6.4 跨学科实践：半导体与光伏发电-【【指南针·课堂优化】2026-2027学年九年级全一册物理（教科版·新教材）

指南针·课堂优化·九 =3.36×105J 因为不计热量损失，电火锅消耗的电能 由P-发可知，电路的总功率最大，此时电热煎药壶处于 W=Q级=3.36×105J 高温挡，则当双触点选择开关接触B、C时，电热煎药壶处 于低温挡。 使用高温挡加热时，加热所需的时间t= W P高 (2)当双触点选择开关接触B、C时，电热煎药壶处于低温 3.36×10J 1100W ≈305s 挡，R接人电路，由P-只可知，低温挡工作时的功幸 答：(1)R1的阻值为882；(2)电火锅在低温挡工作时的电 流为1.25A;(3)把水烧开需要的时间为305s。 R发- 4840 =100W 专题7电功、电功率、电热的综合应用 (3)使用高温挡时，R1、R2并联接入电路，工作 基础训练 1min,根据并联电路特点可知电流做功 一、填空题 W=(P1+P2)t= 儇+)： 1.29452.低温222750 3.32436:14.4:31:5 [0+H]×0 484n 5.242028.8 =3×104J 二、选择题 (4)该中药液比热容为4.0×103J/(kg·℃)，质量为200 6.C7.B8.A9.D10.D11.D12.D 二、计算题 g,温度从5℃升高到45℃，中药液吸收的热量 13.(1)根据电功率的公式P=UI,可以得到小灯泡的额定电 Q级=cm(t一to) 流为 =4.0X103J/(kg·℃)×0.2kg×(45℃-5℃) k=是--0.6A =3.2×104J 低温挡加热8min,消耗的电能W,=P低t1= (2)小灯泡的电阻 100W×8×60s=4.8×104J &-受=6X=10n 此过程的加热效常)=号×10%-签0× 4.8X10X100% (3)当只闭合开关S、S时，小灯泡L与定值电阻R串联， =66.6% 且小灯泡恰好正常发光，此时定值电阻R两端的电压为 UR=IR=0.6A×202=12V 答：(1)使用低温挡工作时开关应接触B、C;(2)使用 低温挡工作时的功率为100W;(3)使用高温挡工作1 电源电压为 min,电流做功为3×104J;(4)采用低温挡加热中药过程 U=UL+UR =6 V+12 V=18 V 的加热效率为66.6%。 (4)当只闭合开关S、S时，滑动变阻器R与小灯泡串联。 由于电流表的测量范围为0~3A,滑动变阻器允许通过 第4节跨学科实践：半导体与光伏发电 的最大电流为1.25A,小灯泡的电流不能超过0.6A。所 以电路中的最大电流为0.6A,此时小灯泡的电压为6V, 基础训练 滑动变阻器接入电路的电阻最小，则滑动变阻器两端的电 一、填空题 压为 1.导体绝缘体锗硅 U#=U-U=18V-6V=12V 2.单向导电半导体 滑动变阻器接入电路的电阻 3.十半导体不发光 R-要-品X-200 4.半导体用电器 二、选择题 又因为电压表的测量范围为015V,所以滑动变阻器两：5.C6.D 端的最大电压不能超过15V。此时电路中的电流最小，三、应用题 根据欧姆定律和串联电路的电压特点，此时小灯泡两端的7.(1)半导体(2)减小(3)20变大 电压为 8.(1)传播(2)电能1.8×10 U'=U-Uw'=18V-15V=3V 此时电路中的电流为 第7章磁与电 k-是-品-03A 第1节磁现象 所以滑动变阻器接人电路的电阻最大为 Rx=要-品兴=0n 基础训练 一、填空题 答：(1)小灯泡的额定电流为0.6A;(2)小灯泡的电阻是1.磁性磁性两端两端磁极两NS 102;(3)电源电压是18V;(4)滑动变阻器接入电路的电2.南(S)北(N) 阻范围是20~502。 3.(1)异名磁极相互吸引(2)同名磁极相互排斥 14.解：(1)由图可知，当双触点选择开关接触B、C时，R1接入4.