题目内容
5.阅读下面的短文,回答问题半导体制冷
半导体材料有P型半导体和N型半导体两种,除了可以用于各种电子元器件外,还可以用作制冷材料,甲图是一个半导体制冷单元的原理图,P型半导体和N型半导体的上端和铜片A连接,下端分别和铜片B连接后接到直流电源的两端,此时电路的电流方向是从N型半导体经A流向P型半导体,铜片A会从空气吸收热量,铜片B会向空气放出热量,反之,改变直流电源的正负极方向,使电流方向从P型半导体经A流向N型半导体,这时,铜片B会从空气吸收热量,铜片A会向空气放出热量.半导体中有可以自由移动的电荷.通电时,电荷移动的方向与电流方向相反.由于电荷在不同的材料中具有不同的能量,当它从高能量状态向低能量状态运动时放出热量;从低能量状态向高能量状态运动时吸收热量.从铜片上吸收(放出)热量的多少可用公式Q=π•I表示.其中,I为电流的大小,π称为“帕尔帖系数”.吸收热量时π为正值,放出热量π为负值,π的绝对值不变.
请回答下列问题:
(1)如甲图,若要使一个电冰箱箱内的温度下降,铜片A置于电冰箱箱内,铜片B置于电冰箱箱外(前两空选填“箱内”或“箱外”),这就是半导体电冰箱的工作原理.
(2)如甲图,电荷在P型半导体低于(选填“高于”或“低于”)N型半导体中的能量.
(3)若将甲图中电源换成交流电源,此时电冰箱不能(选填“能”或“不能”)正常制冷.
(4)给半导体制冷器提供乙图所示的交流电,当电流为正值时,表示电流方向与甲图直流电方向相同,当电流为负值时,表示电流方向与乙图直流电方向相反,在丙图上作出铜片B处的Q-t图象.
分析 (1)要解答此题需掌握半导体二极管的特点单向通电性,加以运用.通电后有一面是吸热(制冷),一面是散热(将吸的热量散掉);
(2)根据电荷在不同的材料中具有不同的能量,当它从高能量状态向低能量状态运动时放出热量;从低能量状态向高能量状态运动时吸收热量可结合图甲做出判断;
(3)由于交流电源电压较大,且电流方向不断变化,不能直接使用;
(4)根据乙图判断出电流方向,根据电流方向与直流电方向相同或相反,判断出热量的变化情况,作出Q-t图象.
解答 解:(1)由短文提供的信息可知,电路的电路流方向是从N型半导体铜片A流向P型半导体,铜片A会从空气吸收热量,应置于冰箱的箱内,从冰箱内吸收热量,使电冰箱箱内的温度下降;铜片B会向空气放出热量,应置于冰箱的箱外;铜片B会向空气放出热量,应置于冰箱箱外,把从箱内吸收的热量散发掉,达到制冷的目的;
(2)电荷在不同的材料中具有不同的能量,电荷从P流向N,此时吸收热量,而电荷从低能量状态向高能量状态运动时吸收热量,所以电荷在P型半导体低于N型半导体中的能量.
(3)交流电源的电流方向是变化的,这样吸热和放热的状态就会不断改变,不能使吸热的部分恒定保持吸热状态,不能使放热的地方恒定保持放热状态.
(4)观察图乙可知,当电流为正值时,表示电流方向与乙图直流电方向相同,电流为负值时,表示电流方向与乙图直流方向相同相反,在丙图上作出铜片B处的Q-t图象如图所示:![]()
故答案为:(1)箱内;箱外; (2)低于;(3)不能;(4)见上图.
点评 本题以冰箱为载体,考查了半导体的特点以及冰箱的工作原理,考查了学生解决实际问题的能力.能够从短文中获取对解题有用的信息是解题的关键.
练习册系列答案
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15.
某班同学在“测量小灯泡的电功率”的实验时,实验台上给他提供的器材有:三节新干电池,电流表(0-0.6A、0-3A)、电压表(0-3V、0-15V)、“50Ω、1A”和“30Ω、1.5A”两种规格的滑动变阻器,额定电压为2.5V的小灯泡(正常发光时的电阻约为10Ω)、开关各一个,导线若干.
(1)如图所示是某组同学连接的实验电路,可以更改其中的一根导线就将其改正确.请你在错误的导线上画“×”,并用笔画线代替导线画出正确的连线(导线不能交叉).
(2)电路连接正确后,闭合开关前,将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处.闭合开关后发现小灯泡不亮,电压表示数为零,电流表指针偏转.逐渐向右移动滑片,小灯泡始终不亮,电压表示数仍然为零,电流表示数逐渐变大.该电路故障可能是小灯泡短路.
(3)排除故障后该小组正确操作实验,测量数据如表所示
分析实验数据可知:
①小灯泡的额定功率为0.7W.
②7、8两次实验中,灯泡熄灭的原因是小灯泡的实际功率太小.
