫度為：$\frac{80}{180-100}$℃=1℃，
以當(dāng)電阻為120Ω時(shí)，電阻的溫度為1℃×120=120℃；
故答案為：（1）70；先變小后變大；（2）120；0.012．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了電壓、電阻的計(jì)算，關(guān)鍵是公式及其變形的靈活應(yīng)用，難點(diǎn)是對(duì)圖象的釋讀能力和歐姆定律的應(yīng)用，是一道難題．