6.4 跨学科实践 半导体与光伏发电（讲义）物理新教材教科版九年级上册

本讲义聚焦半导体导电特点、二极管单向导电性、光伏电池能量转化及应用等核心知识点，从半导体材料特性（如硅、锗电阻受外界条件影响）切入，到二极管构成与正向导通反向截止特性，再延伸至光伏电池光能转化为电能的实际应用，构建从基础概念到技术应用的学习支架。 该资料突出物理观念与科学思维融合，通过表格对比导体、半导体、超导体核心特点帮助模型建构，随学随练（如二极管极向判断）强化科学推理。结合光控路灯、温度传感器等实例培养科学态度与责任，分层练习适配不同需求，课中辅助教师高效教学，课后助力学生查漏补缺。

第六章 电功率 第4节 跨学科实践 半导体与光伏发电 课标要点 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。 学习重难点 重点： 理解二极管单向导电的内在特点。 难点：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。 知识点 二极管 1. 构成 二极管由半导体材料制成，有两个电极：正极（阳极）、负极（阴极）。 2. 核心特性：单向导电性 正向：正极接高电位、负极接低电位（正向偏置），二极管导通，有电流通过。 反向：正极接低电位、负极接高电位（反向偏置），二极管几乎不导通，电流极小。 简单记：正向导通，反向截止。 随学随练 1．必须使电流从发光二极管的___________极流入，二极管才能发光，因为发光二极管具有___________性。 【答案】 正 单向导电 【详解】二极管具有单向导电性，只有电流从正极流入、负极流出时，它才能正常发光。 知识点 半导体的应用 1. 半导体 半导体导电性能介于导体和绝缘体之间；材料主要是硅、锗。 半导体的电阻会受温度、光照、杂质、压力、气体等外界条件影响，利用这个特性制成各类敏感电阻。 2. 各类敏感电阻 光敏电阻 半导体材料；光照越强，电阻越小。 应用：光控路灯、自动灯光。 热敏电阻 NTC 型（考题最多）：温度越高，电阻越小。 应用：温度传感器、温控装置。 压敏电阻 受到压力，电阻发生变化。 应用：压力传感器、电子秤。 气敏电阻 接触特定气体，电阻改变。 应用：燃气泄漏报警器。 易错提醒 滑动变阻器：改变电阻丝长度改变电阻，不属于半导体。 超导体：低温下电阻为 0，不是半导体，不能制作电热器。 随学随练 1．家用加湿器的控制电路中有一种电阻，能根据空气湿度改变阻值大小，进一步控制加湿器的喷雾量，制成这种能根据空气湿度改变阻值大小的电阻的材料是（　　） A．导体 B．绝缘体 C．半导体 D．超导体 【答案】C 【详解】半导体是导电性能介于导体和绝缘体之间的材料，其导电性能受温度、光照强度、空气湿度等的影响。家用加湿器的控制电路中有一种电阻，能根据空气湿度改变阻值大小，进一步控制加湿器的喷雾量，能根据空气湿度改变阻值大小的电阻的材料是半导体，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 题型 导体、半导体、超导体的区分 材料 核心特点 能不能做电热丝 导体 有电阻，导电好 可以（利用电流热效应） 半导体 电阻受光照、温度、杂质影响 一般不做电热丝，做传感器、二极管、芯片 超导体 电阻R=0 不能做电热丝，Q=I2Rt，R=0 不产生热量；适合输电，无热损耗 活学活用 1．芯片是一种微型电子电路，能够执行特定的功能，如数据处理、信号放大、存储信息等，其核心材料是___________（选填“半导体”、“超导体”或“绝缘体”）材料，生活中充电宝内置了芯片，当充电宝给手机充电时，充电宝相当于电路中的___________。 【答案】 半导体 电源 【详解】半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，这种特性让芯片可以根据需要调整电流大小，从而实现各种功能，比如存储数据、处理信息等。 充电宝给手机充电时对外提供电能，属于电路中的电源。 基础通关 1．如图所示，4月19日，2026北京亦庄半程马拉松暨人形机器人半程马拉松在北京亦庄举行。芯片是机器人的核心部件，制造芯片的主要材料是（     ） A．半导体材料 B．超导材料 C．磁性材料 D．绝缘材料 【答案】A 【详解】芯片的核心是含有集成电路的硅片，硅属于典型的半导体材料。故选 A。 2．制作如图元件的关键材料是（    ） A．绝缘体 B．导体 C．半导体 D．