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
12345678
发光情况明亮亮更明亮较亮较暗微光熄灭熄灭
电压U/V2.52.13.01.71.30.90.50.1
电流I/A0.280.260.300.240.200.190.160.05
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．
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
实验次数12345678
发光情况明亮亮更明亮较亮较暗微光熄灭熄灭
电压U/V2.52.13.01.71.30.90.50.1
电流I/A0.280.260.300.240.210.190.160.05
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．
13．小宇骑车时发现，不踩踏脚板，车也能滑行一段距离，他在不同的路面上多次尝试后猜想：车滑行的距离可能与路面的粗糙程度和速度有关．为探究其中的奥秘，他在水平桌面上搭成一斜面，用小球做实验，并用毛巾、棉布、木板等改变水平桌面的粗糙程度．

（1）为了探究小球在水平面上的滑行距离与速度的关系：小宇应先后三次将小球从斜面的不同（选填：“同一”或“不同”）高度处释放，比较小球在同一（选填：“同一”或“不同”）粗糙面上滑行的路程
（2）为探究小球滑行距离与水平面粗糙程度的关系：小宇应先后三次将小球从斜面上的同一（选填：“同一”或“不同”）高度处释放；小宇认为，通过进一步推理可以得出结论：运动的物体如果不受阻力作用，物体将做匀速直线运动．
（3）在上述（2）的三次实验中，小球受非平衡力的作用（选填“平衡”或“非平衡”）；若小球克服毛巾的摩擦力做的功为W1，小球克服木板的摩擦力做的功为W2，则W1=W2．（选填：“大于”、“等于”或“小于”）
（4）为了模拟研究汽车超速带来的安全隐患，李斌同学设计了如图乙所示的探究实验：将A、B两个小球先后从同一装置，高分别为hA、hB的位置滚下（mA＜mB，hA＞hB），推动小木块运动一段距离后静止．同组的小红认为他这样设计实验得出的结论有问题，理由是：没有控制两个小球的质量相等．
20．如图所示，温度计的示数为86℃；用天平所测物体的质量为79.4g；两端开口的容器，从管的左端吹气，在A、B两个管口处流体压强分别为pA和pB，则pA＜pB（选填“＞”、“＜”或“=”）．
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
17．抽水机是利用大气压来抽水的，如图所示为活塞式抽水机的工作原理示意图，请完成下列填空．
甲图：提起活塞时，阀门A关闭，大气压迫使水推开阀门B，进入圆筒．
乙图：压下活塞时，阀门B关闭，活塞下面的水推开阀门A，涌入活塞上面．
丙图：再提起活塞时，阀门A关闭，它上面的水从出水管流出，大气压迫使水推开阀门B，水就进入圆筒．
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
15．2014年4月14日，为寻找失联的MH370航班，启用了“蓝鳍金枪鱼-21”（简称“金枪鱼”）自主水下航行器进行深海搜寻．其外形与潜艇相似（如图甲所示），相关标准参数为：体积1m3、质量750kg，最大潜水深度4500m，最大航速7.4km/h（不考虑海水密度变化，密度ρ取1.0×103kg/m3，g取10N/kg）．
（1）假设“金枪鱼”下潜至最大潜水深度处，则其表面承受海水的压强为多少？
（2）“金枪鱼”静止漂浮在海面上时（如图乙）排开水的体积为多大？
（3）“金枪鱼”在水下航行时消耗电能，且匀速航行时受到的阻力为2000牛，则在某次作业中以5km/h的速度航行1h需要电能多少？（不考虑能量损耗）
（4）“金枪鱼”每次水下作业时都需要预先充电，电能由柴油发电机提供．设发电及充电过程总的效率为30%，则充电100kW•h需要多少柴油？（柴油的热值为3×107J/kg）

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