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4　跨学科实践:半导体与光伏发电
A基础达标　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.(2024菏泽曹县期中)LED灯是一种新型的高效节能光源,它的核心元件是发光二极管。二极管由下列哪种材料制成(C)
A.陶瓷材料 B.金属材料
C.半导体材料 D.超导材料
2.如图所示的太阳能家用庭院灯。在白天,光伏板利用太阳能给锂电池充电,晚上锂电池可供电灯发光。利用太阳能给锂电池充电时,锂电池相当于电路中的(B)
A.电源 B.用电器
C.开关 D.导线
3.太阳能电池的光伏板是由非晶态硅制成的,它能把太阳能直接转化为电能,其主要材料是(D)
A.磁性材料 B.纳米材料
C.超导体 D.半导体
4.空间站是一种在近地轨道长时间运行,可供多名航天员在其中生活、工作和巡访的载人航天器。空间站上的太阳能电池板能把太阳能转换为电能,它在空间站电路中的作用相当于(C)
A.导线 B.用电器
C.电源 D.开关
5.(2024泸州模拟)小亮给学校劳动实践基地的蔬菜大棚设计了一个智能感应灯的电路图,如图所示,电源电压恒定,R为光敏电阻(一种半导体材料的电阻,阻值随光照强度的减小而减小),L为感应灯泡(灯泡电阻不变)。当蔬菜大棚内光强变弱时,下列有关分析正确的是(A)
A.电流表示数变大,感应灯泡变亮
B.光敏电阻R两端的电压保持不变
C.整个电路消耗的总功率逐渐变小
D.电压表示数与电流表示数的比值会变小
6.(2025绵阳梓潼县期末)如图所示的电路中,电源电压保持不变,R是定值电阻,R1是由半导体材料制成的热敏电阻,其阻值R1随温度t的增大而减小。用R1探测某处温度变化,则下列结论中正确的是(C)
A.温度升高时,电压表示数增大
B.温度升高时,电流表示数减小
C.温度降低时,电压表与电流表示数之比变大
D.温度降低时,电阻R在相同时间内产生的热量增多
7.(2024凉山)如图所示是我国自主研发的一款高性能处理器,其具有强大的计算能力和低功耗性能。该处理器的成功研制将有助于提升我国在计算机硬件领域的自主创新能力,打破国外技术垄断,推动国内芯片产业的发展。制作该芯片需要　半导体　(选填“半导体”或“超导体”)材料,该处理器正常工作时,相当于电路中的　用电器　(选填“电源”或“用电器”)。
8.太阳能电池组件是光伏发电系统的核心部分,若要长距离输送电能,则需要较高的输出电压,因此,太阳能光伏电池板要以　串联　(选填“串联”或“并联”)的方式连接。
9.2024年上半年全国光伏新增并网1.02亿千瓦,同比增长31%,光伏工作时的能量转化是　太阳能转化为电能　。2024年上半年,全国新增光伏工作10小时可以提供　1.02×109　度电。为了提高光伏发电,请你提出一条合理的建议:　光伏面板可旋转　。
10.如图是太阳能路灯的简化电路,光控开关S白天与触点a接触,太阳能电池板为蓄电池充电,晚上与触点b接触,给路灯供电。太阳能电池板在晴天时每天可接收太阳能8 kW·h,能使“24 V　15 W”的路灯正常工作6天(路灯平均每天工作8 h)。该路灯正常工作一天消耗的电能是　0.12　kW·h;太阳能电池板把光能转化为电能的转化效率是　9%　。
B能力提升　
11.用太阳能电池(SC)和光敏电阻(LDR)组成的电路如图,在光照时,随着光照强度的增大,电压表示数会明显增大,而LDR的阻值会急剧减小到几百欧,先在黑暗环境中闭合开关,再开灯时(C)
A.可能导致短路 B.LDR阻值增大
C.LDR功率增大 D.电流表示数不变
12.(2024内江模拟)半导体制冷技术是用于电脑元件散热的前沿科技。如图所示是半导体制冷的原理图,图中标有“N”和“P”字样的材料分别叫作N型半导体和P型半导体。把N型半导体元件和P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,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　A　(选填“ A”或“B”)陶瓷片。
13.2024年11月28日,福建省首个海上光伏项目在太姥山水域完成首块光伏板安装。海上光伏电站建成后预计在1 s内能提供的电能约为1.26×108 J。则:
