半導(dǎo)體如何實(shí)現(xiàn)運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理

2020 年我國(guó)將在全球首發(fā) 5nm 手機(jī)芯片，芯片基本元件之半導(dǎo)體二極 管主要由 P 型半導(dǎo)體、N 型半導(dǎo)體、接線端、外殼組成，其結(jié)構(gòu)和電路符 號(hào)分別如圖甲、乙所示。當(dāng)一定的電流從正接線端流入，二極管呈現(xiàn)良好的導(dǎo)電性，當(dāng)電流從負(fù)接線端流入，二極管呈現(xiàn)高電阻特性。

N 型半導(dǎo)體內(nèi)含有容易形成電流的自由電子，而 P 型半導(dǎo)體內(nèi)雖然沒(méi)有自 由電子，但含有可讓電子停留和經(jīng)過(guò)的位置（空穴）。未接通電路時(shí)，最靠近半導(dǎo)體交界面處一排的電子向 P 區(qū)擴(kuò)散占據(jù)空穴，使 P 區(qū)交界面處帶負(fù)電，N 區(qū)一側(cè)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(xù)擴(kuò)散。

半導(dǎo)體與電源相連后，電源負(fù)極將發(fā)出大量電子聚集在與之相連的一端，電壓增大到一定值時(shí)且電子移動(dòng)方向與電子擴(kuò)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(dǎo)體呈現(xiàn)的電 阻很大。多個(gè)半導(dǎo)體的組合，是構(gòu)成芯片的基礎(chǔ)元件。它們可實(shí)現(xiàn)運(yùn)算及數(shù)據(jù)處理。 發(fā)光二極管（LED）是一種能夠發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件，其顯著的特點(diǎn)就是具有單向?qū)щ娦�。其電路符�?hào)如也用圖乙所示，用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得某型號(hào)發(fā)光二極管兩端的電壓 U 和通過(guò)它的電流 I 的數(shù)據(jù)如 表所示：

(1)半導(dǎo)體二極管內(nèi)，當(dāng)電流從 P 到 N 時(shí)，二極管電阻_____（較小/較大）。

(2)通路時(shí)，二極管輸出信號(hào)值 Uk=1，斷路時(shí)，輸出信號(hào)值 Uk=0，在下圖所示的電路中，a、b 兩點(diǎn) 信號(hào)值隨時(shí)間的變化關(guān)系如下圖中 A、B 所示，請(qǐng)?jiān)?/span> C 圖坐標(biāo)系中，畫(huà)出電路 c處信號(hào)值隨時(shí)間變化的關(guān)系畫(huà)線。

（______）

(3)關(guān)于半導(dǎo)體二極管，下列說(shuō)法正確的是_____。

A電流從正接線端流入，一定會(huì)形成通路

B電子移動(dòng)方向：電源→P 型半導(dǎo)體→N 型半導(dǎo)體

C半導(dǎo)體二極管的電阻與其兩端的電壓有關(guān)

D當(dāng)電流從負(fù)接線端流入時(shí)，交界面帶電子處電阻變小

(4)請(qǐng)?jiān)趫D丁的坐標(biāo)紙上用描點(diǎn)法畫(huà)出該型號(hào)發(fā)光二極管的伏安特性曲線。

（______）

(5)若該型號(hào)發(fā)光二極管的最佳工作電壓為 2.5V，現(xiàn)用 5V 的穩(wěn)壓電源供電，則需要在電路中串聯(lián) 一個(gè)電阻R才能使其處于最佳工作狀態(tài)，請(qǐng)根據(jù)所畫(huà)出的該型號(hào)二極管的伏安特性曲線進(jìn)行分析，串聯(lián)的電阻R的阻值為_____Ω。（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）

(1)如圖甲是小明連接的實(shí)物電路，圖中有一根導(dǎo)線連接錯(cuò)誤，請(qǐng)你在連接錯(cuò)誤的導(dǎo)線上打“×”并補(bǔ)畫(huà)出正確的連線。