超导体 【答案】C 【详解】如图所示，该元件是发光二极管，制作该元件的关键材料是半导体，如硅、锗、砷化镓等，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 3．关于导体、绝缘体、半导体、超导体，下列说法不正确的是（     ） A．绝缘体对电流阻碍作用大，但能够带电 B．容易导电的物体叫导体，如金属、酸碱盐水溶液、橡胶等 C．超导材料适合用来进行远距离输电 D．锗、硅，导电性能介于导体和绝缘体之间 【答案】B 【详解】A．绝缘体对电流的阻碍作用极大，几乎不能导电，但可以通过摩擦等方式带电，故A正确； B．金属、酸碱盐水溶液属于导体，但橡胶是绝缘体，不属于导体，故B错误； C．超导材料的电阻为零，输电时不会产生电热损耗电能，适合远距离输电，故C正确； D．锗、硅是常见的半导体材料，导电性能恰好介于导体和绝缘体之间，故D正确。 故选B。 4．如图为2024年9月10日某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 【答案】B 【详解】发光二极管是由硅和锗等材料制作成，而硅和锗是半导体材料，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。 5．家用加湿器的控制电路中有一种电阻，能根据空气湿度改变阻值大小，进一步控制加湿器的喷雾量，制成这种能根据空气湿度改变阻值大小的电阻的材料是（　　） A．导体 B．绝缘体 C．半导体 D．超导体 【答案】C 【详解】半导体是导电性能介于导体和绝缘体之间的材料，其导电性能受温度、光照强度、空气湿度等的影响。家用加湿器的控制电路中有一种电阻，能根据空气湿度改变阻值大小，进一步控制加湿器的喷雾量，能根据空气湿度改变阻值大小的电阻的材料是半导体，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 6．如图，将完全相同的两组器材按照甲、乙两种不同的方式连接起来，闭合开关后，下列说法中正确的是（　　） A．图甲中电压表示数为零 B．二极管主要由半导体材料制成 C．图甲中，灯泡发光，二极管不发光 D．图乙中，二极管和灯泡都不发光 【答案】B 【详解】AC．图甲中二极管的正负极接反，二极管相当于断路，灯泡不发光，二极管也不发光，但电压表并联在二极管两端，此时仍有微小电流流过电压表，电压表示数接近电源电压，故AC错误； B．二极管具有单向导电性，主要由半导体材料制成，故B正确； D．图乙中电流方向为从二极管的正极流入，负极流出，二极管正常工作，二极管和灯泡都发光，故D错误。 故选B。 7．智能手表可以显示时间、体温、心率等信息，方便人们监测身体状态，橡胶表带是__________（选填“导体”或“绝缘体”），手表屏幕使用的发光二极管主要由__________材料制成的。 【答案】 绝缘体 半导体 【详解】橡胶表带的作用是避免人体直接接触手表内部带电部件，橡胶不容易导电，属于绝缘体； 手表屏幕使用的发光二极管主要是由半导体材料制成的，具有单向导电性。 8．如图为太阳能交通指示灯。指示灯上方有一块太阳能电池板接收太阳能为电路中的蓄电池充电，此时蓄电池相当于电路中的___________；指示板的LED灯珠是发光二极管，它具有___________性。 【答案】 用电器 单向导电 【详解】因蓄电池充电时消耗电能，故相当于电路中的用电器；发光二极管是由半导体材料制成的电子元件，其特性是电流只能单向通过，即具有单向导电性。 9．家用电器的通电指示灯，通常是 _______ （选填“超导体”、“绝缘体”或“半导体”）材料制造的LED灯；光敏材料的电阻值会随 ______ 而改变。 【答案】 半导体 光照强度的变化 【详解】[1]家用电器中的很多指示灯都是用的发光二极管，制成发光二极管的主要材料是半导体。 [2]光敏电阻的阻值会随光照强度而改变，“光强”是表示光的强弱的物理量，照射光越强，光强就越大。 素养提升 1．发光二极管（俗称LED）的图像如图所示，它是由___________（选填“半导体”、“绝缘体”或“导体”）材料制成的。LED正常发光时，用手触摸几乎不发热，减少了能量的损失，它在工作时主要将___________能转化成光能。 【答案】 半导体 电 【详解】发光二极管（LED）是典型的半导体器件，由半导体材料制成；LED工作时消耗电能，几乎不发热、很少产生内能，主要将电能转化为光能。 2．