6.4 跨学科实践：半导体与光伏发电 任务型导学案 -2026-2027学年教科版物理九年级上学期

6.4 跨学科实践：半导体与光伏发电 1.结合电能、电功率与能量转化知识，认识半导体材料特性，了解光伏发电原理，知道太阳能向电能的转化过程及其应用。 2.阅读课本P110—P113内容，自主探究“跨学科实践：半导体与光伏发电”小节基础知识内容，并根据阅读内容填写本节预习任务，把握本课重难点。 旧知温故 1.电流通过导体产生热量的现象叫作电流的________效应。 2.电功率描述电流做功的________，计算公式与电压、电流有关。 3.能量在转化过程中总量保持不变，遵循________定律。 4.导体对电流有阻碍作用，这种性质称为________。 5.串联电路各处电流相等；并联电路各支路两端________相等。 6.电流做功的实质是________转化为其他形式的能。 新知填空 1.半导体是导电性能介于______和______之间的一些材料，常见的有锗、______（最常用）、砷化镓等；半导体只有在一定条件下才能导电。 2.半导体的导电性能可通过______其他元素或施加外部条件（如温度、光照、压力等）进行______。 3.通过控制掺入元素的种类，可研制出N型半导体和______型半导体，两者以不同方式结合，能制成二极管、三极管等元器件。 4.发光二极管（LED）的两根引脚中，较长的为______极，较短的为______极；发光二极管具有______导电性：电流从正极经LED流向负极时它______（导通），反向接入时它______（截止）。 5.1947年，世界上首个______正式问世，催生了影响深远的“固态革命”，推动全球半导体电子工业和计算机的发展。 6.半导体的应用：______电路芯片（如我国自主研发的北斗导航卫星芯片）、______（感知温度、光照、压力的变化）、太阳能电池板、______器（把交流电转化为直流电，用于充电桩）、LED照明等。 7.某些半导体被光照射时会产生电流，将______能转化为______能，可用于制作太阳能电池板。 8.光伏电池输出功率的探究结论：光照强度越______，输出功率越大；光源______入射时输出功率最大；两片相同电池板串联时电流为并联时的______、电压为并联时的______，两种连接方式的输出功率______。 【课堂探究】（结合实验与思考，小组交流后作答） 1.光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能的技术，其碳排放量仅为化石能源发电的十分之一到二十分之一。①光伏发电时是什么能转化为电能？②写出光伏发电的两条优点。 　答：__________________________________________ 2.计算：某种太阳能电池板每平方米每秒接收太阳能800 J，光电转换效率为18.75%。①每平方米电池板的平均输出功率是多少？②该电池板工作10 h获得的电能，可供一个“220 V 10 W”的LED灯正常工作多长时间？ 　答：__________________________________________ 3.设计校园光伏发电项目方案：请写出方案中应包含的三项主要内容。 　答：__________________________________________ 4.阅读“荒漠起新绿”：青海塔拉滩建成全球装机容量最大的光伏发电园区后，平均风速降幅达五成，植被覆盖率提升八成。请从物理与生态角度谈谈光伏发电带来的双赢效益。 　答：__________________________________________ 1.人工智能（AI）的核心部件离不开半导体材料。关于半导体材料，下列说法正确的是(      ) A.在任何情况下都能导电 B.电阻值不随温度变化而变化 C.导电性能介于导体和绝缘体之间，在智能机器人的电路中作为绝缘体来防止漏电 D.可以制作具有单向导电性的二极管，在智能机器人电路中控制电流方向 2.中国超级芯片的成功问世标志着中国芯片产业将步入全新的黄金时代。如图所示，制造芯片的主要材料是(      ) A.超导材料 B.半导体材料 C.导体材料 D.绝缘材料 3.材料的导电性是物理学研究的一个重要方面，给半导体“掺杂”可以改变半导体的电学性能，常用的方法是将纯净的半导体材料（如单晶硅片）置于高温的杂质气体中，杂质就会逐渐扩散到半导体材料内部。“掺杂”要在高温条件下完成的原理是___________________________。 半导体与光伏发电：把阳光变成电能 半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间。光伏发电依靠硅半导体的光生伏特效应，直接将光能转化为电能。 1839 年，科学家贝克勒尔首次发现光伏效应。1954 年，贝尔实验室研制出第一块实用硅太阳能电池，最早用在人造卫星上，为太空设备供电。在纯硅里掺入微量杂质，就能做成 N 型、P 型半导体，组合形成 PN 结。阳光照射时，光子激发半导体内部电子定向移动，产生电流。 如今，光伏电站遍布戈壁、水面，屋顶光伏走进千家万户。我国还有新型柔性光伏材料，轻薄可弯曲，未来可以贴在车窗、大棚玻璃上发电。光伏发电清洁无污染，是重要的绿色能源。 把预习中发现的问题记录一下吧 ... 参考答案 任务一 温故知新·基础填空 旧知温故 1.热 2.快慢 3.能量守恒 4.电阻 5.电压 6.电能 新知填空 1.导体；绝缘体；硅 2.掺入；调控 3.P 4.正；负；单向；发光；不发光 5.晶体管 6.集成；传感器；整流 7.光；电 8.高；垂直；一半；两倍；相同 【课堂探究】 1.①太阳能（光能）转化为电能。②优点：清洁、无污染、可再生、节约能源、保护环境、安装方便等（写出两条合理答案即可）。 2.①P＝800 J/s×18.75%＝150 W；②10 h获得电能 W＝150 W×36000 s＝5.4×10⁶ J；t＝W/P灯＝5.4×10⁶ J/10 W＝5.4×10⁵ s＝150 h。 3.参考：①测算学校屋顶光伏系统的理论发电量与学校整体用电量；②确定太阳能电池板的安装方式，结合学校地理位置与安装季节测算最佳方位角与倾角；③分析实际发电量低于理论发电量的原因并提出提升发电量的可行方法；④从能源结构与环境保护维度探讨能源利用对环境的影响（任答三条）。 4.物理角度：光伏板将太阳能直接转化为电能，清洁低碳，减少化石能源消耗；成片光伏板减弱了近地面风速、板下遮阴减少水分蒸发，利于植被恢复，防风固沙改善生态，实现生态修复与经济发展共赢。 任务二 基础过关·课前自测 1.答案：D 解析：半导体材料在一定的条件下能够导电，故A错误；半导体材料的电阻与温度有关，故B错误；半导体材料导电性能介于导体和绝缘体之间，可以制作具有单向导电性的二极管，在智能机器人电路中控制电流方向，故C错误，D正确。 2.答案：B 解析：芯片是指含有集成电路的硅片，制造芯片的主要材料是半导体，故B符合题意，故ACD不符合题意。 故选B。 3.答案：温度越高，扩散越快 解析：根据题意和半导体的知识可知，“掺杂”要在高温条件下完成的原理是：温度越高，扩散越快。 学科网（北京）股份有限公司 $