③小灯泡在断电一段时间后的电阻可能是1Ω(选填“0Ω”、“1Ω”、“2Ω”或“8.9Ω”).
(4)为了顺利完成实验,小明在实验中应选用规格为50Ω、1A的滑动变阻器.
(1)如图所示是某组同学连接的实验电路,可以更改其中的一根导线就将其改正确.请你在错误的导线上画“×”,并用笔画线代替导线画出正确的连线(导线不能交叉).
(2)电路连接正确后,闭合开关前,将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处.闭合开关后发现小灯泡不亮,电压表示数为零,电流表指针偏转.逐渐向右移动滑片,小灯泡始终不亮,电压表示数仍然为零,电流表示数逐渐变大.该电路故障可能是小灯泡短路.
(3)排除故障后该小组正确操作实验,测量数据如表所示
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| 发光情况 | 明亮 | 亮 | 更明亮 | 较亮 | 较暗 | 微光 | 熄灭 | 熄灭 |
| 电压U/V | 2.5 | 2.1 | 3.0 | 1.7 | 1.3 | 0.9 | 0.5 | 0.1 |
| 电流I/A | 0.28 | 0.26 | 0.30 | 0.24 | 0.20 | 0.19 | 0.16 | 0.05 |
①小灯泡的额定功率为0.7W.
②7、8两次实验中,灯泡熄灭的原因是小灯泡的实际功率太小.
③小灯泡在断电一段时间后的电阻可能是1Ω(选填“0Ω”、“1Ω”、“2Ω”或“8.9Ω”).
(4)为了顺利完成实验,小明在实验中应选用规格为50Ω、1A的滑动变阻器.
16.如图甲是测量小灯泡电功率的电路.小灯泡的额定电压为2.5V.
(1)请根据图甲将图乙中的实物电路连接完整(导线不允许交叉)
(2)闭合开关前,将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处.闭合开关后发现小灯泡不亮,电压表示数为零,电流表指针偏转.逐渐向右移动滑片,小灯泡始终不亮,电压表示数仍然为零,电流表示数渐变大.该电路故障可能是灯泡短路.
(3)排除故障后正确操作实验,测量数据如下表所示
分析实验数据可知:
①小灯泡的额定功率为0.7W.
②7、8两次实验中,灯泡熄灭的原因是灯泡短路.
③小灯泡在断电一段时间后的电阻可能是1Ω(填“0Ω”、“1Ω”、“2Ω”或“8.9Ω”)
④某同学在实验中,误将电压表并联在滑动变阻器两端.他从滑片置于最右端时开始记录第一组数据,调节滑片测得多组数据,描绘出U-I图象如图丙所示.已知小灯泡的额定电压为2.5V,电源电压为45V.可求得小灯泡正常发光时的阻值为12.5Ω,变阻器最大阻值为40Ω.
(1)请根据图甲将图乙中的实物电路连接完整(导线不允许交叉)
(2)闭合开关前,将滑动变阻器的滑片移到阻值最大处.闭合开关后发现小灯泡不亮,电压表示数为零,电流表指针偏转.逐渐向右移动滑片,小灯泡始终不亮,电压表示数仍然为零,电流表示数渐变大.该电路故障可能是灯泡短路.
(3)排除故障后正确操作实验,测量数据如下表所示
| 实验次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 发光情况 | 明亮 | 亮 | 更明亮 | 较亮 | 较暗 | 微光 | 熄灭 | 熄灭 |
| 电压U/V | 2.5 | 2.1 | 3.0 | 1.7 | 1.3 | 0.9 | 0.5 | 0.1 |
| 电流I/A | 0.28 | 0.26 | 0.30 | 0.24 | 0.21 | 0.19 | 0.16 | 0.05 |
①小灯泡的额定功率为0.7W.
②7、8两次实验中,灯泡熄灭的原因是灯泡短路.
③小灯泡在断电一段时间后的电阻可能是1Ω(填“0Ω”、“1Ω”、“2Ω”或“8.9Ω”)
④某同学在实验中,误将电压表并联在滑动变阻器两端.他从滑片置于最右端时开始记录第一组数据,调节滑片测得多组数据,描绘出U-I图象如图丙所示.已知小灯泡的额定电压为2.5V,电源电压为45V.可求得小灯泡正常发光时的阻值为12.5Ω,变阻器最大阻值为40Ω.
10.关于一些物理量的估计,下列数据最接近实际的是( )
| A. | 一只信鸽的质量约为5kg. | |
| B. | 电冰箱冷冻室温度约为4℃. | |
| C. | 成年人正常步行的速度约为3 m/s | |
| D. | 篮球板上篮圈到地面的距离约为3.05m |
14.天平、温度计、刻度尺、电压表是我们实验中常用的基本测量仪器.如选项图中是一些同学对这四种仪器的操作和使用情况(请仔细观察).其中不正确的是( )
| A. | 调节天平横梁平衡 | B. | 观察物体长度 | ||
| C. | 测量水温 | D. | 测量电源电压 |