幻燈片1：標(biāo)題頁(yè)6.4跨學(xué)科實(shí)踐：半導(dǎo)體與光伏發(fā)電副標(biāo)題：物理與能源科技的交叉探索授課對(duì)象：初中物理學(xué)生授課時(shí)長(zhǎng)：45分鐘核心目標(biāo)：了解半導(dǎo)體的基本特性與應(yīng)用，掌握光伏發(fā)電的原理與系統(tǒng)組成，認(rèn)識(shí)新能源開發(fā)的重要意義幻燈片2：導(dǎo)入——生活中的半導(dǎo)體身影無(wú)處不在的半導(dǎo)體技術(shù)智能手機(jī)的芯片、平板電腦的處理器，核心部件是半導(dǎo)體材料。LED照明燈具、太陽(yáng)能計(jì)算器、智能手表，都依賴半導(dǎo)體的特性工作。光伏發(fā)電站將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能，其核心元件太陽(yáng)能電池板的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體材料。思考問(wèn)題：什么是半導(dǎo)體？它為什么能實(shí)現(xiàn)電能與光能的轉(zhuǎn)化？光伏發(fā)電如何成為清潔能源的重要組成部分？幻燈片3：半導(dǎo)體的基本概念導(dǎo)體、絕緣體與半導(dǎo)體的區(qū)別導(dǎo)體：容易導(dǎo)電的物體（如銅、鋁），內(nèi)部有大量自由電子，電阻極小。絕緣體：不容易導(dǎo)電的物體（如橡膠、玻璃），內(nèi)部幾乎沒(méi)有自由電子，電阻極大。半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料（如硅、鍺），其導(dǎo)電性能可通過(guò)外界條件（溫度、光照、雜質(zhì)）調(diào)控。半導(dǎo)體的特性熱敏性：溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)（如半導(dǎo)體溫度計(jì)利用此特性）。光敏性：光照增強(qiáng)時(shí)，導(dǎo)電能力明顯提高（光伏發(fā)電的核心原理之一）。摻雜性：在純凈半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)，可大幅改變其導(dǎo)電性能（用于制作二極管、三極管等）?；脽羝?：半導(dǎo)體的核心應(yīng)用——二極管與三極管半導(dǎo)體器件的基本功能二極管結(jié)構(gòu)：由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合形成PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦裕娏髦荒軓腜極流向N極）。應(yīng)用：整流：將交流電轉(zhuǎn)化為直流電（如手機(jī)充電器中的整流電路）。發(fā)光：LED（發(fā)光二極管）通電時(shí)，電子與空穴復(fù)合釋放能量，轉(zhuǎn)化為光能（節(jié)能照明）。三極管結(jié)構(gòu)：由兩個(gè)PN結(jié)組成，有三個(gè)電極（發(fā)射極、基極、集電極），具有放大電流的作用。應(yīng)用：信號(hào)放大：收音機(jī)、電視機(jī)中放大聲音和圖像信號(hào)。開關(guān)控制：計(jì)算機(jī)芯片中作為高速開關(guān)，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算?；脽羝?：光伏發(fā)電的原理——光生伏特效應(yīng)陽(yáng)光如何轉(zhuǎn)化為電能？光生伏特效應(yīng)：當(dāng)光照射到半導(dǎo)體PN結(jié)上時(shí)，光子能量被半導(dǎo)體吸收，使電子獲得能量脫離原子核束縛，形成自由電子和空穴。在PN結(jié)電場(chǎng)作用下，電子和空穴分離并向不同方向移動(dòng)，形成電流（若接入電路，可對(duì)外供電）。太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)核心材料：高純度硅（最常用的半導(dǎo)體材料），分為單晶硅、多晶硅和非晶硅太陽(yáng)能電池?