(1)建成后光伏电站的发电功率是多少瓦
(2)若该光伏电站1 s内提供的电能全部被水吸收,能使1 000 kg常温的水温度升高多少度 [c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
(3)该光伏发电站预计1年内提供的电能约为1.08×1015 J,若这些电能改由火力发电机来提供,且火力发电机工作时煤炭燃烧产生的热量约有20%转化为电能,需要完全燃烧煤炭多少千克 (煤炭的热值q约为3.0×107 J/kg)
解析:(1)光伏电站的发电功率P===1.26×108 W。
(2)光伏电站1 s内提供的电能全部被水吸收,即Q=W=1.26×108 J;
由Q=cmΔt可得,水升高的温度Δt===30 ℃。
(3)由η=可得,煤炭完全燃烧放出的热量Q放===5.4×1015 J;
由Q放=mq可得,完全燃烧煤炭的质量m煤===1.8×108 kg。
答案:(1)1.26×108 W　(2)30 ℃　
(3)1.8×108 kg
C拔高培优　
14.　科学思维　 (2025成都金牛区期末)为节能减排,我国的照明灯逐步由白炽灯替换为LED灯,如图甲所示为某款家用LED吸顶灯。LED即发光二极管,具有光效高、寿命长、无闪烁等优点,图乙是发光二极管的元件实物及符号。LED有单向导电性,当电流从它的正极流入时,处于通路状态,反之处于开路状态。
(1)制造发光二极管比制造白炽灯需要多使用到的材料种类是　半导体　材料。
(2)把吸顶灯中一颗发光二极管接入图丙电路,调节变阻器滑片,记录多组电压、电流数据,描绘出如图丁所示的IU图像。分析图丙、图丁,下列判断正确的是　C　。
A.二极管的电阻随两端电压的增大而增大
B.二极管的电功率随两端电压的增大而减小
C.图丙中闭合S,滑片P左移,电压表示数增大
D.图丙中对调电源正负极再闭合S,电压表示数为零
(3)图甲中的LED吸顶灯,其电路主要由48颗额定电流为0.2 A的发光二极管和驱动器组成。驱动器可视为电源,输出电压可以变化,其输出电流恒定。吸顶灯配置的驱动器参数如表所示。为确保LED灯正常照明,分析图丁、表,可知48颗发光二极管应　串　联连接。
输入电压 220 V
输出电压 100～170 V
输出电流 200 mA
驱动效率 90%
(4)表中,驱动效率指其输出功率和输入功率的比值。则图甲中的LED吸顶灯的额定输入功率为　32　W。 4　跨学科实践:半导体与光伏发电
A基础达标　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.(2024菏泽曹县期中)LED灯是一种新型的高效节能光源,它的核心元件是发光二极管。二极管由下列哪种材料制成( )
A.陶瓷材料 B.金属材料
C.半导体材料 D.超导材料
2.如图所示的太阳能家用庭院灯。在白天,光伏板利用太阳能给锂电池充电,晚上锂电池可供电灯发光。利用太阳能给锂电池充电时,锂电池相当于电路中的( )
A.电源 B.用电器
C.开关 D.导线
3.太阳能电池的光伏板是由非晶态硅制成的,它能把太阳能直接转化为电能,其主要材料是( )
A.磁性材料 B.纳米材料
C.超导体 D.半导体
4.空间站是一种在近地轨道长时间运行,可供多名航天员在其中生活、工作和巡访的载人航天器。空间站上的太阳能电池板能把太阳能转换为电能,它在空间站电路中的作用相当于( )
A.导线 B.用电器
C.电源 D.开关
5.(2024泸州模拟)小亮给学校劳动实践基地的蔬菜大棚设计了一个智能感应灯的电路图,如图所示,电源电压恒定,R为光敏电阻(一种半导体材料的电阻,阻值随光照强度的减小而减小),L为感应灯泡(灯泡电阻不变)。当蔬菜大棚内光强变弱时,下列有关分析正确的是( )
A.电流表示数变大,感应灯泡变亮
B.光敏电阻R两端的电压保持不变
C.整个电路消耗的总功率逐渐变小
D.电压表示数与电流表示数的比值会变小
6.(2025绵阳梓潼县期末)如图所示的电路中,电源电压保持不变,R是定值电阻,R1是由半导体材料制成的热敏电阻,其阻值R1随温度t的增大而减小。用R1探测某处温度变化,则下列结论中正确的是( )
A.温度升高时,电压表示数增大
B.温度升高时,电流表示数减小
C.温度降低时,电压表与电流表示数之比变大