（___________）

(2)閉合開(kāi)關(guān)前，滑動(dòng)變阻器滑片P應(yīng)處于最_____端（選填“左”或“右”）。

(3)接著閉合開(kāi)關(guān)，兩電表均無(wú)示數(shù)�，F(xiàn)將電壓表接在變阻器兩端時(shí)無(wú)示數(shù)，接在開(kāi)關(guān)兩端時(shí)有示數(shù)，則電路故障是_____。

A電阻斷路 B 電流表斷路 C 滑動(dòng)變阻器短路 D開(kāi)關(guān)斷路

(4)排除故障后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，當(dāng)10Ω電阻換成 15Ω的電阻后，應(yīng)把變阻器滑片P向______（選填“左”或“右”）端移動(dòng)，移動(dòng)滑片時(shí)要觀察________（選填“電流表”或“電壓表”）才能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/span>

(5)通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(jié)論：_____。

(6)由圖像知，當(dāng)接入 l5Ω的電阻后，在讀取電流時(shí)滑動(dòng)變阻器的電阻為_____Ω。為了使實(shí)驗(yàn)?zāi)茼樌�進(jìn)行，該同學(xué)不可使用的定值電阻有_____。（寫(xiě)出電阻值，多寫(xiě)少寫(xiě)不給分）

(1)小球進(jìn)入水平面時(shí)的動(dòng)能是由______ 轉(zhuǎn)化來(lái)的。實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)______來(lái)比較動(dòng)能大小。

(2)根據(jù)甲圖和乙圖所示實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論，可以用來(lái)解釋汽車(chē)______（選填 “超載”或“超速”）帶來(lái)的安全隱患。

(3)小球撞擊木塊的過(guò)程中，對(duì)木塊______ （選填“做功”或“不做功”），木塊最終會(huì)停下來(lái)的主要原因是______。

(4)根據(jù)乙圖和丙圖所示實(shí)驗(yàn)，______（選填“能”或“不能”）比較出 a、b 兩個(gè)小球哪個(gè)到達(dá)水平面時(shí)動(dòng)能更大。

(1)小明通過(guò)物理知識(shí)的學(xué)習(xí)，知道放大鏡就是凸透鏡。在活動(dòng)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(yuǎn)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(guān)。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(dòng)光屏進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)物體到凸透鏡的距離越長(zhǎng)，光屏上像的大小就越______。實(shí)驗(yàn)中當(dāng)光屏上成清晰像時(shí)，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(yuǎn)離”）凸透鏡的方向移動(dòng)。

(3)小明根據(jù)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)繪制了物距 u 和像距 v 之間關(guān)系的圖象，如圖 4 所示。由圖象可知，該凸透鏡的焦距是______cm；當(dāng)把物體放到距凸透鏡 8cm 處時(shí)，移動(dòng)光屏______承接到像（選填“能”或“不能”，下同），再把光屏放在蠟燭左側(cè)，移動(dòng)光屏______ 承接到像。

(1)加熱過(guò)程中開(kāi)關(guān) S 應(yīng)與_____（選填“a”或 “b”）接觸，求出此過(guò)程水吸收的熱量______；

(2)此加熱過(guò)程中電開(kāi)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(chē)在平直公路上勻速行駛的功率為多少？

(3)汽車(chē)從坡底向坡頂運(yùn)送砂石的效率是多少？

(1)為了得到質(zhì)量相同的水和煤油，在實(shí)驗(yàn)室里通常使用的測(cè)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(duì)________（“水””或“煤油”）加熱的時(shí)間更長(zhǎng)。

(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，小明作出了水和煤油的溫度隨時(shí)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(guó)第二艘航空母艦己于 2018 年 5 月 13 日開(kāi)始出海試航，將來(lái)可增加我國(guó)海軍實(shí)力。如 圖所示，遼寧號(hào)航空母艦處于訓(xùn)練過(guò)程中，艦載飛機(jī)飛離航母，與飛離前相比，母艦會(huì)_________ （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(qiáng)__________（填“變大”、“變小”或“不變”）。艦載機(jī)起飛時(shí)，機(jī)翼上表面空氣流動(dòng)速度___________（選填“大于”、“小 于”或 “等于” ） 下表面空氣流動(dòng)速度。