如图所示是一款发光杯的结构及电路，电源和发光二极管等密封在透明的杯底，两金属端a、b略高于密封杯底。当杯中倒入的液体是导体时，电路接通，二极管发光，液体在电路中相当于_______（选填“用电器”或“开关”）；再将连接_______的导线对调后，二极管不发光，说明二极管具有单向导电性。 【答案】 开关 二极管 【详解】液体倒入后接通电路，没有液体时电路断开，说明液体起到了控制电路通断的作用，因此在电路中相当于开关；对调连接二极管的导线后，流过二极管的电流方向相反，二极管不再发光，说明二极管的单向导电性。 3．如图甲所示，发光二极管（LED）是一种电子元件，说明它具有______导电性。如图乙所示为一种新型装饰用的LED灯带，它由50个相同的LED灯串联组成，若通过第1个LED灯的电流为12mA，则通过第10个LED灯的电流为______A。小红发现该LED灯带中有一个灯不亮了，但是其余的灯都亮，则不亮的灯发生的故障是______（选填“短路”或“断路”）。 【答案】 单向 /0.012 短路 【详解】从图甲可以看到，电流从LED正极流入、负极流出时电路导通，反向电流无法通过，说明发光二极管具有单向导电性，这是半导体元件的典型特性。 串联电路中各处电流都相等，50个LED灯串联，因此通过第10个灯的电流和第1个灯的电流大小一致，都为 LED灯串联，如果故障灯发生断路，整个电路会断开，其余所有灯都无法工作；现在其余灯仍能发光，说明电路保持通路，因此不亮的灯发生了短路。 4．如图是电阻甲和电灯乙的图象。若甲、乙并联在电路中，当电源电压为2V时，电路总电流为_____A，若甲、乙串联在电路中，当电源电压为，电灯乙的电功率为_____，高效节能的LED灯，其核心元件发光二极管的主要材料是_____，假如电熨斗内部的电热丝、电动车内电动机的线圈、白炽灯的灯丝都处于超导状态，其中仍能正常工作且减少了能量损失的是_____（选填“电熨斗”、“电动车”或“白炽灯”）。 【答案】 0.3 0.4 半导体 电动车 【详解】并联时，由并联电路电压规律得，从图像读得，，电路总电流为 串联时，串联电路电流处处相等，总电压等于各部分电压之和。从图像可知，当时，，，满足 故电灯乙的电功率为 发光二极管的核心制作材料是半导体，具有单向导电性； 因电熨斗、白炽灯利用电流热效应工作，超导状态下电阻为零，无法产生热量，不能正常工作；电动车电动机工作时主要将电能转化为机械能，超导可减少电热损耗，能正常工作。 5．混合动力汽车是指同时配备内燃机与电动机作为动力源的车辆，通过两者协同工作实现高效节能。给混合动力汽车充电时，车内蓄电池相当于简单电路中的___________（选填“电源”或“用电器”）；汽车控制系统中包含多种芯片，这些芯片的主要制作材料是___________（选填“导体”“绝缘体”或“半导体”）；如图是纯电模式下的汽车“油门”模拟电路，通过控制电动机电流的大小来控制汽车速度，为了使电动机速度变化更明显，应更换横截面积更___________（选填“大”或“小”）的电阻片。 【答案】 用电器 半导体 小 【详解】[1]给蓄电池充电时，蓄电池消耗电能，相当于电路中的用电器。 [2]芯片是集成电路，半导体的导电特性适合制作电子元器件，因此芯片的主要制作材料是半导体。 [3]根据电阻的影响规律：同种材料、长度相同时，电阻的横截面积越小，电阻越大。当滑片移动相同距离时，横截面积更小的电阻片，电阻变化量更大，电路电流变化更明显，因此电动机速度变化更明显，应更换横截面积更小的电阻片。 迁移创新 1．光照强度会影响花卉生长。图甲为光照强度过大时触发报警的电路，电源电压不变，为阻值可调的电阻箱，R为光敏电阻，其阻值随光照强度变化关系如图乙。当电流表示数大于某一值时触发报警，时的光照强度为警戒光照强度。闭合开关S，下列说法错误的是（     ） A．R的阻值随光照强度增大而减小 B．增大阻值可增大警戒光照强度 C．一定时，光照强度越大，通过的电流越大 D．一定时，光照强度越大，电流表的示数越大 【答案】C 【详解】A．由图乙可知，的阻值随光照强度增大而减小，故A正确； B．触发报警的临界条件是干路电流恰好为I0，并联电路两支路电压都等于电源电压，因此满足 若增大R0的阻值，会变小，要让总电流仍等于I0，就需要变大，也就是光敏电阻R的阻值更小；结合图乙，R阻值更小对应光照强度更大，因此增大R0可以让警戒光照强度变大，故B正确； C．由电路图可知，与并联，两端电压等于电源电压，通过的电流，因、不变，故不变，故C错误； D．