；締卧阂粋€(gè)太陽(yáng)能電池片就是一個(gè)PN結(jié)，多個(gè)電池片串聯(lián)或并聯(lián)組成太陽(yáng)能電池板，提高電壓和電流?；脽羝?：光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成從陽(yáng)光到電能的完整鏈條太陽(yáng)能電池板：核心部件，將光能轉(zhuǎn)化為直流電。逆變器：將太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為交流電（滿足家庭和工業(yè)用電需求）。蓄電池：儲(chǔ)存多余電能，供陰天或夜間使用（離網(wǎng)型系統(tǒng)必備）。控制器：調(diào)節(jié)充放電過(guò)程，保護(hù)蓄電池和電路，防止過(guò)充過(guò)放。輸電線路：將電能輸送到用電設(shè)備或電網(wǎng)（并網(wǎng)型系統(tǒng)可向電網(wǎng)供電）。系統(tǒng)類型離網(wǎng)型：獨(dú)立運(yùn)行，適用于無(wú)電網(wǎng)地區(qū)（如偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村、戶外設(shè)備）。并網(wǎng)型：與公共電網(wǎng)連接，多余電能可出售給電網(wǎng)（城市光伏發(fā)電站常用）。幻燈片7：光伏發(fā)電的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)清潔能源的雙面性優(yōu)勢(shì)環(huán)保無(wú)污染：發(fā)電過(guò)程中不排放二氧化碳、二氧化硫等污染物，減少溫室效應(yīng)和酸雨?？稍偕茉矗禾?yáng)能取之不盡、用之不竭，不受資源分布限制。維護(hù)成本低：太陽(yáng)能電池板壽命長(zhǎng)（20~30年），運(yùn)行中幾乎無(wú)機(jī)械磨損。分布式發(fā)電：可在屋頂、空地等分散安裝，減少輸電損耗。挑戰(zhàn)間歇性：受晝夜、天氣影響，發(fā)電不穩(wěn)定（需搭配儲(chǔ)能設(shè)備或并網(wǎng)調(diào)節(jié)）。初期成本高：太陽(yáng)能電池板和逆變器的制造及安裝成本較高。能量密度低：需要較大面積的電池板才能產(chǎn)生足夠電能（占地面積大）?；脽羝?：半導(dǎo)體與光伏發(fā)電的跨學(xué)科聯(lián)系多學(xué)科知識(shí)的融合物理學(xué)：半導(dǎo)體的導(dǎo)電性原理、光生伏特效應(yīng)、能量轉(zhuǎn)化規(guī)律（光能→電能）。化學(xué)：半導(dǎo)體材料的提純與制備（如硅的冶煉）、電池板的化學(xué)穩(wěn)定性研究。工程學(xué)：光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝與優(yōu)化，提高發(fā)電效率和可靠性。環(huán)境科學(xué)：光伏發(fā)電對(duì)減少碳排放、改善空氣質(zhì)量的貢獻(xiàn)，新能源政策研究。經(jīng)濟(jì)學(xué)：光伏發(fā)電的成本分析、投資回報(bào)周期，與傳統(tǒng)能源的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比。幻燈片9：光伏發(fā)電的生活應(yīng)用實(shí)例從家庭到大型電站家庭光伏電站：在屋頂安裝太陽(yáng)能電池板，滿足家庭用電需求，多余電能并網(wǎng)賺錢（“光伏屋頂”計(jì)劃）。光伏路燈：自帶太陽(yáng)能電池板和蓄電池，白天充電、夜間照明，無(wú)需鋪設(shè)電線（適用于鄉(xiāng)村道路）。大型地面光伏電站：在沙漠、荒地集中建設(shè)大規(guī)模光伏陣列，為電網(wǎng)提供清潔能源（如青海、甘肅的光伏基地）。光伏交通：太陽(yáng)能汽車、太陽(yáng)能游艇，利用光伏發(fā)電提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)零排放出行?