磁力磁场磁体磁力 电路，当双触点选择开关接触C、D时，R1、R2并联接人电5.磁场北南密 路。由于R1、R2并联接入电路时，电路中的总电阻最小，6.磁体不是南极附近北极附近南北7.S 63 级·物理(JK)·参考答案 二、选择题 8.A9.D10.A11.D12.B13.D14.D15.C 三、作图题 16. (N 18 能力提高 19.有N不能无有S 20.NN21.A 拓展应用 22.D 第2节 电流的磁场 基础训练 一、填空题 1.磁奥斯特2.S磁场会 3.NS电流 4.条形南北会安培定则右 弯曲的四指 N 5.N正 二、选择题 6.D7.D8.B9.CD 三、作图题 电源 (-) + 12. 强磁阀门 (N) 固定线圈 液管 电磁阀 四、实验题 14.(1)偏转正负极(2)方向 15.(1)②③①(2)条形 (3)南北 (4)N 电源 (+) (5)小磁针磁极指示固定的方向 能力提高 16.ND 17. ①D(S) (S) 电源 拓展应用 18.S顺时针 19. 电源一八 (-)(+) 第3节电磁铁 基础训练 一、填空题 1.电磁铁通断电流电流大小电流的方向强 2.N多3.负极B4.NN减弱5.N开关 6.导体红 二、选择题 7.B8.D9.C10.AD11.B12.C 三、作图题 13. 14. 电源 (-)(+) 四、实验题 15.(1)左(2)0.5N(3)AC(4)电磁起重机电铃 能力提高 16.S左变小17.B 拓展应用 18.C19.(1)abN(2)6600(3)50(4)右 64第4节 跨学科实践 课 前 自 主 学 知识点①认识半导体 (1)定义：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、砷化傢等。半 导体只有在一定条件下才能导电。 (2)特点：纯度很高的半导体材料，如高纯 硅、锗等，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。 (3)二极管的单向导电性 如图所示，发光 二极管是常见的电子 元件。当电流从较长 负极正极 负极正极 接线脚（正极）流入 天+ 时，发光二极管中有 发光二极管 电流通过，发光二极管发光。如果电流从较短 接线脚（负极）流入，电路处于开路状态。 知识点2半导体的应用 半导体无处不在。它们控制着计算机、手 机、汽车、飞机、医院中的CT机、无人机、导弹以 及生活中无处不在的其他电子设备。 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。某些半导体材料的导电性能 受温度、光照、压力等影响而显著变化，某些半 导体有特殊的光电特性，能在一定条件下释放 15 第6章电功率 :半导体与光伏发电 光能。人们利用半导体的这些特性，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，芯片(chip),是在一块半导体薄片上集成 二极管、三极管和其他电子元件而制成的电路。 芯片的发明和应用，是二十世纪的一项创举，是 信息时代的基础。 实验探究：测量太阳能电池的输出功率 如图所示，我们 可以在不同条件下， 光 测量太阳能电池的电 阳能电池 照 压和电流，计算太阳 能电池的输出功率，进一步确定影响太阳能电 池的输出功率的因素。 (1)改变光照强度，测量太阳能电池的电压 和电流； (2)改变光源人射角度，测量太阳能电池的 电压和电流； (3)改变2片太阳能电池板的连接方式，测 量太阳能电池的电压和电流。 跨 学科实践活 动 主题：设计校园光伏发电项目方案 原理：光伏电池板由半导体材料制成。光 伏发电是利用半导体太阳能电池板将光能直接 转变为电能的一种技术。 任务： 1.