Question

4．阅读下面的短文．回答问题：半导体制冷

    半导体材料有P型半导体和N型半导体两种，除了可以用于各种电子元器件外，还可以用作制冷材料，甲图是一个半导体制冷单元的原理图，P型半导体和N型半导体的上端和銅片A连接，下端分别和铜片B连接后接到直流电源的两端，此时电路的电流方向是从N型半导体经A流向P型半导体，铜片A会从空气吸收热量．铜片B会向空气放出热量，反之，改变直源电源的正负极方向，使电流方向从P型半导体经A流向N型半导体，这时．铜片B会从空气吸收热量，铜片A会向空气放出热量．
    半导体中有可以自由移动的电荷．通电时，电荷移动的方向与电流方向相反．由于电荷在不同的材料中具有不同的能量，当它从高能量状态向低能量状态运动时放出热量；从低能量状态向高能量状态运动时吸收热量．
    从铜片上吸收（放出）热量的多少可用公式Q=π•I表示，其中，I为电流的大小，π称为“帕尔帖系数”，吸收热量时π为正值，放出热量π为负值，π的绝对值不变．
请回答下列问题：
（1）如甲图，若要使一个电冰箱箱内的温度下降，铜片A置于电冰箱箱内，铜片B置于电冰箱箱外（前两空选填“箱内”或“箱外”），这就是半导体电冰箱的工作原理；
（2）如甲图，电荷在P型半导体低于（选填“高于”或“低于”）N型半导体中的能量；
（3）若将甲图中电源换成交流电源，此时电冰箱不能（选填“能”或“不能”）正常制冷；
（4）给半导体制冷器提供乙图所示交流电，当电流为正值时，表示电流方向与甲图直流电方向相同，当电流为负值时，表示电流方向与乙图直流电方向相反，在丙图上作出铜片B处的Q-t图象．

Answer 1

分析 （1）要解答此题需掌握半导体二极管的特点单向通电性，加以运用．通电后有一面是吸热（制冷），一面是散热（将吸的热量散掉）；
（2）根据电荷在不同的材料中具有不同的能量，当它从高能量状态向低能量状态运动时放出热量；从低能量状态向高能量状态运动时吸收热量可结合图甲做出判断；
（3）由于交流电源电压较大，且电流方向不断变化，不能直接使用；
（4）根据乙图判断出电流方向，根据电流方向与直流电方向相同或相反，判断出热量的变化情况，作出Q-t图象．

解答 解：（1）由短文提供的信息可知，电路的电路流方向是从N型半导体铜片A流向P型半导体，铜片A会从空气吸收热量，应置于冰箱的箱内，从冰箱内吸收热量，使电冰箱箱内的温度下降；铜片B会向空气放出热量，应置于冰箱的箱外；铜片B会向空气放出热量，应置于冰箱箱外，把从箱内吸收的热量散发掉，达到制冷的目的；
（2）电荷在不同的材料中具有不同的能量，电荷从P流向N，此时吸收热量，而电荷从低能量状态向高能量状态运动时吸收热量，所以电荷在P型半导体低于N型半导体中的能量．
（3）交流电源的电流方向是变化的，这样吸热和放热的状态就会不断改变，不能使吸热的部分恒定保持吸热状态，不能使放热的地方恒定保持放热状态．
（4）观察图乙可知，当电流为正值时，表示电流方向与乙图直流电方向相同，电流为负值时，表示电流方向与乙图直流方向相同相反，在丙图上作出铜片B处的Q-t图象如图所示：

故答案为：（1）箱内；箱外； （2）低于；（3）不能；（4）见上图．

点评 本题以冰箱为载体，考查了半导体的特点以及冰箱的工作原理，考查了学生解决实际问题的能力．能够从短文中获取对解题有用的信息是解题的关键．