；脽羝?0：實(shí)踐活動(dòng)——制作簡(jiǎn)易太陽(yáng)能裝置體驗(yàn)光伏發(fā)電的樂(lè)趣活動(dòng)目標(biāo)通過(guò)組裝簡(jiǎn)易太陽(yáng)能裝置，理解光伏發(fā)電的基本原理，培養(yǎng)動(dòng)手能力。所需材料小型太陽(yáng)能電池板（1塊）、小電機(jī)（1個(gè)）、扇葉（1個(gè)）、導(dǎo)線（若干）、開關(guān)（1個(gè)）、支架（可選）。操作步驟用導(dǎo)線將太陽(yáng)能電池板的正負(fù)極與電機(jī)的正負(fù)極連接，串聯(lián)開關(guān)。將扇葉安裝在電機(jī)軸上，將裝置放在陽(yáng)光下（或強(qiáng)光照射處）。閉合開關(guān)，觀察電機(jī)是否轉(zhuǎn)動(dòng)（陽(yáng)光越強(qiáng)，電機(jī)轉(zhuǎn)速越快）。用陰影遮擋太陽(yáng)能電池板，觀察電機(jī)轉(zhuǎn)速變化（光照減弱，電流減小，轉(zhuǎn)速變慢）?，F(xiàn)象分析太陽(yáng)能電池板將光能轉(zhuǎn)化為電能，電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，體現(xiàn)“光→電→機(jī)械”的能量轉(zhuǎn)化。幻燈片11：半導(dǎo)體與光伏技術(shù)的發(fā)展前景未來(lái)能源的重要方向高效電池研發(fā)：開發(fā)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（轉(zhuǎn)換效率更高）、柔性太陽(yáng)能電池（可彎曲，適用于更多場(chǎng)景）。光伏與建筑結(jié)合：光伏幕墻、光伏瓦片，使建筑物自身成為發(fā)電站（“光伏建筑一體化”）。儲(chǔ)能技術(shù)突破：研發(fā)高性能蓄電池（如鋰電池、氫儲(chǔ)能），解決光伏發(fā)電的間歇性問(wèn)題。全球能源轉(zhuǎn)型：光伏發(fā)電成本持續(xù)下降，有望成為未來(lái)主要能源之一，助力實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)?；脽羝?2：課堂小結(jié)核心知識(shí)點(diǎn)回顧半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，具有熱敏性、光敏性和摻雜性，是電子器件的核心材料。光伏發(fā)電原理：利用半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)化為電能，核心元件是太陽(yáng)能電池板。系統(tǒng)組成：太陽(yáng)能電池板、逆變器、蓄電池、控制器等，分為離網(wǎng)型和并網(wǎng)型?？鐚W(xué)科價(jià)值：融合物理、化學(xué)、工程等多學(xué)科知識(shí)，是清潔能源開發(fā)的重要領(lǐng)域。應(yīng)用與前景：廣泛應(yīng)用于家庭、交通、能源等領(lǐng)域，未來(lái)將在全球能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮關(guān)鍵作用。幻燈片13：課后任務(wù)調(diào)研題：調(diào)查當(dāng)?shù)厥欠裼泄夥娬净颉肮夥蓓敗?，了解其裝機(jī)容量和年發(fā)電量，撰寫簡(jiǎn)短調(diào)研報(bào)告。設(shè)計(jì)題：設(shè)計(jì)一個(gè)“未來(lái)太陽(yáng)能住宅”，畫出示意圖并說(shuō)明如何利用光伏發(fā)電滿足家庭能源需求。思考題：光伏發(fā)電與傳統(tǒng)火力發(fā)電相比，對(duì)環(huán)境有哪些具體好處？結(jié)合焦耳定律分析火力發(fā)電的污染來(lái)源?；脽羝?4：結(jié)束頁(yè)知識(shí)拓展與呼吁能源革命：半導(dǎo)體技術(shù)推動(dòng)了光伏發(fā)電的發(fā)展，而光伏發(fā)電正在改變?nèi)蚰茉唇Y(jié)構(gòu)，每個(gè)人都可以成為清潔能源的使用者和推廣者。行動(dòng)倡議：關(guān)注新能源技術(shù)，節(jié)約用電，支持光伏等清潔能源的發(fā)展，共同守護(hù)綠色地球。2024教科版物理九年級(jí)上冊(cè)授課教師：

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6.4跨學(xué)科實(shí)踐_半導(dǎo)體與光伏發(fā)電第6章

電功率aiTujmiaNg

不同的燈泡為什么亮度不同？每個(gè)燈泡上都有銘牌，銘牌上的數(shù)字都有什么物理意義？【實(shí)驗(yàn)】取一個(gè)標(biāo)有“3.8V1.5W”的電燈泡。把它接在3.8V的電路中，它正常發(fā)光。再分別把它接在2V和4V的電路中，觀察并比較它們的亮度?！粳F(xiàn)象】在低于3.8V時(shí)，燈泡發(fā)光暗淡；在高于3.8V時(shí)，燈泡強(qiáng)烈發(fā)光，甚至燈泡燒壞?！窘Y(jié)論】用電器消耗電功率隨著它兩端電壓的改變而改變?！绢~定電壓U實(shí)】實(shí)際加在用電器兩端的電壓?！绢~定功率P實(shí)】用電器在實(shí)際電壓下工作時(shí)的功率?！绢~定電壓U額】用電器正常工作時(shí)的電壓?！绢~定功率P額】用電器在額定電壓下工作時(shí)的功率。正常工作實(shí)際工作【特別注意】用電器的額定功率只有一個(gè)，而實(shí)際功率有很多個(gè)。U實(shí)=U額，則P實(shí)=P額：用電器正常工作。U實(shí)>

U額，則P實(shí)>

P額：可能燒毀用電器。U實(shí)<

U額，則P實(shí)<

P額：用電器不能正常工作?！居^察用電器的銘牌，理解其中的含義】PZ表示普通照明；220V是它的______電壓；100W是_______功率，是該燈泡在_______V工作時(shí)的電功率。額定額定220【觀察用電器的銘牌，理解其中的含義】

半導(dǎo)體單向?qū)щ?/p>

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閱讀材料，回答問(wèn)題。光伏發(fā)電

光伏發(fā)電在我國(guó)能源領(lǐng)域占據(jù)重要地位。光伏發(fā)電簡(jiǎn)易原理如圖，電池板上具有大量的不穩(wěn)定電子，當(dāng)太陽(yáng)光照射到電池板上時(shí)，這些電子獲得能量會(huì)定向移動(dòng)形成電流，電流通過(guò)控制器和逆變器就可以供我們生產(chǎn)生活所用。但光伏發(fā)電受環(huán)境影響較大，陰影遮擋是最常見(jiàn)的環(huán)境影響之一。（1）電池板中有兩層純硅摻雜形成的材料（如圖），其中電極1相當(dāng)于電源的____極（在電源內(nèi)部電流的方向是負(fù)C從電源的負(fù)極流向正極）；電池板的外殼材料選擇也有較高要求，其中下列性質(zhì)不是外殼材料所需具備的是___（填字母）。A.良好的導(dǎo)熱性B.良好的透光性C.良好的導(dǎo)電性D.良好的耐磨性

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閱讀短文，回答問(wèn)題。光伏發(fā)電

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)化為電能的一種技術(shù)。通常其工作系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池、控制器（未畫出）和蓄電池等部分組成，簡(jiǎn)化電路如圖所示。

（1）光伏發(fā)電是將光能轉(zhuǎn)化為____能。電

太陽(yáng)能電池

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定義說(shuō)明額定電壓用電器正常工作時(shí)的電壓用電器銘牌上標(biāo)定的電壓值就是額定電壓，常用

表示額定電