测算学校屋顶光伏理论发电量及学校用 电量 请各小组通过实地调查、网络查询和图书 69 指南针·课堂优化·九年纸·物理(JK) 查阅，估算学校日常用电量，研究测算学校屋顶 太阳能板的理论日发电量。 2.确定太阳能电池板安装方式 查阅电子地图，记录学校所在位置及当日 太阳高度角，模拟并测算出太阳能电池板最佳 方位角及当日太阳能电池板倾角度数。 3.撰写学校屋顶光伏发电项目方案 搜集本地区自然环境特征资料，分析实际 发电量少于理论发电量的原因，分析影响学校 发电量的有利条件和不利条件，思考如何提高 太阳能电池板的发电量，撰写项目方案。 4.交流展示 举办报告会，尝试从能源结构、环境保护角 度讨论能源利用对环境的影响，并与其他同学 分享和交流自己设计的校园光伏发电项目 方案。 课 后 固 提 【基础训练】 一、填空题 1.半导体是导电能力介于 和 之间的一些材料，如 、砷化 镓等。 2.如图所示，是由一个小灯泡，一个发光二极 管，两节干电池，一个开关组成的电路。闭合 开关，小灯泡和二极管都发光。如果将电源 两极对调发光二极管和小灯泡都不亮，这是 因为发光二极管具有 性，制作 二极管的材料属于 (选填“导体” “半导体”或“绝缘体”)。 16 3.如图所示，将A、B两种不同的金属片分别插 入柠檬，制成“柠檬电池”，闭合开关S,发光二 极管发光，电压表指针正常偏转。B金属片是 “柠檬电池”的 （选填“十”或“-”)极，该 二极管是由 (选填“导体”“半导 体”或“超导体”)材料制成的；若将二极管反 向接入电路，则发光二极管 (选填 “发光”或“不发光”)。 4.(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”)。 MADE IN CHINA 二、选择题 5.(2025·辽宁)我国自主研发的IGBT芯片是高 铁强劲有力的心脏。制造芯片的硅材料是 () A.导体 B.绝缘体 C.半导体 D.超导体 6.我国天宫空间站使用4对柔性三结砷化镓太 阳能电池板来发电，它的技术非常先进，光电 转换效率超30%。下列说法正确的是() A.太阳能电池板所用材料三结砷化镓是超 导体 B.太阳能电池板面积越大，发电效率越高 C.太阳能电池板工作的效率超30%，表明太 阳能电池板把至少30%的太阳能转化为 化学能 D.太阳能电池板工作的效率超30%，表明太 阳能电池板把至少30%的太阳能转化为 电能 三、应用题 7.如图甲所示的光敏电阻，其阻值R随光强E [光强是表示光的强弱程度的物理量，照射光 越强，光强越大。光强用符号E表示，国际单 位为坎德拉(cd)]的变化关系如图乙所示。把 它接在图丙所示的电路中，其中R是光敏电 阻，R是定值电阻。 18.0 15.0 12.0 9.0 3.0 01.02.03.04.05.06.0Ecd 甲 乙 A 丙 (1)光敏电阻主要是由 (选填“超 ·16 第6章电功车 导体”“导体”“半导体”或“绝缘体”)材料制作 而成的。 (2)由图乙可知：当光强增大时，光敏电阻的 阻值 (选填“增大”“不变”或“减 小”)。 (3)在图丙中，当光强为1.0cd时，闭合开关 后，电流表的示数为0.1A,电压表的示数为 2V,则定值电阻R的阻值为 ;当光 强增大到6.0cd时，电压表的示数 (选填“变大”“不变”或“变小”)。 8.绿色发展是高质量发展的底色，为了更好践 行绿色发展和“双碳目标”，武汉市区某高架 桥上修建了一段全封闭“光伏声屏障”试验路 段，如图所示。“光伏声屏障”既可以控制噪 声，又可以提供电能，比传统的声屏障设备更 节能环保。 (1)“光伏声屏障”是通过阻断噪声 的方式来控制噪声的。 (2)“光伏声屏障”路段的每一块玻璃上贴满 了81个小光伏电池板，这些光伏电池板利用 太阳能的方式是将太阳能转化为 这段“光伏声屏障”试验路段每年发电约 1.7×105kW·h,相当于完全燃烧 kg的无烟煤释放的能量。（无烟煤的热 值为3.4×10J/kg)