6.4　跨学科实践半导体与光伏发电 2025-2026学年教科版物理九年级上册

第6章　电功率 4　跨学科实践半导体与光伏发电 目 录 01 新知梳理 02 当堂演练 1. 半导体是导电性能介于 　导体　和 　绝缘体　之间的一些材料，如 　锗　、 　硅　、 　砷化镓　等。 2. 纯度很高的半导体材料，电阻 　很大　。但如果在半导体材料中掺入微量的其他元素，它们的 　导电　能力就会显著提高。科学家通过控制掺入元素的种类，研制出了 　N　型半导体和 　P　型半导体，两种类型的半导体以不同的方式结合，能制成 　二极管　、 　三极管　等各种半导体元器件。 导体　 绝缘体　 锗　 硅　 砷化镓　 很大　 导电　 N　 P　 二极管　 三极管　 3. 半导体广泛应用于多个重要技术领域，如 　集成电路　、 　通信设备　、 　光伏发电　、 　激光与照明　、大功率电源转换等。人们还利用半导体的一些特性，制成了 　热敏　电阻、 　光敏　电阻、 　力敏　电阻等传感元件，以及 　二极管　、 　三极管　、整流器等电子元件，还发明了半导体 　激光器　、 　LED　光源、 　太阳能　电池、 　芯片　等器件。 4. 光伏发电是利用 　半导体　电池板将 　太阳　能直接转变为电能的一种技术。 集成电路　 通信设 备　 光伏发电　 激光与照明　 热敏　 光敏　 力敏　 二极管　 三极管　 激 光器　 LED　 太阳能　 芯片　 半导体　 太阳　 知识点一　认识半导体 典例1　下列关于半导体的说法，正确的是（　C　） A. 半导体的导电性能比导体好 B. 半导体的导电性能比绝缘体差 C. 硅、锗是常见的半导体材料 D. 半导体的导电性能不受温度影响 变式1当在纯净的半导体材料中掺入少量的三价元素（如硼），产生大量的空穴，这种半导体被称为 　P　型半导体；当掺入少量的五价元素（如磷），产生大量的自由电子，这种半导体被称为 　N　型半导体。 C P　 N　 知识点二　半导体的应用 典例2　如图是某广场的太阳能路灯，太阳能路灯的光伏电池板是由非晶态硅制成，它能把太阳能直接转化为电能，供给LED灯使用。太阳能路灯的光伏电池板、LED灯的核心元件发光二极管的主要材料分别是（　D　） D A. 磁性材料、纳米材料 B. 纳米材料、半导体 C. 超导体、半导体 D. 半导体、半导体 变式2在某个清晨，小明同学利用电子体温计测量体温。如图，电子体温计通过感温头中电流大小来反映人的体温，感温头是用半导体材料制成的，这是利用了该半导体的（　D　） D A. 单向导电特性 B. 良好的导电特性 C. 良好的绝缘特性 D. 电阻随温度变化而变化的特性 知识点三　设计校园光伏发电项目方案 典例3　（2024·成都邛崃校级期末）物质具有能量，能量有各种形式，并且各种形式的能量可以相互转化。中国提出碳达峰、碳中和能源战略目标，大力发展光伏发电，光伏发电的能量的转化形式是（　C　） A. 电能转化为机械能 B. 机械能转化为电能 C. 光能转化为电能 D. 内能转化为电能 变式3一个光伏发电系统，太阳能电池板输出电压为36V，输出电流为5A。 （1） 求太阳能电池板的输出功率。 解：（1） 180W （2） 若该系统每天工作8h，一个月（按30天计算）能产生多少电能？ 解：（2） 43.2kW·h C 1. 常见的半导体材料有 　硅　和 　锗　。 2. 光伏发电系统主要由 　光伏组件　、控制器和逆变器三大部分组成。 3. 光伏发电简易原理如图，电池板上具有大量的不稳定电子，当太阳光照射到电池板上，这些电子获得能量会定向移动形成电流。光伏发电的主要能量转化是 　太阳　能转化为 　电　能。电池板中有两层纯硅掺杂形成的材料，在电源内部负电荷移动的方向如图，则电流的方向是从电源的 　负极流向正极　（选填“正极流向负极”或“负极流向正极”）。 硅　 锗　 光伏组件　 太阳　 电　 负极流向正极　 1 2 3 4 5 6 7 4. （2025·泸州泸县一模）2023年1月31日，中国第一条量子芯片生产线通过央视新闻客户端首次向公众亮相。量子计算机被看作是未来技术的制高点，这足以证明我国拥有弯道超车的实力。芯片是指含有集成电路的硅片，制造芯片的主要材料是（　B　） A. 纳米材料 B. 半导体材料 C. 超导材料 D. 磁性材料 B 1 2 3 4 5 6 7 5. （新情境·科技民生）我国科学家成功研制出单体面积最大的“发电玻璃”，它是在绝缘的普通玻璃上均匀涂抹4μm厚的碲化镉光电薄膜，由此制成可发电且完全透明的半导体材料。这种“发电玻璃”即便在光线很弱的情况下也能通过光电转化产生电能。下列不能使用“发电玻璃”的是（　A　） A. 高压输电线 B. 光伏玻璃幕墙 C. 智能风光互补路灯 D. 太阳能智能窗 A 1 2 3 4 5 6 7 6. 某光伏电站的总功率为100kW，一天有效光照时间为6h，则一天发电量为（　B　） A. 600kW B. 600kW·h C. 100kW D. 100kW·h B 1 2 3 4 5 6 7 7. 阅读短文，回答问题。 太阳能电池板输出的是直流电，不能够直接被居民使用，需用逆变器将直流电转换为交流电，用不完的电可以通过并网光伏发电系统输送到异地。与公共电网相连接的太阳能光伏发电系统称为并网光伏发电系统。其结构如图所示。 该系统包括太阳能电池板阵列、DC/DC变换器、DC/AC逆变器、交流负载、变压器等部件。这种发电系统的灵活性在于，当日照较强时，光伏发电系统在给交流负载供电的同时将多余的电能送入电网；而当日照不足，即太阳能电池板阵列不能为负载提供足够电能时，又可从电网索取电能为负载供电。 1 2 3 4 5 6 7 （1） 太阳能电池板是利用半导体的 　光电　效应发电的半导体器件。 （2） 太阳能电池板输出的是直流电，需要利用逆变器转换成频率为 　50　Hz的交流电才能被我国居民使用。 （3） 若太阳能电池板的光电转化效率是12％，某地的年太阳辐射量为6×109J/m2，500m2的太阳能电池板阵列每年转化生成电能 　3.6×1011　J，合 　1×105　kW·h。 光电　 50　 3.6×1011　 1×105　 1 2 3 4 5 6 7 $$