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半导体如何实现运算及数据处理
2020 年我国将在全球首发 5nm 手机芯片，芯片基本元件之半导体二极 管主要由 P 型半导体、N 型半导体、接线端、外壳组成，其结构和电路符 号分别如图甲、乙所示。当一定的电流从正接线端流入，二极管呈现良好的导电性，当电流从负接线端流入，二极管呈现高电阻特性。
N 型半导体内含有容易形成电流的自由电子，而 P 型半导体内虽然没有自 由电子，但含有可让电子停留和经过的位置（空穴）。未接通电路时，最靠近半导体交界面处一排的电子向 P 区扩散占据空穴，使 P 区交界面处带负电，N 区一侧带正电，由于电 荷间存在相互作用力，交界面处将阻碍电子继续扩散。
半导体与电源相连后，电源负极将发出大量电子聚集在与之相连的一端，电压增大到一定值时且电子移动方向与电子扩散方向相同，电子将突破交界面处的阻碍使电路形成通路。反之，半导体呈现的电 阻很大。多个半导体的组合，是构成芯片的基础元件。它们可实现运算及数据处理。 发光二极管（LED）是一种能够发光的半导体电子元件，其显著的特点就是具有单向导电性。其电路符号如也用图乙所示，用实验方法测得某型号发光二极管两端的电压 U 和通过它的电流 I 的数据如 表所示：
实验序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
U/V | 0 | 0.4 | 0.8 | 1.2 | 1.6 | 2.0 | 2.4 | 2.6 | 2.8 | 3.0 |
I/mA | 0 | 0.9 | 2.3 | 4.3 | 6.8 | 12.0 | 19.0 | 24.0 | 30.0 | 37.0 |
(1)半导体二极管内，当电流从 P 到 N 时，二极管电阻_____（较小/较大）。
(2)通路时，二极管输出信号值 Uk=1，断路时，输出信号值 Uk=0，在下图所示的电路中，a、b 两点 信号值随时间的变化关系如下图中 A、B 所示，请在 C 图坐标系中，画出电路 c处信号值随时间变化的关系画线。
（______）
(3)关于半导体二极管，下列说法正确的是_____。
A电流从正接线端流入，一定会形成通路
B电子移动方向：电源→P 型半导体→N 型半导体
C半导体二极管的电阻与其两端的电压有关
D当电流从负接线端流入时，交界面带电子处电阻变小
(4)请在图丁的坐标纸上用描点法画出该型号发光二极管的伏安特性曲线。
（______）
(5)若该型号发光二极管的最佳工作电压为 2.5V，现用 5V 的稳压电源供电，则需要在电路中串联 一个电阻R才能使其处于最佳工作状态，请根据所画出的该型号二极管的伏安特性曲线进行分析，串联的电阻R的阻值为_____Ω。（结果保留三位有效数字）
在“探究导体的电流跟电阻的关系” 实验中， 老师提供的器材有：电源（电压恒为4.5V），电流表、电压表和开关各一个，六个定值电 阻（10Ω、15Ω、20Ω、30Ω、45Ω、50Ω），滑动变阻器（规格是“20Ω，2A”），导线若干。
(1)如图甲是小明连接的实物电路，图中有一根导线连接错误，请你在连接错误的导线上打“×”并补画出正确的连线。
（___________）
(2)闭合开关前，滑动变阻器滑片P应处于最_____端（选填“左”或“右”）。
(3)接着闭合开关，两电表均无示数。现将电压表接在变阻器两端时无示数，接在开关两端时有示数，则电路故障是_____。
A电阻断路 B 电流表断路 C 滑动变阻器短路 D开关断路
(4)排除故障后进行实验，当10Ω电阻换成 15Ω的电阻后，应把变阻器滑片P向______（选填“左”或“右”）端移动，移动滑片时要观察________（选填“电流表”或“电压表”）才能达到实验目的。
(5)通过实验得到如图（乙）所示的电流I 随电阻 R变化的图象，由图象可得出结论：_____。
(6)由图像知，当接入 l5Ω的电阻后，在读取电流时滑动变阻器的电阻为_____Ω。为了使实验能顺利进行，该同学不可使用的定值电阻有_____。（写出电阻值，多写少写不给分）
在探究“物体动能的大小与哪些因素有关”的实验中，让 a、b 两个小球分别从同一斜面 上由静止滚下，小球撞击放在水平木板上的同一木块，使木块滑动，虚线位置为木块滑动一段距离后停 止的位置。
(1)小球进入水平面时的动能是由______ 转化来的。实验时通过______来比较动能大小。
(2)根据甲图和乙图所示实验得到的结论，可以用来解释汽车______（选填 “超载”或“超速”）带来的安全隐患。
(3)小球撞击木块的过程中，对木块______ （选填“做功”或“不做功”），木块最终会停下来的主要原因是______。
(4)根据乙图和丙图所示实验，______（选填“能”或“不能”）比较出 a、b 两个小球哪个到达水平面时动能更大。
在探究凸透镜成像的大小与哪些因素有关的实验中：
(1)小明通过物理知识的学习，知道放大镜就是凸透镜。在活动课中，他用放大镜观察近处的手指（如图 1），看到手指______ 的像；再用放大镜观察远处的房屋（如图 2），看到房屋______的像（选 填“放大”、“等大”或“缩小”）。
(2)小明猜想：凸透镜成像的大小可能与蜡烛到透镜的距离有关。于是，他在如图 3 所示的光具座上， 不断改变蜡烛到透镜的距离，并移动光屏进行实验，发现物体到凸透镜的距离越长，光屏上像的大小就越______。实验中当光屏上成清晰像时，小明在蜡烛和凸透镜间放上自己所配戴的近视眼镜，若仍要在光屏上成清晰的像，则需将光屏向______（填 “靠近”或“远离”）凸透镜的方向移动。
(3)小明根据实验的数据绘制了物距 u 和像距 v 之间关系的图象，如图 4 所示。由图象可知，该凸透镜的焦距是______cm；当把物体放到距凸透镜 8cm 处时，移动光屏______承接到像（选填“能”或“不能”，下同），再把光屏放在蜡烛左侧，移动光屏______ 承接到像。
如图甲是某学校使用的电开水器铭牌，图乙是其电路原理图（R1、R2 都是加热电阻）。水箱装满 20℃的水后连续正常 加热 20min，水的温度由 20℃升高到 50℃．已知ρ水＝1.0×103kg/m3，c 水＝4.2×103J/（kg•℃）。求：
(1)加热过程中开关 S 应与_____（选填“a”或 “b”）接触，求出此过程水吸收的热量______；
(2)此加热过程中电开水器的消耗的电能____；
(3)R2 的阻值_____。
一载重汽车满载时质量为 7.5t，在平直公路上匀速行驶时所受阻力是汽车总重的 0.2 倍， 汽车先以 20m/s 的速度在平直公路上匀速行驶到山坡底，消耗汽油 2kg，然后又以 100kW 的功率行驶100s，将车上质量为 5t 的砂石从坡底运送到 60m 高的坡顶（g=10N/kg）， 求：
(1)2kg 的汽油完全燃烧放出多少热量？（汽油的热值取 4.5×107J/kg）
(2)汽车在平直公路上匀速行驶的功率为多少？
(3)汽车从坡底向坡顶运送砂石的效率是多少？
