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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）
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神奇的二极管
二极管是一种重要的半导体电子元件，有着广泛的应用，2014年诺贝尔物理学奖被颁发给在蓝色发光二极管上做出巨大贡献的科学家．二极管可用符号
表示，其具有单向导电性，当电流从“+”极流进二极管时，二极管导通，相当于一根导线；而电流从“—”极流入时，二极管断路，实际上不会有电流通过．发光二极管只是二极管中的一种，也具有单向导电性．与白炽灯泡相比，发光二极管具有节能、环保、安全、寿命长、低功耗、低热、高亮度、防水、微型、防震、易调光、光束集中、维护简便等优点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明等领域．
（1）二极管是由______（导体/绝缘体/半导体/超导体）材料制成，请列举出发光二极管在生活中的一个具体应用实例______；
（2）如图甲，已知电源电压为3V，则开关闭合后，灯泡L______（能/不能）发光，电压表的示数为______V；
（3）二极管单向导电性源自于构成材料 P型半导体和N型半导体组成的晶片，受此启发，科研人员利用P型半导体元件和N型半导体元件串联，接上直流电源后，半导体材料的两端会产生温度差（珀尔帖效应），制成了电脑的散热器．如图乙，在电流方向是N→P的地方吸热，而在电流方向是P→N的地方放热，则靠近电脑发热体（CPU）的是图乙中______（上方/下方）的陶瓷片．
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发光二极管的导电特性
如图1（a）是一种重要的电子元件：晶体二极管，在电路中符号如图1(b)．它是由半导体材料制成的，有两根引线，一根为正极，另一根为负极．有一种常见的二极管在导电时能发光，这种二极管叫做发光二极管,如图1(c）所示，其电路符号如图1（d）．二极管的导电性能很特殊，它只允许电流从它的正极流向负极，不允许从负极流向正极．这很像自行车气流从打气筒流向车胎．
下面通过简单的实验说明二极管的这一特殊导电性．方法是：将二极管与一个小灯泡、一个开关串联接在干电池两端，为了防止二极管被烧坏，在电路中串联一只滑动变阻器，在闭合开关前，将滑片置于阻值最大处．实验发现：①当电源反接时（如图2），无论怎么移动滑片，电流表都无示数；②当电源正接时（如图3），刚闭合开关，观察发现电流表无示数，二极管也不发光．移动滑片，发现电流表才逐渐有了示数，二极管也开始发光．
电源正接时二极管导电性能是不是与它两端的电压大小有关呢？将电压表接在c、d两根引线之间，移动滑片的位置，分别记录电压表和电流表的示数，如下表所示．
| 电压/V | 1.4 | 1.5 | 1.7 | 1.9 | 2.0 | 2.1 | 2.2 | 2.3 | 2.4 | 2.5 |
| 电流/mA | 0 | 0 | 2.0 | 4.0 | 12.0 | 22.0 | 32.0 | 42.0 | 52.0 | 60.0 |
（1）分析①和②现象，可知晶体二极管具有（填“单”或“双”）向导电的特性；
（2）根据文中实验数据，用描点法在下图坐标纸上作出这个二极管的U-I图线；
（3）实验发现当二极管两端的正向电压达到1.9V后正常工作，则从U-I图线可以看出这种二极管正常工作后的电阻与正常工作前相比（变大/变小/不变）；
（4）若电源电压为6V，当电流表示数为12.0mA时，滑动变阻器接入电路的阻值为Ω．
（5）使用发出两种色光的二极管，分别指示电动机正反两个转动方向，可以帮助操作人员及时发觉电动机转动方向是否符合需要．设计思路如下：a.接通开关，二极管甲导通，发红光，电动机正转．b.调换电池组正、负极，接通开关，二极管乙导通，发绿光，电动机反转．根据上面设计思路，请你将二极管甲填入右上图虚线框内．
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发光二极管的导电特性
