半导体和超导体
半导体是支撑着当今数字时代的基本构成部分。无论是在计算机、智能手机、电视还是其他移动设备,半导体在电子产品中扮演着核心角色。可以说,如果没有半导体,许多用于生活和工作的设备都将无法使用。
半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的一类材料。半导体在多领域有重要应用,原因在于它除了导电能力外还有许多特殊的电学性能。
半导体的导电性能会受到温度、光照、压力和掺入杂质等多种因素的影响。一些半导体在受到压力后,其电阻将发生较大的变化,利用这种特性,可以做成体积很小的力敏元件,用来测量压力的变化;一些半导体在温度升高后,它的电阻迅速减小,利用这种特性,可以做出体积很小的热敏电阻,用来测量很小范围内的温度变化,反应快、精度高。
超导体,又称为超导材料,指在某一温度下,电阻为零的导体。1911年荷兰物理学家H•卡茂林•昂内斯发现汞在温度降至零下269.9℃附近时突然进入一种新状态,其电阻小到实际上测不出来,他把汞的这一新状态称为超导态。以后又发现许多其他金属也具有超导电性。
零电阻效应是超导体的两个基本性质之一,超导体的另一个基本性质是抗磁性。如果在超导体上面放置一块永久磁铁,磁铁能够悬浮在超导体上方,实现超导体磁悬浮。
请回答下列问题:
(1)半导体的导电性能会受到
(2)为了实现城市道路路灯的自动控制,需要用到一种智能开关,使其在天黑时能自动接通照明电路,路灯可以工作,这种智能开关用到了一种半导体材料,这种半导体材料的导电性受到
(3)如果将文中描述的热敏电阻与电源(电源电压恒定)、电流表和一个定值电阻R0串联成一个电路(如图甲所示),随着温度的变化,电流表的示数也会相应变化。我们将电流表中的电流刻度盘换成相应的温度刻度盘,就能直接显示出热敏电阻附近的温度值。如果刻度盘正中的温度刻度值为20℃(如图乙所示),则25℃的刻度应在20℃的
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(4)超导体具有很大的应用前景,请你列举一个应用实例
22-23九年级上·北京·期中 查看更多[2]
更新时间:2022-12-01 18:27:01
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【推荐1】(1)新疆是中国西域璀璨的明珠,所出产的长绒棉是世界上最好的棉花,棉田基本都采用机械化采摘,采棉机上的柴油机是利用燃料燃烧释放出的 _____ (选填“内能”或“热量”)来做功的;新疆瓜果味道香甜,主要是该地区砂石较多、日照时间长,由于砂石的 _____ 较小,导致昼夜温差大,非常有利于水果中糖分的积累;
(2)2020年11月13日,中国“奋斗者”号载人潜水器潜入地球最深处的马里亚纳海沟,并实现了全球首次万米洋底的电视直播。潜水器在深海中下潜过程所受浮力_____ (选填“变大”“变小”或“不变”)。“奋斗者”号坐底后,通过海底定位技术准确的捕捉到了自己的“御用摄影师”——“沧海”号潜水器所处的位置并向它靠近,以“沧海”号为参照物,“奋斗者”号是 _____ 的;
(3)山东生产的石墨烯太阳能电池,可以将光具有的能量转换为_____ 能。在石墨烯研究领域,中国学者曹原取得重大发现:当两层平行石墨烯堆成约1.1°的角度,加入一定数量的电子时,电阻会突然变为零,产生 _____ 现象,做到这一点就有可能实现远距离无损耗的输送强电流。
(2)2020年11月13日,中国“奋斗者”号载人潜水器潜入地球最深处的马里亚纳海沟,并实现了全球首次万米洋底的电视直播。潜水器在深海中下潜过程所受浮力
(3)山东生产的石墨烯太阳能电池,可以将光具有的能量转换为
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【推荐2】如图是核电站发电和供电的流程图,请回答以下问题:
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(1)核能属于___________
A.一次能源 B.二次能源 C.可再生能源 D.不可再生能源
(2)在核电站发电过程中,下列能量转化的先后顺序为___________ 。
①内能 ②核能 ③机械能 ④电能
(3)核电站一般远离城区,可通过增大输电___________ (选填“电压”、“电流”)的方法来减少输电线上的能量损耗。未来,理想的输电线可选用___________ (选填“半导体材料”、“超导材料”、“天然橡胶”)来制造。
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【推荐1】如图,将苹果、二极管接入电路,闭合开关后发光二极管发光。
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(1)苹果电池工作时,把___________ 能转化为___________ 能;
