《超导体与半导体》

在 2020年10月 14 日，罗彻斯特大学在《自然》发表其研究人员首次在高达15℃的温度下，观察到常温超导现象。但这次研究人员创造的常温超导材料，也存在严重的限制，他们观察到的超导现象，是在 2670亿帕的压强条件下实现的，这是和地心处压强相当的超高压条件。如果把超导现象应用于实际，会给人类带来很大的好处。在发电厂发电、输送电能等方面若能采用超导材料，就可以大大降低由于电阻引起的电能损耗。如果用超导材料来制造电子元件，由于没有电阻，电流通过电子元件时不会发热，不必考虑散热的问题，元件尺寸可以大大缩小，进一步实现电子设备的微型化。

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。二极管符号为“”，它具有特殊的导电性，当电流从正极流进二极管时，二极管导通，相当于一根导线；而电流从负极流入时，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，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）超导材料达到一定条件时，其电阻就能降到{#blank#}1{#/blank#}Ω；当电流通过超导体时，超导体两端电压为{#blank#}2{#/blank#}V。

（2）在低于-268.8℃的环境中的汞的内能{#blank#}3{#/blank#}（选填“是”或“不是”）为零。

（3）设想一下，如果“常温常压超导”进入工业化，为了节能，超导材料{#blank#}4{#/blank#}（选填“可以”或“不可以”）用于制造电热水壶，原因是{#blank#}5{#/blank#}。

（4）小明学习半导体的知识后，设计出如下图所示的电路，闭合开关S₁ ， 能发光的灯泡是{#blank#}6{#/blank#}，此时电路为 {#blank#}7{#/blank#}（选填“串联”或“并联”）电路；现将电源正负极对调再接回原位置，再闭合开关S₁ ， 此时电路为 {#blank#}8{#/blank#}（选填“串联”或“并联”）电路。

第四代电光源——LED光源

如图甲是时下较为流行的LED手电筒和LED吸顶灯，它的主要部分是高亮度白色发光二极管，这种发光二极管主要由硅、砷等半导体材料制成，具有光效高、耗电少，寿命长、易控制、免维护、安全环保等优点，是继白炽灯、卤素灯和节能荧光灯后新兴的第四代电光源，是极具发展前途的新光源。LED的发光原理与白炽灯先发热后发光的原理截然不同，是直接把电能转换成光能的器件，因而其发光效率较高，是新一代固体冷光源，将逐步取代传统光源，图乙是LED的元件实物及符号。由于二极管具有单向导电性，使用时必须将它的正极与电源正极相连，二极管才能处于导通状态，否则处于截止状态，利用图丙所示电路可以研究发光二极管的工作特性：把一个正常工作时电压为3V的LED接入电源电压恒为3.25V的电路，闭合开关S，LED即处于导通状态，调节变阻器滑片，改变LED两端的电压和电路中电流，记录多组电压、电流数据，可以得到电压表与电流表示数关系，如丁所示。回答下列问题：

（1）LED灯主要由{#blank#}1{#/blank#}（导体/半导体/超导体）材料制成；它之所以节能，被称为冷光源，是因为它消耗相同电能时产生的内能较白炽灯{#blank#}2{#/blank#}（多/少）；

（2）如图戊是白炽灯与LED灯正常工作时，将电能转化为光能和内能的比例饼状图，LED灯的发光效率为{#blank#}3{#/blank#}；

（3）在图丙中，闭合S，调节滑动变阻器，使LED正常发光；断开S，改变LED的正负极后再闭合S，LED{#blank#}4{#/blank#}（能/不能）发光；此时电压表的示数为{#blank#}5{#/blank#}V，电流表的示数为{#blank#}6{#/blank#}A。