D.温度降低时,电阻R在相同时间内产生的热量增多
7.(2024凉山)如图所示是我国自主研发的一款高性能处理器,其具有强大的计算能力和低功耗性能。该处理器的成功研制将有助于提升我国在计算机硬件领域的自主创新能力,打破国外技术垄断,推动国内芯片产业的发展。制作该芯片需要 (选填“半导体”或“超导体”)材料,该处理器正常工作时,相当于电路中的 (选填“电源”或“用电器”)。
8.太阳能电池组件是光伏发电系统的核心部分,若要长距离输送电能,则需要较高的输出电压,因此,太阳能光伏电池板要以 (选填“串联”或“并联”)的方式连接。
9.2024年上半年全国光伏新增并网1.02亿千瓦,同比增长31%,光伏工作时的能量转化是 。2024年上半年,全国新增光伏工作10小时可以提供 度电。为了提高光伏发电,请你提出一条合理的建议: 。
10.如图是太阳能路灯的简化电路,光控开关S白天与触点a接触,太阳能电池板为蓄电池充电,晚上与触点b接触,给路灯供电。太阳能电池板在晴天时每天可接收太阳能8 kW·h,能使“24 V　15 W”的路灯正常工作6天(路灯平均每天工作8 h)。该路灯正常工作一天消耗的电能是 kW·h;太阳能电池板把光能转化为电能的转化效率是 。
B能力提升　
11.用太阳能电池(SC)和光敏电阻(LDR)组成的电路如图,在光照时,随着光照强度的增大,电压表示数会明显增大,而LDR的阻值会急剧减小到几百欧,先在黑暗环境中闭合开关,再开灯时( )
A.可能导致短路 B.LDR阻值增大
C.LDR功率增大 D.电流表示数不变
12.(2024内江模拟)半导体制冷技术是用于电脑元件散热的前沿科技。如图所示是半导体制冷的原理图,图中标有“N”和“P”字样的材料分别叫作N型半导体和P型半导体。把N型半导体元件和P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,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 (选填“ A”或“B”)陶瓷片。
13.2024年11月28日,福建省首个海上光伏项目在太姥山水域完成首块光伏板安装。海上光伏电站建成后预计在1 s内能提供的电能约为1.26×108 J。则:
(1)建成后光伏电站的发电功率是多少瓦
(2)若该光伏电站1 s内提供的电能全部被水吸收,能使1 000 kg常温的水温度升高多少度 [c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
(3)该光伏发电站预计1年内提供的电能约为1.08×1015 J,若这些电能改由火力发电机来提供,且火力发电机工作时煤炭燃烧产生的热量约有20%转化为电能,需要完全燃烧煤炭多少千克 (煤炭的热值q约为3.0×107 J/kg)
C拔高培优　
14.　科学思维　 (2025成都金牛区期末)为节能减排,我国的照明灯逐步由白炽灯替换为LED灯,如图甲所示为某款家用LED吸顶灯。LED即发光二极管,具有光效高、寿命长、无闪烁等优点,图乙是发光二极管的元件实物及符号。LED有单向导电性,当电流从它的正极流入时,处于通路状态,反之处于开路状态。
(1)制造发光二极管比制造白炽灯需要多使用到的材料种类是 材料。
(2)把吸顶灯中一颗发光二极管接入图丙电路,调节变阻器滑片,记录多组电压、电流数据,描绘出如图丁所示的IU图像。分析图丙、图丁,下列判断正确的是 。
A.二极管的电阻随两端电压的增大而增大
B.二极管的电功率随两端电压的增大而减小
C.图丙中闭合S,滑片P左移,电压表示数增大
D.图丙中对调电源正负极再闭合S,电压表示数为零
(3)图甲中的LED吸顶灯,其电路主要由48颗额定电流为0.2 A的发光二极管和驱动器组成。驱动器可视为电源,输出电压可以变化,其输出电流恒定。吸顶灯配置的驱动器参数如表所示。为确保LED灯正常照明,分析图丁、表,可知48颗发光二极管应 联连接。
输入电压 220 V
输出电压 100～170 V
输出电流 200 mA
驱动效率 90%
(4)表中,驱动效率指其输出功率和输入功率的比值。则图甲中的LED吸顶灯的额定输入功率为 W。

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