(2)在图的“( ) ”中标出整个水果电池两端的正极和负极;
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(1)苹果电池工作时,把
(2)在图的“
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解题方法
【推荐2】如图所示是一款来自某企业制造的无人机(四轴飞行器),搭载了一台微型摄像机进行航拍,来自景物的光通过摄像机的镜头成像在感光晶片上。
(1)感光晶片能将光信号转化为电信号,它是由___________ (选填“半导体”或“超导体”)材料制成的;
(2)拍摄景物时能在感光晶片上形成景物___________ 选填“正立”或“倒立”)
缩小的实像。当无人机高度上升时,须___________ (选“增大”或“减小”)镜头与感光晶片间的距离,才能拍摄到清晰的画面;
(3)若无人机在飞行时突然发生事故,从空中坠落地面,这个过程___________ 能增大,___________ 能减小;
(4)近年来无人机的泛滥和“黑飞”盛行,也带来安全隐患和社会危害:请你举出两种安全隐患和社会危害:
①___________
②___________
(1)感光晶片能将光信号转化为电信号,它是由
(2)拍摄景物时能在感光晶片上形成景物
缩小的实像。当无人机高度上升时,须
(3)若无人机在飞行时突然发生事故,从空中坠落地面,这个过程
(4)近年来无人机的泛滥和“黑飞”盛行,也带来安全隐患和社会危害:请你举出两种安全隐患和社会危害:
①
②
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【推荐1】(Ⅰ)2021年5月15日,天问一号火星探测器所携带的“祝融号”火星车及其着陆组合体成功降落在火星北半球的乌托邦平原南部,实现中国航天历史性的突破。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/12/1/3121343358156800/3121437310779392/STEM/639b8ec54b864afba5e1806af43ee275.png?resizew=260)
(1)虽然火星大气稀薄,着陆组合体冲入火星大气层后,5千米/秒级别的速度依然导致大气冲击和摩擦产生了巨大的振动和热量,足以熔化大部分金属。通过隔热装置和多种散热手段,着陆组合体的温度依然能保持常温。图甲为着陆组合体部分着陆流程的示意图,则隔热装置应安装在_____ (填“A”或“B”)处;
(2)当着陆组合体的速度骤降到数百米/秒,巨大的降落伞在火星上空约10千米的高度打开。当速度降低到100米/秒以内,降落伞“功成身退”,着陆组合体依靠底部强大的反冲火箭工作进一步减速。随着速度进一步降低,着陆组合体进入悬停避障状态。着陆组合体悬停时(如图乙所示),反冲火箭喷气的方向为_____ ;
(3)着陆组合体总着陆时间只有9分钟左右,也被叫做“恐怖9分钟”。这是因为火星距离地球太遥远(5.5×1010~4×1011米),如果着陆组合体通过电磁波信号与地面控制中心通信,信号来回至少需要_____ 分钟;(电磁波在真空中传播速度为3×108米/秒,结果保留整数)
(Ⅱ)(1)某反恐小组的拆弹专家在拆除恐怖分子设置在飞机上的定时爆炸装置。如图一所示,为使爆炸装置停止工作,应剪断线_____ (填“a”或“b”);
(2)一位同学设计了一个风力测定仪,如图二所示,O是转动轴,OC是金属杆,下面连接着一块受风板。无风时OC是竖直的,风越强,OC杆偏转的角度越大。AB是一段圆弧形电阻,P点是金属杆与圆弧形电阻相接触的点,电路中接有一个小灯泡,测风力时,闭合开关S即可。通过分析可知:金属杆O与弧形电阻A组合在一起相当于一个_____ ,当观察到小灯泡的亮度变亮时则可以判定风力变 _____ (填“大”或“小”)。
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(1)虽然火星大气稀薄,着陆组合体冲入火星大气层后,5千米/秒级别的速度依然导致大气冲击和摩擦产生了巨大的振动和热量,足以熔化大部分金属。通过隔热装置和多种散热手段,着陆组合体的温度依然能保持常温。图甲为着陆组合体部分着陆流程的示意图,则隔热装置应安装在
(2)当着陆组合体的速度骤降到数百米/秒,巨大的降落伞在火星上空约10千米的高度打开。当速度降低到100米/秒以内,降落伞“功成身退”,着陆组合体依靠底部强大的反冲火箭工作进一步减速。随着速度进一步降低,着陆组合体进入悬停避障状态。着陆组合体悬停时(如图乙所示),反冲火箭喷气的方向为
(3)着陆组合体总着陆时间只有9分钟左右,也被叫做“恐怖9分钟”。这是因为火星距离地球太遥远(5.5×1010~4×1011米),如果着陆组合体通过电磁波信号与地面控制中心通信,信号来回至少需要
(Ⅱ)(1)某反恐小组的拆弹专家在拆除恐怖分子设置在飞机上的定时爆炸装置。如图一所示,为使爆炸装置停止工作,应剪断线