如图1（a）是一种重要的电子元件：晶体二极管，在电路中符号如图1（b）．它是由半导体材料制成的，有两根引线，一根为正极，另一根为负极．有一种常见的二极管在导电时能发光，这种二极管叫做发光二极管，如图1（c）所示，其电路符号如图1（d）．二极管的导电性能很特殊，它只允许电流从它的正极流向负极，不允许从负极流向正极．这很像自行车气流从打气筒流向车胎．
下面通过简单的实验说明二极管的这一特殊导电性．方法是：将二极管与一个小灯泡、一个开关串联接在干电池两端，为了防止二极管被烧坏，在电路中串联一只滑动变阻器，在闭合开关前，将滑片置于阻值最大处．实验发现：①当电源反接时（如图2），无论怎么移动滑片，电流表都无示数；②当电源正接时（如图3），刚闭合开关，观察发现电流表无示数，二极管也不发光．移动滑片，发现电流表才逐渐有了示数，二极管也开始发光．
电源正接时二极管导电性能是不是与它两端的电压大小有关呢？将电压表接在c、d两根引线之间，移动滑片的位置，分别记录电压表和电流表的示数，如下表所示．
| 电压/V | 1.4 | 1.5 | 1.7 | 1.9 | 2.0 | 2.1 | 2.2 | 2.3 | 2.4 | 2.5 |
| 电流/mA | | | 2.0 | 4.0 | 12.0 | 22.0 | 32.0 | 42.0 | 52.0 | 60.0 |
（1）分析①和②现象，可知晶体二极管具有______（填“单”或“双”）向导电的特性；
（2）根据文中实验数据，用描点法在下图坐标纸上作出这个二极管的U-I图线；
（3）实验发现当二极管两端的正向电压达到1.9V后正常工作，则从U-I图线可以看出这种二极管正常工作后的电阻与正常工作前相比______（变大/变小/不变）；
（4）若电源电压为6V，当电流表示数为12.0mA时，滑动变阻器接入电路的阻值为______Ω．
（5）使用发出两种色光的二极管，分别指示电动机正反两个转动方向，可以帮助操作人员及时发觉电动机转动方向是否符合需要．设计思路如下：a．接通开关，二极管甲导通，发红光，电动机正转．b．调换电池组正、负极，接通开关，二极管乙导通，发绿光，电动机反转．根据上面设计思路，请你将二极管甲填入右上图虚线框内．
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（8分）阅读下面短文，回答问题：
二极管的导电特性
二极管是一种电学元件，它最重要的特性就是单向导电性。如图1所示是二极管的实物图和它的电路图符号。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。所以二极管具有的单向导电性。
（1）把二极管、小灯泡、电池、开关分别连接成如图2所示两个电路，则两个电路中的小灯泡发光的是________图（选填“甲”、“乙”）。（2分）
（2）请设计一个实验，利用二极管判断蓄电池的正负极(其他器材自选)。请在方框内
画出电路图: （2分）（用 表示蓄电池）判断方法: （4分）
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二极管的导电特性
二极管是一种电学元件，它最重要的特性就是单向导电性．如图所示是二极管的实物图和它的电路图符号．在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出．所以二极管具有的单向导电性．
（1）把二极管、小灯泡、电池、开关分别连接成如图所示两个电路，则两个电路中的小灯泡发光的是___图（选填“甲”、“乙”）．
（2）二极管是用某材料经过特殊处理制成的，该材料是（____）
A.导体 B.绝缘体 C. 半导体 D.超导体
（3）请设计一个实验，利用二极管判断蓄电池的正负极（其他器材自选）．请在如图方框内画出电路图：（用
表示蓄电池）__________
（4）判断方法：__________________________________________________。
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二极管的导电特性
二极管是一种电学元件，它最重要的特性就是单向导电性．图甲所示是二极管的实物图和它的电路图符号．在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出．下面通过简单的实脸说明二极管的单向导电性．
