Question

12．材料一、閱讀下面的短文，回答問題
半導(dǎo)體制冷
半導(dǎo)體材料有P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體兩種，除了可以用于各種電子元器件外，還可以用作制冷材料，如題22圖是一個半導(dǎo)體制冷單元的原理圖，P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的上端和銅片A連接，下端分別和銅片B連接后接到直流電源的兩端，此時電路的電流方向是從N型半導(dǎo)體經(jīng)A流向P型半導(dǎo)體，銅片A會從空氣吸收熱量，銅片B會向空氣放出熱量，反之，改變直流電源的正負(fù)極方向，使電流方向從P型半導(dǎo)體經(jīng)A流向N型半導(dǎo)體，這時，銅片A會從空氣放出熱量，銅片B會向空氣吸收熱量，由于單個制冷單元制冷量很小，為了滿足實際需要，需要多個制冷單元同時工作．請回答下列問題：
（1）常用來做半導(dǎo)體材料的有硅，如圖1，若要使一個電冰箱箱內(nèi)的溫度下降，銅片A置于電冰箱箱內(nèi)，銅片B置于電冰箱箱外（前兩空選填“箱內(nèi)”、“箱外”），這就是半導(dǎo)體電冰箱的工作原理，若將圖1中電源換成交流電源，此時電冰箱能否正常制冷？
答：不能
（2）若將圖1中P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體位置互換，其他條件不變，則銅片A上表面空氣溫度將上升．若將圖中電源正負(fù)極互換，其他條件不變，則銅片B表面空氣的溫度將下降．
材料二、建設(shè)中的港珠澳大橋由橋梁和海底隧道組成，隧道由一節(jié)一節(jié)用鋼筋混凝土做成的空心沉管連接而成，如圖2所示，建造隧道時，先將沉管兩端密封，如同一個巨大的長方體空心箱子，然后讓其漂浮在海面上，再用船將密封沉管拖到預(yù)定海面上，向其內(nèi)部灌水使之沉入海底．
設(shè)某一節(jié)密封長方形沉管的長、寬、高分別是180m，35m，10m，總質(zhì)量為6×10⁷kg（海水密度取1.0×10³kg/m³，g取10N/kg）
（1）漂浮在海面上的密封沉管，在水面受到的浮力方向是豎直向上，在灌水前受到的浮力F_浮=6×10⁸ N
（2）在對密封沉管灌水使其下沉過程中，密封沉管浮力大小將增大，其下表面受到海水的壓強大小將增大；當(dāng)密封沉管上表面剛好水平浸沒在海水中時，密封沉管浮力大小將不變，注入的海水至少為3×10⁶kg，此時其下表面受到海水的壓力等于6.3×10⁸N．
（3）當(dāng)密封沉管灌水下沉到海底后，將其下半部分埋入海底的泥沙中，再將灌入其中的海水全部抽出，此時空心密封沉管不會再上浮，請用浮力的知識來解釋其原因．
答下表面不受海水的壓力，根據(jù)浮力的產(chǎn)生原因，沉管不再受海水的浮力．

Answer 1

分析 材料一：（1）要解答此題需掌握半導(dǎo)體二極管的特點單向通電性，加以運用．通電后有一面是吸熱（制冷），一面是散熱（將吸的熱量散掉）．由于交流電源電壓較大，且電流方向不斷變化，不能直接使用．
（2）將圖中P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體位置互換，這時電流方向從P型半導(dǎo)體銅片A流向N型半導(dǎo)體，這時銅片A會向空氣釋放熱量，銅片B會從空氣吸收熱量；若將圖中電源正負(fù)極互換，其他條件不變，電流方向從P型半導(dǎo)體銅片A流向N型半導(dǎo)體，這時銅片A會向空氣釋放熱量，銅片B會從空氣吸收熱量．
材料二：（1）密封沉管灌水前漂浮，根據(jù)漂浮條件F_浮=G計算出浮力；
（2）F_浮=ρgV_排判斷浮力的大小變化；根據(jù)p=ρgh，液體內(nèi)部的壓強隨深度的增大而增大；沉管上表面剛好水平浸沒在海水中，處于懸浮，根據(jù)F_浮=G_總，計算海水的重力和質(zhì)量；根據(jù)浮力產(chǎn)生的原因，下表面受海水的壓力即浮力；
（3）根據(jù)浮力的產(chǎn)生原因解答．