(2)一位同学设计了一个风力测定仪,如图二所示,O是转动轴,OC是金属杆,下面连接着一块受风板。无风时OC是竖直的,风越强,OC杆偏转的角度越大。AB是一段圆弧形电阻,P点是金属杆与圆弧形电阻相接触的点,电路中接有一个小灯泡,测风力时,闭合开关S即可。通过分析可知:金属杆O与弧形电阻A组合在一起相当于一个
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【推荐2】请根据材料,回答下列问题:
半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体是指一种导电性可受控制,范围可从绝缘体至导体之间的材料。
发光二极管(LED)是半导体二极管的一种,具有单向导电性。当二极管两端外加正向电压时,如果正向电压很小,正向电流也几乎为零,当正向电压大于某个值以后,二极管正向导通,电流随电压增大而迅速上升。当二极管两端外加反向电压不超过一定范围时,通过二极管的电流几乎为零,二极管处于截止状态。外加反向电压超过某一数值时,反向电流会突然增大,这种现象称为电击穿。因而使用时应避免二极管外加的反向电压过高。
PTC是一种新型的半导体陶瓷材料,它以钛酸钡为主,渗入多种物质后加工而成,目前家用的陶瓷暖风器、陶瓷电热水壶等就是用这种材料做成的。PTC有一个根据需要设定的温度,低于这个温度时,其电阻随温度的升高而减小,高于这个温度时,电阻值则随温度的升高而增大,我们把这个设定的温度叫“居里点温度”,用PTC材料制成的电热器具有发热、控温双重功能,应用十分广泛。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/1/26/2902888756764672/2945138153021440/STEM/607600b6-593c-4bff-a2d0-2cc8d7206adb.png?resizew=448)
(1)如图甲所示为某发光二极管中的电流随它两端电压变化的曲线;
①由图甲可知,有关该发光二极管以下判断中错误的是_____
A.当该二极管两端的正向电压为0.2V时,二极管处于导通状态
B.当该二极管两端的正向电压为0.8V时,二极管处于导通状态
C.当该二极管两端的反向电压为10V时,二极管处于截止状态
D.当该二极管两端的反向电压为50V时,二极管将会被击穿
②该发光二极管两端的正向电压为0.5V时的电阻_____ (选填“大于”“等于”或“小于”)正向电压为0.7V时的电阻;
(2)家用固体电热灭蚊器也使用了PTC陶瓷电热元件,该元件电阻与温度的关系如图所示;
①由图乙可知,该PTC陶瓷电热元件的居里点温度为_____ ;
②该电热灭蚊器通电后(与一保护电阻串联接入家庭电路中),在居里点温度两侧,它两端的电压_____ ;
A.先减小后增大 B.先增大后减小 C.一直不变 D.无法确定
(3)如果常温下超导实现,超导体材料的电阻是_____ ,_____ (选填“适合”或“不适合”)做导线。
半导体的应用
半导体指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。半导体是指一种导电性可受控制,范围可从绝缘体至导体之间的材料。
发光二极管(LED)是半导体二极管的一种,具有单向导电性。当二极管两端外加正向电压时,如果正向电压很小,正向电流也几乎为零,当正向电压大于某个值以后,二极管正向导通,电流随电压增大而迅速上升。当二极管两端外加反向电压不超过一定范围时,通过二极管的电流几乎为零,二极管处于截止状态。外加反向电压超过某一数值时,反向电流会突然增大,这种现象称为电击穿。因而使用时应避免二极管外加的反向电压过高。
PTC是一种新型的半导体陶瓷材料,它以钛酸钡为主,渗入多种物质后加工而成,目前家用的陶瓷暖风器、陶瓷电热水壶等就是用这种材料做成的。PTC有一个根据需要设定的温度,低于这个温度时,其电阻随温度的升高而减小,高于这个温度时,电阻值则随温度的升高而增大,我们把这个设定的温度叫“居里点温度”,用PTC材料制成的电热器具有发热、控温双重功能,应用十分广泛。
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(1)如图甲所示为某发光二极管中的电流随它两端电压变化的曲线;
①由图甲可知,有关该发光二极管以下判断中错误的是
A.当该二极管两端的正向电压为0.2V时,二极管处于导通状态
B.当该二极管两端的正向电压为0.8V时,二极管处于导通状态
C.当该二极管两端的反向电压为10V时,二极管处于截止状态
D.当该二极管两端的反向电压为50V时,二极管将会被击穿
②该发光二极管两端的正向电压为0.5V时的电阻
(2)家用固体电热灭蚊器也使用了PTC陶瓷电热元件,该元件电阻与温度的关系如图所示;
①由图乙可知,该PTC陶瓷电热元件的居里点温度为
②该电热灭蚊器通电后(与一保护电阻串联接入家庭电路中),在居里点温度两侧,它两端的电压
