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半導體如何實現運算及數據處理

2020 年我國將在全球首發 5nm 手機芯片，芯片基本元件之半導體二極 管主要由 P 型半導體、N 型半導體、接線端、外殼組成，其結構和電路符 號分別如圖甲、乙所示。當一定的電流從正接線端流入，二極管呈現良好的導電性，當電流從負接線端流入，二極管呈現高電阻特性。

N 型半導體內含有容易形成電流的自由電子，而 P 型半導體內雖然沒有自 由電子，但含有可讓電子停留和經過的位置（空穴）。未接通電路時，最靠近半導體交界面處一排的電子向 P 區擴散占據空穴，使 P 區交界面處帶負電，N 區一側帶正電，由于電 荷間存在相互作用力，交界面處將阻礙電子繼續擴散。

半導體與電源相連后，電源負極將發出大量電子聚集在與之相連的一端，電壓增大到一定值時且電子移動方向與電子擴散方向相同，電子將突破交界面處的阻礙使電路形成通路。反之，半導體呈現的電 阻很大。多個半導體的組合，是構成芯片的基礎元件。它們可實現運算及數據處理。 發光二極管（LED）是一種能夠發光的半導體電子元件，其顯著的特點就是具有單向導電性。其電路符號如也用圖乙所示，用實驗方法測得某型號發光二極管兩端的電壓 U 和通過它的電流 I 的數據如 表所示：

(1)半導體二極管內，當電流從 P 到 N 時，二極管電阻_____（較小/較大）。

(2)通路時，二極管輸出信號值 Uk=1，斷路時，輸出信號值 Uk=0，在下圖所示的電路中，a、b 兩點 信號值隨時間的變化關系如下圖中 A、B 所示，請在 C 圖坐標系中，畫出電路 c處信號值隨時間變化的關系畫線。

（______）

(3)關于半導體二極管，下列說法正確的是_____。

A電流從正接線端流入，一定會形成通路

B電子移動方向：電源→P 型半導體→N 型半導體

C半導體二極管的電阻與其兩端的電壓有關

D當電流從負接線端流入時，交界面帶電子處電阻變小

(4)請在圖丁的坐標紙上用描點法畫出該型號發光二極管的伏安特性曲線。

（______）

(5)若該型號發光二極管的最佳工作電壓為 2.5V，現用 5V 的穩壓電源供電，則需要在電路中串聯 一個電阻R才能使其處于最佳工作狀態，請根據所畫出的該型號二極管的伏安特性曲線進行分析，串聯的電阻R的阻值為_____Ω。（結果保留三位有效數字）

(1)如圖甲是小明連接的實物電路，圖中有一根導線連接錯誤，請你在連接錯誤的導線上打“×”并補畫出正確的連線。

（___________）

(2)閉合開關前，滑動變阻器滑片P應處于最_____端（選填“左”或“右”）。

(3)接著閉合開關，兩電表均無示數。現將電壓表接在變阻器兩端時無示數，接在開關兩端時有示數，則電路故障是_____。

A電阻斷路 B 電流表斷路 C 滑動變阻器短路 D開關斷路

(4)排除故障后進行實驗，當10Ω電阻換成 15Ω的電阻后，應把變阻器滑片P向______（選填“左”或“右”）端移動，移動滑片時要觀察________（選填“電流表”或“電壓表”）才能達到實驗目的。

(5)通過實驗得到如圖（乙）所示的電流I 隨電阻 R變化的圖象，由圖象可得出結論：_____。

(6)由圖像知，當接入 l5Ω的電阻后，在讀取電流時滑動變阻器的電阻為_____Ω。為了使實驗能順利進行，該同學不可使用的定值電阻有_____。（寫出電阻值，多寫少寫不給分）

(1)小球進入水平面時的動能是由______ 轉化來的。實驗時通過______來比較動能大小。

(2)根據甲圖和乙圖所示實驗得到的結論，可以用來解釋汽車______（選填 “超載”或“超速”）帶來的安全隱患。

(3)小球撞擊木塊的過程中，對木塊______ （選填“做功”或“不做功”），木塊最終會停下來的主要原因是______。

(4)根據乙圖和丙圖所示實驗，______（選填“能”或“不能”）比較出 a、b 兩個小球哪個到達水平面時動能更大。

(1)小明通過物理知識的學習，知道放大鏡就是凸透鏡。在活動課中，他用放大鏡觀察近處的手指（如圖 1），看到手指______ 的像；再用放大鏡觀察遠處的房屋（如圖 2），看到房屋______的像（選 填“放大”、“等大”或“縮小”）。

(2)小明猜想：凸透鏡成像的大小可能與蠟燭到透鏡的距離有關。于是，他在如圖 3 所示的光具座上， 不斷改變蠟燭到透鏡的距離，并移動光屏進行實驗，發現物體到凸透鏡的距離越長，光屏上像的大小就越______。實驗中當光屏上成清晰像時，小明在蠟燭和凸透鏡間放上自己所配戴的近視眼鏡，若仍要在光屏上成清晰的像，則需將光屏向______（填 “靠近”或“遠離”）凸透鏡的方向移動。

(3)小明根據實驗的數據繪制了物距 u 和像距 v 之間關系的圖象，如圖 4 所示。由圖象可知，該凸透鏡的焦距是______cm；當把物體放到距凸透鏡 8cm 處時，移動光屏______承接到像（選填“能”或“不能”，下同），再把光屏放在蠟燭左側，移動光屏______ 承接到像。

(1)加熱過程中開關 S 應與_____（選填“a”或 “b”）接觸，求出此過程水吸收的熱量______；

(2)此加熱過程中電開水器的消耗的電能____；

(3)R2 的阻值_____。

(1)2kg 的汽油完全燃燒放出多少熱量？（汽油的熱值取 4.5×107J/kg）

(2)汽車在平直公路上勻速行駛的功率為多少？

(3)汽車從坡底向坡頂運送砂石的效率是多少？

(1)為了得到質量相同的水和煤油，在實驗室里通常使用的測量工具是________。

(2)在相同條件下用相同的電加熱器分別給水和煤油加熱，要使水和煤油升高相同的溫度，對________（“水””或“煤油”）加熱的時間更長。

(3)根據實驗數據，小明作出了水和煤油的溫度隨時間變化的圖象，由圖象可知，煤油的比熱容為_______J/（kg℃）[c 水=4.2×10 J/（kg℃）]。

【題目】我國第二艘航空母艦己于 2018 年 5 月 13 日開始出海試航，將來可增加我國海軍實力。如 圖所示，遼寧號航空母艦處于訓練過程中，艦載飛機飛離航母，與飛離前相比，母艦會_________ （選填“上浮一些”、 “下沉一些”或“保持不變””）。 航空母艦底部所受液體壓強__________（填“變大”、“變小”或“不變”）。艦載機起飛時，機翼上表面空氣流動速度___________（選填“大于”、“小 于”或 “等于” ） 下表面空氣流動速度。