解答 解：材料一：
（1）常用來做半導(dǎo)體材料的有硅；
由短文提供的信息可知，①電路的電路流方向是從N型半導(dǎo)體銅片A流向P型半導(dǎo)體，銅片A會從空氣吸收熱量，應(yīng)置于冰箱的箱內(nèi)，從冰箱內(nèi)吸收熱量，使電冰箱箱內(nèi)的溫度下降；銅片B會向空氣放出熱量，應(yīng)置于冰箱的箱外；②銅片B會向空氣放出熱量，應(yīng)置于冰箱箱外，把從箱內(nèi)吸收的熱量散發(fā)掉，達到制冷的目的；③交流電源的電流方向是變化的，這樣吸熱和放熱的狀態(tài)就會不斷改變，不能使吸熱的部分恒定保持吸熱狀態(tài)，不能使放熱的地方恒定保持放熱狀態(tài)．
（2）①將圖中P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體位置互換，這時電流方向從P型半導(dǎo)體銅片A流向N型半導(dǎo)體，這時銅片A會向空氣釋放熱量，使得銅片A上表面空氣的溫度上升；②若將圖中電源正負(fù)極互換，其他條件不變，電流方向從P型半導(dǎo)體銅片A流向N型半導(dǎo)體，這時銅片A會向空氣釋放熱量，銅片B會從空氣吸收熱量，銅片B表面空氣的熱量由于被吸收而下降．
材料二：
（1）漂浮在海面上的密封沉管，在水面受到的浮力方向是豎直向上的；
沉管灌水前漂浮，F(xiàn)_浮=G=mg=6×10⁷kg×10N/kg=6×10⁸N；
（2）①根據(jù)F_浮=ρgV_排可知，在對密封沉管灌水使其下沉過程中，密封沉管排開水的體積變大，所受浮力變大；
②根據(jù)p=ρgh，液體內(nèi)部的壓強隨深度的增大而增大，密封沉管灌水使其下沉過程中，其下表面受到海水的壓強將變大；
③根據(jù)F_浮=ρgV_排可知，當(dāng)密封沉管上表面剛好水平浸沒在海水中時，密封沉管排開水的體積不變，所受浮力大小將不變；
④沉管浸沒水中，受到的浮力為：
${F}_{浮}^{′}$=ρgV=1.0×10³kg/m³×10N/kg×（180m×35m×10m）=6.3×10⁸N，
體積不變，浮力大小不變，處于懸浮狀態(tài)，
F_浮=G_總=G_管+G_水，
G_水=F_浮-G_管=6.3×10⁸N-6×10⁸N=3×10⁷N，
m=$\frac{G}{g}$=$\frac{3×1{0}^{7}N}{10N/kg}$=3×10⁶kg；
⑤浸沒在水中的物體受到的浮力等于上下表面的壓力差，沉管下表面受到海水的壓力F_下=6.3×10⁸N；
（3）沉管下半部分埋入海底的泥沙中，下表面不受海水的壓力，根據(jù)浮力的產(chǎn)生原因，沉管不再受海水的浮力，此時空心密封沉管不會再上�。�
故答案為：材料一：（1）硅；箱內(nèi)；箱外； 不能；
（2）上升；下降．
材料二：（1）豎直向上；6×10⁸；
（2）增大；增大；不變；3×10⁶；6.3×10⁸；
（3）下表面不受海水的壓力，根據(jù)浮力的產(chǎn)生原因，沉管不再受海水的浮力．

點評 （1）本題以冰箱為載體，考查了半導(dǎo)體的特點以及冰箱的工作原理，考查了學(xué)生解決實際問題的能力．能夠從短文中獲取對解題有用的信息是解題的關(guān)鍵．
（2）本題綜合考查了浮力的產(chǎn)生原因、浮力的計算，理解和熟記浮沉條件和阿基米德原理是解題的關(guān)鍵．