光照强度越大，越小，其两端电压不变，通过的电流越大，干路电流越大，即电流表示数越大，故D正确。 本题选错误的，故选C。 2．2026年1月起，水银体温计正式停产，电子测温仪成为主流。科技小组对如图甲所示的手持测温枪的内部电路进行探究并对其科学原理进行宣传。它的内部安装2节新干电池串联，图乙是它内部的原理图，其中为定值电阻、阻值为为红外线热敏电阻，其阻值随温度变化的图像如图丙所示。下列分析正确的是（　　） A．图乙中的显示仪应该是由电流表改装而成的 B．被测人体的温度越高，热敏电阻的阻值越大 C．若两端电压为，则被测人的体温正常 D．若被测者发烧更严重了，测温枪的总功率变小 【答案】C 【详解】A．根据电路图可知，R与R0串联，显示仪与R0并联；因为显示仪与R0并联，所以显示仪是电压表，故A错误； B．由图丙知，被测温者温度越高，热敏电阻的阻值越小，故B错误； C．根据题意知道，电源电压是3V，若两端电压为，由串联分压原理可知，红外线热敏电阻与定值电阻的阻值相等，应为60Ω，故C正确； D．由图丙可知，体温越高，R的阻值越小，电路的总电阻越小，由欧姆定律可知电路中的电流越大，由可知，电路的总功率越大，故D错误。 故选C。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第六章 电功率 第4节 跨学科实践 半导体与光伏发电 课标要点 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。 学习重难点 重点： 理解二极管单向导电的内在特点。 难点：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。 知识点 二极管 1. 构成 二极管由半导体材料制成，有两个电极：正极（阳极）、负极（阴极）。 2. 核心特性：单向导电性 正向：正极接高电位、负极接低电位（正向偏置），二极管导通，有电流通过。 反向：正极接低电位、负极接高电位（反向偏置），二极管几乎不导通，电流极小。 简单记：正向导通，反向截止。 随学随练 1．必须使电流从发光二极管的___________极流入，二极管才能发光，因为发光二极管具有___________性。 知识点 半导体的应用 1. 半导体 半导体导电性能介于导体和绝缘体之间；材料主要是硅、锗。 半导体的电阻会受温度、光照、杂质、压力、气体等外界条件影响，利用这个特性制成各类敏感电阻。 2. 各类敏感电阻 光敏电阻 半导体材料；光照越强，电阻越小。 应用：光控路灯、自动灯光。 热敏电阻 NTC 型（考题最多）：温度越高，电阻越小。 应用：温度传感器、温控装置。 压敏电阻 受到压力，电阻发生变化。 应用：压力传感器、电子秤。 气敏电阻 接触特定气体，电阻改变。 应用：燃气泄漏报警器。 易错提醒 滑动变阻器：改变电阻丝长度改变电阻，不属于半导体。 超导体：低温下电阻为 0，不是半导体，不能制作电热器。 随学随练 1．家用加湿器的控制电路中有一种电阻，能根据空气湿度改变阻值大小，进一步控制加湿器的喷雾量，制成这种能根据空气湿度改变阻值大小的电阻的材料是（　　） A．导体 B．绝缘体 C．半导体 D．超导体 题型 导体、半导体、超导体的区分 材料 核心特点 能不能做电热丝 导体 有电阻，导电好 可以（利用电流热效应） 半导体 电阻受光照、温度、杂质影响 一般不做电热丝，做传感器、二极管、芯片 超导体 电阻R=0 不能做电热丝，Q=I2Rt，R=0 不产生热量；适合输电，无热损耗 活学活用 1．芯片是一种微型电子电路，能够执行特定的功能，如数据处理、信号放大、存储信息等，其核心材料是___________（选填“半导体”、“超导体”或“绝缘体”）材料，生活中充电宝内置了芯片，当充电宝给手机充电时，充电宝相当于电路中的___________。 基础通关 1．如图所示，4月19日，2026北京亦庄半程马拉松暨人形机器人半程马拉松在北京亦庄举行。芯片是机器人的核心部件，制造芯片的主要材料是（     ） A．半导体材料 B．超导材料 C．磁性材料 D．绝缘材料 2．制作如图元件的关键材料是（    ） A．绝缘体 B．导体 C．半导体 D．超导体 3．关于导体、绝缘体、半导体、超导体，下列说法不正确的是（     ） A．绝缘体对电流阻碍作用大，但能够带电 B．容易导电的物体叫导体，如金属、酸碱盐水溶液、橡胶等 C．超导材料适合用来进行远距离输电 D．锗、硅，导电性能介于导体和绝缘体之间 4．