6.4 跨学科实践 半导体与光伏发电（教学课件）物理新教材教科版九年级上册

该初中物理课件聚焦半导体的导电特性、二极管单向导电性及光伏发电的能量转化与应用，以荒漠光伏电池板场景导入，从半导体材料认识过渡到应用实例，再到校园光伏发电项目设计，搭建从基础到实践的学习支架。 其特色在于融合跨学科实践，通过二极管单向导电性演示实验（科学探究）和校园光伏项目方案设计（科学态度与责任），结合典例分析强化知识应用。小结梳理半导体与光伏发电应用，助力学生构建物理观念，教师使用可提升教学互动性与学生解决实际问题的能力。

物理九年级上册 •教科版 第六章 电功率 第4节 跨学科实践 半导体与光伏发电 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 知道半导体导电性能的特殊性，理解二极管的单向导电性。 02 科学思维 对比导体、绝缘体、半导体导电特性差异，能根据实验现象归纳二极管导电规律。 03 科学探究 完成二极管单向导电性实验，会观察、记录实验现象；能探究光照条件对光伏电池发电效果的影响，练习控制变量，提升实验操作、证据分析能力。 04 科学态度与责任 了解半导体、光伏发电在生活、科技中的应用；认识太阳能等清洁能源的价值，树立节能环保、可持续发展意识，体会科技推动社会进步。 教学重难点 教学难点 教学重点 1. 半导体的导电特点，二极管的单向导电性。 2. 光伏电池的能量转化，光伏发电的实际应用。 1. 理解二极管单向导电的内在特点。 2. 初步认识光生伏特效应，区分光伏发电与普通电池工作原理。 课堂引入 荒漠中，野岭上，一排排光伏电池板倒映着碧蓝的天空和洁白的云朵，不时有飞鸟的身影划过，安静、美丽、壮观。清洁能源正悄悄走进千家万户。 知识点1 认识半导体 知识点1：认识半导体 光伏电池板由半导体材料制成。 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。半导体只有在一定条件下才能导电。 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。 发光二极管较常用，正负极易区分：长引脚为正极，短引脚为负极。 负极 正极 知识点1：认识半导体 二极管的导电性 知识点1：认识半导体 【典例】1.某城市路口使用“按钮式红绿灯”，当路上车辆不多时，行人按下按钮，使机动车道的红灯亮起，行人安全通过，红、绿灯都用发光二极管制成，发光二极管具有__________（选填“单向”或“双向”）导电性，二极管是由__________（选填“超导体”或“半导体”）材料制成，按钮相当于电路中的__________（选填“电源”或“开关”）。 单向 【答案】 单向 半导体 开关 【详解】二极管是由半导体材料制成，常见的制作材料有硅、锗等半导体物质，具有单向导电性； 行人按下按钮可控制红灯的亮灭，该按钮相当于电路中的开关，起到控制电路通断的作用。 半导体 开关 知识点1：认识半导体 知识点2 半导体的应用 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，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。 还有二极管、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 20世纪的一项创举，是信息时代的基础。 知识点2：半导体的应用 知识点2：半导体的应用 半导体的应用 芯片 手机里的传感器 中国空间站上巨大 的太阳能电池板 电动汽车充电桩应用半导体整流， 将交流电转化为直流电 LED 是主要的照明光源 【典例】1.我国研发碳化硅晶圆剥离技术用来生产车规级芯片，助力新能源汽车行业的发展，制作车规级芯片的主要材料是（     ） A．半导体 B．导体 C．超导体 D．绝缘体 A 【详解】芯片的主要材料是碳化硅，碳化硅属于半导体材料。半导体材料的导电性介于导体和绝缘体之间，可用于制作集成电路、芯片等电子元件。导体容易导电，绝缘体不容易导电，超导体是在特定温度下电阻为零的材料，均不适合作为芯片的主要材料。 故选A。 知识点2：半导体的应用 知识点3 设计校园光伏发电项目方案 知识点3：设计校园光伏发电项目方案 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。为了更好地完成校园光伏发电项目的设计，我们需要通过探究解决三个问题： （1）影响太阳能电池输出功率的因素有哪些？ （2）校园的地理、环境特征是怎样的？ （3）学校的用电需求是多少？ 太阳能电池的输出功率 我们可以在不同条件下，测量太阳能电池的电压和电流，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）改变光源入射角度，测量太阳能电池的电压和电流； （3）改变太阳能电池板的连接方式，测量太阳能电池的电压和电流。 知识点3：设计校园光伏发电项目方案 太阳能电池的输出功率 结论：光照越强、光线入射角度越小，输出功率越大，连接方式对输出功率也有影响。 知识点3：设计校园光伏发电项目方案 课堂小结 课堂小结 课堂练习 课堂练习 探究新知 1.如图为国产品牌发布的一款三折叠屏手机，折叠屏主要部件是柔性发光二极管，制造发光二极管的材料是（　　 ） A．绝缘体 B．半导体 C．导体 D．超导体 B 【详解】发光二极管常用化合物半导体材料制成，所以发光二极管是用半导体材料制成的，导电性介于导体和绝缘体之间，具有特殊的电学特性；绝缘体几乎不导电、导体导电性能好，都无法实现二极管的功能；超导体是电阻为零的材料，不用于制造发光二极管。故选B。 课堂练习 探究新知 2. 随着AI智能体的火爆，GPU成为了最畅销的芯片。制作芯片的主要材料属于（　　） A．导体 B．绝缘体 C．超导体 D．半导体 D 【详解】半导体的导电性介于导体与绝缘体之间，硅是典型的半导体材料，而芯片正是利用半导体的特性制作的，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选 D。 课后作业 探究新知 作业 内容 同步作业 完成课后作业：“练习与应用” 自主安排 配套同步分层作业 谢谢聆听 谢谢聆听 $