方法是：将二极管与一个小灯泡、一个开关串联接在干电池两端．闭合开关后，若灯泡亮，表明二极管的连接方式是图乙所示，这种连接方式相当电路中的通路状态；若灯泡不亮，表明二极管的连接方式是田21丙所示．这种连接方式相当于电路中的断路状态．这个实验很直观地说明了二极管的单向导电性．
（1）把二极管、小灯泡、电池、开关分别连接成图22所示电路，请分别说明闭合开关后甲、乙电路中的小灯泡是否发光？
（2）请设计一个实验，利用二极管判断蓄电池的正负极（没有电压表、电流表，其他器材自选）．请在虚线框内画出电路图：（用
表示蓄电池）判断方法：______．
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二极管的导电特性
二极管是一种电学元件，它最重要的特性就是单向导电性．图甲所示是二极管的实物图和它的电路图符号．在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出．下面通过简单的实脸说明二极管的单向导电性．
方法是：将二极管与一个小灯泡、一个开关串联接在干电池两端．闭合开关后，若灯泡亮，表明二极管的连接方式是图乙所示，这种连接方式相当电路中的通路状态；若灯泡不亮，表明二极管的连接方式是田21丙所示．这种连接方式相当于电路中的断路状态．这个实验很直观地说明了二极管的单向导电性．
（1）把二极管、小灯泡、电池、开关分别连接成图22所示电路，请分别说明闭合开关后甲、乙电路中的小灯泡是否发光？
（2）请设计一个实验，利用二极管判断蓄电池的正负极（没有电压表、电流表，其他器材自选）．请在虚线框内画出电路图：（用
表示蓄电池）判断方法：______．
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阅读下而短文，回答问题：
二极管的导电特性
二极管是一种电学元件，它最重要的特性就是单向导电性．图甲所示是二极管的实物图和它的电路图符号．在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出．下面通过简单的实脸说明二极管的单向导电性．
方法是：将二极管与一个小灯泡、一个开关串联接在干电池两端．闭合开关后，若灯泡亮，表明二极管的连接方式是图乙所示，这种连接方式相当电路中的通路状态；若灯泡不亮，表明二极管的连接方式是田21丙所示．这种连接方式相当于电路中的断路状态．这个实验很直观地说明了二极管的单向导电性．
（1）把二极管、小灯泡、电池、开关分别连接成图22所示电路，请分别说明闭合开关后甲、乙电路中的小灯泡是否发光？
（2）请设计一个实验，利用二极管判断蓄电池的正负极（没有电压表、电流表，其他器材自选）．请在虚线框内画出电路图：（用
表示蓄电池）判断方法：______．
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二极管的导电特性
二极管是一种电学元件，它最重要的特性就是单向导电性．图甲所示是二极管的实物图和它的电路图符号．在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出．下面通过简单的实脸说明二极管的单向导电性．
方法是：将二极管与一个小灯泡、一个开关串联接在干电池两端．闭合开关后，若灯泡亮，表明二极管的连接方式是图乙所示，这种连接方式相当电路中的通路状态；若灯泡不亮，表明二极管的连接方式是田21丙所示．这种连接方式相当于电路中的断路状态．这个实验很直观地说明了二极管的单向导电性．
（1）把二极管、小灯泡、电池、开关分别连接成图22所示电路，请分别说明闭合开关后甲、乙电路中的小灯泡是否发光？
（2）请设计一个实验，利用二极管判断蓄电池的正负极（没有电压表、电流表，其他器材自选）．请在虚线框内画出电路图：（用
表示蓄电池）判断方法：______．
表示，其具有单向导电性，当电流从“+”极流进二极管时，二极管导通，相当于一根导线；而电流从“—”极流入时，二极管断路，实际上不会有电流通过．发光二极管只是二极管中的一种，也具有单向导电性．与白炽灯泡相比，发光二极管具有节能、环保、安全、寿命长、低功耗、低热、高亮度、防水、微型、防震、易调光、光束集中、维护简便等优点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明等领域．
画出电路图: （2分）（用 表示蓄电池）判断方法: （4分）
表示蓄电池）__________