A.先减小后增大 B.先增大后减小 C.一直不变 D.无法确定
(3)如果常温下超导实现,超导体材料的电阻是
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解题方法
【推荐3】小金设计了一个用电压表的示数变化反映环境温度变化的电路,其电路原理图如图甲所示其中,电源电压4V(恒定不变),电压表的量程为0~3V,R0是阻值为150Ω定值电阻,Rt是热敏电阻,其电阻随环境温度变化的关系如图乙所示。闭合开关S后,试回答:
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/5/17/2981437196746752/2981518602108928/STEM/380d092a-6ca8-4882-bce6-b055d0ecc996.png?resizew=416)
(1)电压表的示数会随着环境温度的升高而______ (选填“变小”“变大”或“不变”);
(2)当环境温度为20℃时,电压表的示数是多少?______
(3)该电路允许的最高环境温度是多少?______
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(1)电压表的示数会随着环境温度的升高而
(2)当环境温度为20℃时,电压表的示数是多少?
(3)该电路允许的最高环境温度是多少?
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【推荐1】读短文,回答问题
电梯是一种用于多层建筑乘人或载物的运输工具.电梯的简易结构如图甲所示,电梯轿厢和配重分别挂在主电动机的两侧,在电梯半载时,轿厢总重和配重的重力基本相等. 满载上升时,主电动机提供动力,驱动轿厢.
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2019/5/15/2204078254956544/2207530357334016/STEM/dee8706f-06e4-43ea-b8ff-b9ac904e28c8.png)
如图乙所示,为某商业大厦安装的观光电梯,其相关参数如下表.为了安全,电梯设置了超载自动报警系统,其工作原理如图丙所示,控制电路的 电源电压U为12V,压力传感器的电阻R与所受压力F的关系 图像如图丁所示,电磁继电器阻值可忽略.当电流大于 0.2A 时,会启动警报系统,同时无论如何按压电梯控制器,门电动 机均不工作.此外,电梯需经常保养,“运行频次比ω ”是电梯养护的重要指标,ω一般用电梯每天平均待机时间与运行时间之比来表示.
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2019/5/15/2204078254956544/2207530357334016/STEM/729927f4-db9f-447b-81cd-b73b7b038b3f.png)
(1)为便于观光,电梯的外壁采用玻璃材料,主要是因为玻璃有较好的____ 性,该观光电梯配重的重力约为 ____ N.
(2)下列有关该电梯的说法中,正确的是____ .
A.主电机与钢丝绳之间的摩擦为有害摩擦
B.超载自动报警系统中电磁铁的右端为S极
C.电梯满载上行时,电动机需顺时针转动
D.报警电铃的工作原理是电磁感应
(3)乙图中,当站在上升的B电梯里的乘客看到 A 电梯在上升,则可推知 A电梯在______ 且速度 __ (大于/小于/等于)B电梯的速度.
(4)控制电路中 R0=____ Ω .若使用一段时间,电梯未满载就报警,则说明 R0 的阻值变 ____ (大/小).
(5)该商业大厦每天营业时间为 12h,设电梯均在额定功率下运行.经测算,该观光电梯平均每天耗电 72kW•h,则该观光电梯的“运行频次比”ω=____ (结果写成小数形式).
观光电梯
电梯是一种用于多层建筑乘人或载物的运输工具.电梯的简易结构如图甲所示,电梯轿厢和配重分别挂在主电动机的两侧,在电梯半载时,轿厢总重和配重的重力基本相等. 满载上升时,主电动机提供动力,驱动轿厢.
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2019/5/15/2204078254956544/2207530357334016/STEM/dee8706f-06e4-43ea-b8ff-b9ac904e28c8.png)
如图乙所示,为某商业大厦安装的观光电梯,其相关参数如下表.为了安全,电梯设置了超载自动报警系统,其工作原理如图丙所示,控制电路的 电源电压U为12V,压力传感器的电阻R与所受压力F的关系 图像如图丁所示,电磁继电器阻值可忽略.当电流大于 0.2A 时,会启动警报系统,同时无论如何按压电梯控制器,门电动 机均不工作.此外,电梯需经常保养,“运行频次比ω ”是电梯养护的重要指标,ω一般用电梯每天平均待机时间与运行时间之比来表示.
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2019/5/15/2204078254956544/2207530357334016/STEM/729927f4-db9f-447b-81cd-b73b7b038b3f.png)
(1)为便于观光,电梯的外壁采用玻璃材料,主要是因为玻璃有较好的
(2)下列有关该电梯的说法中,正确的是
A.主电机与钢丝绳之间的摩擦为有害摩擦
B.超载自动报警系统中电磁铁的右端为S极
C.电梯满载上行时,电动机需顺时针转动
D.报警电铃的工作原理是电磁感应
(3)乙图中,当站在上升的B电梯里的乘客看到 A 电梯在上升,则可推知 A电梯在
(4)控制电路中 R0=
(5)该商业大厦每天营业时间为 12h,设电梯均在额定功率下运行.经测算,该观光电梯平均每天耗电 72kW•h,则该观光电梯的“运行频次比”ω=
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解题方法
【推荐2】图甲所示为汽车倒车雷达中的距离报警器简化电路图。电源电压为12V,
为定值电阻,
为传感器的核心部件,其阻值随传感器到障碍物距离变化的关系如图乙所示。当传感器到障碍物的距离为1.5m时,报警器开始报警,此时电路中的报警电流为0.2A。
(1)传感器到障碍物的距离变小,电流表的示数______ (选填“增大”“减小”或“不变”);
(2)求
的阻值;____
(3)当传感器到障碍物的距离为1m时,求
的电功率;____
(4)保持起始报警电流不变,若要增大起始报警距离,请写出可行的做法:______ (写出一条即可)。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/be9b4a83b9aebebf29de0c4406ebf894.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/ccaeb318a276188f2b313a6c705b7fc1.png)
(1)传感器到障碍物的距离变小,电流表的示数
(2)求
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(3)当传感器到障碍物的距离为1m时,求
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/ccaeb318a276188f2b313a6c705b7fc1.png)
(4)保持起始报警电流不变,若要增大起始报警距离,请写出可行的做法:
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【推荐3】红外测温仪
红外线测温仪(如图所示)与传统的水银温度计相比,具有使用方便、非接触、可很快测出体温的优点。
在自然界中,一切温度高于绝对零度(-273.15℃)的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。红外辐射又被称为红外线,是电磁波的一种,电磁波波速c、波长λ和频率f之间的关系是
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/34e0bfdcda14bcba4e65780e918e1b74.png)
图是一款医用红外测温仪原理图。
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图中(1)为红外温度传感器它将检测到的人体辐射的红外辐射能量转换成电信号,转换后的电信号被发送到主控制CPU中进行处理。
红外传感器里有滤光片,主要截断可见光和近红外的辐射,减轻了环境光和太阳光对传感器的干扰。
图中(2)为超声波传感器,用来测量红外温度传感器到人体间的距离。
图中(3)为环境温度传感器,用来测量周围背景的环境温度,其测量结果用于超声波传播速度的精准计算,同时其测量结果也用于对红外温度进行补偿。图中(4)为主控芯片,可以很快处理大量的数据。
图中(5)为PC机,它将记录好的实验数据经过分类整理后输入到MATLAB计算科学软件中,进行BP神经网络训练,然后通过训练好的网络对采集到的红外数据进行处理,得到与真值更为接近的补偿值。最终的补偿结果将显示在LCD屏幕上。当显示温度过高或者过低时,系统发出警报,蜂鸣器报警。
请根据上述材料,回答下列问题:
(1)有人担心红外测温仪的红外线对人体有伤害。与遥控器发出红外线机理
(2)体的正常温度在36~37℃之间,放射的红外波长约9~13μm。在此区间人体放射的红外线的频率范围约为
(3)图是红外温度传感器中的部分原理示意图,其中电源两端电压保持不变,R是热敏电阻,其阻值随可测温度的升高而减小,定值电阻R0为保护电阻;被测温度较高时,显示仪的示数也会变大。关于该部分测温原理,下列分析正确的是
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A.显示仪是由电流表改装成的
B.显示仪是由电压表改装成的
C.被测温度越高,电阻R0两端的电压越小
D.被测温度越高,通过热敏电阻的电流越小
(4)测量中误差不可避免,根据文中所述,该款红外测温仪为了减小因环境干扰产生误差的措施有:
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