如图为2024年9月10日某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 5．家用加湿器的控制电路中有一种电阻，能根据空气湿度改变阻值大小，进一步控制加湿器的喷雾量，制成这种能根据空气湿度改变阻值大小的电阻的材料是（　　） A．导体 B．绝缘体 C．半导体 D．超导体 6．如图，将完全相同的两组器材按照甲、乙两种不同的方式连接起来，闭合开关后，下列说法中正确的是（　　） A．图甲中电压表示数为零 B．二极管主要由半导体材料制成 C．图甲中，灯泡发光，二极管不发光 D．图乙中，二极管和灯泡都不发光 7．智能手表可以显示时间、体温、心率等信息，方便人们监测身体状态，橡胶表带是__________（选填“导体”或“绝缘体”），手表屏幕使用的发光二极管主要由__________材料制成的。 8．如图为太阳能交通指示灯。指示灯上方有一块太阳能电池板接收太阳能为电路中的蓄电池充电，此时蓄电池相当于电路中的___________；指示板的LED灯珠是发光二极管，它具有___________性。 9．家用电器的通电指示灯，通常是 _______ （选填“超导体”、“绝缘体”或“半导体”）材料制造的LED灯；光敏材料的电阻值会随 ______ 而改变。 素养提升 1．发光二极管（俗称LED）的图像如图所示，它是由___________（选填“半导体”、“绝缘体”或“导体”）材料制成的。LED正常发光时，用手触摸几乎不发热，减少了能量的损失，它在工作时主要将___________能转化成光能。 2．如图所示是一款发光杯的结构及电路，电源和发光二极管等密封在透明的杯底，两金属端a、b略高于密封杯底。当杯中倒入的液体是导体时，电路接通，二极管发光，液体在电路中相当于_______（选填“用电器”或“开关”）；再将连接_______的导线对调后，二极管不发光，说明二极管具有单向导电性。 3．如图甲所示，发光二极管（LED）是一种电子元件，说明它具有______导电性。如图乙所示为一种新型装饰用的LED灯带，它由50个相同的LED灯串联组成，若通过第1个LED灯的电流为12mA，则通过第10个LED灯的电流为______A。小红发现该LED灯带中有一个灯不亮了，但是其余的灯都亮，则不亮的灯发生的故障是______（选填“短路”或“断路”）。 4．如图是电阻甲和电灯乙的图象。若甲、乙并联在电路中，当电源电压为2V时，电路总电流为_____A，若甲、乙串联在电路中，当电源电压为，电灯乙的电功率为_____，高效节能的LED灯，其核心元件发光二极管的主要材料是_____，假如电熨斗内部的电热丝、电动车内电动机的线圈、白炽灯的灯丝都处于超导状态，其中仍能正常工作且减少了能量损失的是_____（选填“电熨斗”、“电动车”或“白炽灯”）。 5．混合动力汽车是指同时配备内燃机与电动机作为动力源的车辆，通过两者协同工作实现高效节能。给混合动力汽车充电时，车内蓄电池相当于简单电路中的___________（选填“电源”或“用电器”）；汽车控制系统中包含多种芯片，这些芯片的主要制作材料是___________（选填“导体”“绝缘体”或“半导体”）；如图是纯电模式下的汽车“油门”模拟电路，通过控制电动机电流的大小来控制汽车速度，为了使电动机速度变化更明显，应更换横截面积更___________（选填“大”或“小”）的电阻片。 迁移创新 1．光照强度会影响花卉生长。图甲为光照强度过大时触发报警的电路，电源电压不变，为阻值可调的电阻箱，R为光敏电阻，其阻值随光照强度变化关系如图乙。当电流表示数大于某一值时触发报警，时的光照强度为警戒光照强度。闭合开关S，下列说法错误的是（     ） A．R的阻值随光照强度增大而减小 B．增大阻值可增大警戒光照强度 C．一定时，光照强度越大，通过的电流越大 D．一定时，光照强度越大，电流表的示数越大 2．2026年1月起，水银体温计正式停产，电子测温仪成为主流。科技小组对如图甲所示的手持测温枪的内部电路进行探究并对其科学原理进行宣传。它的内部安装2节新干电池串联，图乙是它内部的原理图，其中为定值电阻、阻值为为红外线热敏电阻，其阻值随温度变化的图像如图丙所示。下列分析正确的是（　　） A．图乙中的显示仪应该是由电流表改装而成的 B．被测人体的温度越高，热敏电阻的阻值越大 C．若两端电压为，则被测人的体温正常 D．若被测者发烧更严重了，测温枪的总功率变小 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $