第三节 半导体高二物理教案.docx
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第三节半导体高二物理教案
第三节半导体_高二物理教案
*第三节半导体
(一)教材人教社九年义务教育初中物理第二册
(二)教学目的
1.常识性了解什么叫半导体和常见的半导体材料.
2.常识性了解半导体具有的三种特殊的电学性能.
(三)教具
演示实验:
四节干电池,量程是5毫安的电流表,锗晶体二极管(2AP型)一只,玻璃外壳的三极管(如3AX型)一只,开关一个,导线若干.
(四)教学过程
1.复习
提问:
(1)什么是导体,什么是绝缘体?
(2)怎样比较材料导电性能的好坏?
(比较长度、横截面积和温度都相同的情况下,不同材料制成导体的电阻大小.)
2.引入新课
翻开课本看几种材料制成的长1米、横截面积1毫米2的导线在20℃时的电阻是10-1~10-2欧.举几个绝缘5的例子,长1米、横截面积是1毫米2的木材在20℃时的电阻约是10-14~1018欧,玻璃的电阻是1016~1020欧,橡胶的电阻是1018~1021欧.
由比较可见,在相同条件下,绝缘体的电阻比导体的电阻大十万亿(1013)倍以上.
3.进行新课
(1)什么叫半导体?
导电性能介于导体与绝缘体之间的材料,叫做半导体.
例如:
锗、硅、砷化镓等.
半导体在科学技术,工农业生产和生活中有着广泛的应用.(例如:
电视、半导体收音机、电子计算机等)这是什么原因呢?
下面介绍它所具有的特殊的电学性能.
(2)半导体的一些电学特性
①压敏性:
有的半导体在受到压力后电阻发生较大的变化.
用途:
制成压敏元件,接入电路,测出电流变化,以确定压力的变化.
②热敏性:
有的半导体在受热后电阻随温度升高而迅速减小.
用途:
制成热敏电阻,用来测量很小范围内的温度变化.
按图9连好电路,不要给学生画出电路图,告诉学生电路中的D中有半导体锗,让学生观察常温下电流表的示数(示数很小),再用手捏住D,或用点燃的火柴接近D,观察此时电流表示数(示数明显增大).
比较前后两次电流表示数,说明半导体的电阻随温度升高而减小.
③光敏性,有的半导体在光照下电阻大为减小.
用途:
制成光敏电阻,用于对光照反映灵敏的自动控制设备中.
先做实验,电路图见图10.用四节干电池串联作电源.图中三极管用玻璃外壳的三极管(例如3AX81),把外壳上的漆刮去,将三极管的发射极e、集电极c连入电路中.
在没有光照时,观察电流表的示数(示数很小),再用手电筒光照到管内锗片(PN结上),观察电流表的示数变化(示数明显变大).
比较前后两次电流表示数,说明半导体受到光照后电阻将大大减小.
4.小结
这堂课讲授了什么是半导体,一些常见的半导体材料,半导体的三种电学特性,正是由于半导体具有许多特殊的电学性质,所以它有着广泛的应用.
(五)说明
1.半导体这一内容,只要求做到常识性了解,不要讲得过深过难.这一部分知识是科学常识,又将学习第十五章有用的电子元件做准备,所以虽然是选学内容,还是讲讲为好.
2.半导体的热敏性和光敏性,最好是通过实验的观察得出结论,使学生获得感性知识,还可以提高学习兴趣.
第二节变阻器
(一)教材人教社九年义务教育初中物理第二册
(二)教学目的
1.知道滑动变阻器的构造和原理.
2.知道滑动变阻器上所标规格的含义.会用滑动变阻器改变电路中的电流.
3.知道电阻箱的构造,会读出电阻箱的示数.
(三)教具
1.学生实验:
学生电源一个,学生电流表一只,滑动变阻器一个,开关一个,小灯泡一只,导线若干条.
2.演示实验:
电源一个,演示电流表一只,滑动变阻器一个,小灯泡一只,开关一个,导线若干条,电阻箱一个,有四个接线柱的滑动变阻器一个.
(四)教学过程
1.复习
提问:
(1)导线电阻的大小是由哪些因素决定的?
(2)“长导线比短导线的电阻大”,这种说法对吗?
应该怎么说?
2.引入新课
提出问题:
剧场里的照明灯是怎么逐渐变暗的?
(将滑动变阻器、小灯泡串联后接入电路,闭合开关,移动滑片,做演示实验观察小灯泡亮度的变化.)
在不改变电源电压的条件下,在电路中串联了一个叫滑动变阻器的元件,移动滑片就能使小灯泡的亮度改变.这节课研究的课题就是变阻器.
3.进行新课
提出问题:
滑动变阻器是根据什么原理制成的?
分析演示实验的电路:
小灯泡的亮度变亮,说明通过它的电流变大,在电源电压不变的情况下,应当减小电路中的电阻.
提出问题:
根据决定导体电阻大小的因素,可以采取哪些方法减小导体的电阻?
哪种方法简便?
(有四种方法:
减小导体的长度、增大导体横截面积,选用电阻率更小的材料制成导体,降低导体的温度.其中用改变导体的长度来改变导体的电阻简便可行.)
做演示实验:
将一根较长的镍铬合金电阻线AB、小灯泡、电源、开关和演示电流表按图4所示电路串联起来.其中P是金属夹制成的触头,当P向左滑动时,电流表示数逐渐变大,灯逐渐变亮;P向右滑动时,电流表示数逐渐变小,灯逐渐变暗.
提问:
触头P移动时出现的现象说明了什么?
分析:
当触头P向左滑动时,电阻线AB接入电路部分变短,接入电路部分的电阻变小,电源电压一定,所以电路中的电流增大,电流表示数变大,灯变亮.
用触头在电阻线上滑动,改变接入电路部分电阻线的长度来改变电阻,这就是一个最简单的“变阻器”.
提出问题:
怎样改进,以方便实验的操作?
改进方法:
把电阻线绕在绝缘的瓷管上,并且瓷管上各匝线圈之间互相不接触,使触头P在线圈上滑动.
出示自制教具(图5),并用它替代图7—4电路中的AB部分,做演示实验.移动触头P,观察电流表示数和灯泡亮度的变化情况.并请同学上来分析.(分析过程同上,略)
用自己桌上的滑动变阻器实物跟图7—5所示的自制教具对比,弄清变阻器的构造和原理.
变阻器的构造要介绍瓷管、线圈是电阻率较大的合金线绕制而成,电阻线表面涂着绝缘漆,所以制成的线圈各匝之间相互绝缘,滑片就是自制教具中的触头P,为使滑片P跟电阻线接触良好,线圈上接触滑片的地方,绝缘漆被刮去,为了便于接线,将滑片套在金属棒上,金属棒右端安装有接线柱.
注意:
要强调滑片滑动时,改变的是线圈中A—P部分的长度.来达到改变接入电路中电阻的目的.
小结:
一、滑动变阻器
1.原理:
利用改变电路中电阻线的长度来改变电阻,从而改变电路中的电流强度.
2.构造、结构示意图和元件符号(图6).
提出问题:
怎样使用滑动变阻器?
利用投影幻灯片,也可以用电脑设计程序模拟电流流经变阻器的路径.同时配合演示实验.
接法:
将变阻器串联在电路中,要将变阻器的两个接线柱接入电路.(常见错误有两个:
一是将导线接到滑片上;二是将导线接到支架上,要注意纠正.)
分析过程要有序:
变阻器接入电路的是哪一段电阻线?
清片向右滑动时,这段电阻线的长度怎样改变?
变阻器接入电路的电阻怎样改变,电路中的电流怎样改变?
电流表的示数和灯的亮度怎样变化?
学生实验:
将滑动变阻器、小灯泡、学生电流表接入电路.做下面实验:
(1)滑片向右移动时,观察电流表示数和灯的亮度的变化.先分析再动手实验、观察.
(2)移动滑片使电流表示数变大,灯的亮度变亮.先分析再做实验.
(3)移动滑片使变阻器接入电路的电阻最大.先分析再做实验.
观察变阻器滑片上的铭牌,说明铭牌上的一组数值表示的含义.用投影幻灯表示出铭牌,见图7。
3.使用:
(1)串联在电路中.
(2)弄清滑片移动时,变阻器接入电阻线长度怎样变化,电阻怎样改变,电路中电流怎样变化?
(3)使用前应将滑片放在变阻器阻值最大位置.
(4)使用前要了解铭牌.铭牌上标有变阻器的最大电阻值和变阻器允许通过的最大电流值.
提出问题:
变阻器不能表示出连入电路的电阻值,能否有一种可以表示出阻值的变阻器呢?
引出电阻箱.
出示挂图,说明电阻箱的构造和读出电阻箱示数的方法.同时展示电阻箱的实物.
用投影幻灯片练习电阻箱读数三次.
小结:
二、电阻箱
1.能表示出接入电阻值大小的变阻器.
2.读数:
各旋扭对应的指示点的示数乘以面板上标记的倍数,它们之和就是电阻箱接入电路的阻值.
练习题:
如图8所示的电路中,滑动变阻器接入电路的是电阻线的______段,当滑片P向左移动时,连入电路的电阻变______,电路中的电流变______,电流表示数变______,灯泡变______.
发给每人一个有四个接线柱的滑动变阻器,请学生先观察它的构造和接线柱.结合它的结构示意图(课本上有此图)进行讨论:
(1)若将变阻器的B、C两个接线柱接入电路,变阻器的哪段电阻线连入电路?
当滑片P向右移动时,变阻器连入电路的电阻怎样变化?
做实验验证一下.
(2)把它连接在电路中,能有几种正确接法?
说出每种接法所用的是哪一段电阻线?
4.小结
这堂课的重点是滑动变阻器.要知道它的构造、原理和作用.会正确使用滑动变阻器,其中包括了解它的铭牌,使用前把滑片放在变阻器阻值最大的位置上,要把变阻器串联在电路中,并能判断滑片移动时,变阻器连入电路的电阻怎样改变,电路中的电流怎样变化.此外,要会读出电阻箱的示数.
(五)说明
1.旧教材中使用的滑动变阻器有四个接线柱,连入电路的方法有四种.新教材用的是只有两个接线柱的变阻器,连入电路的方法只有一种,跟旧教材相比,新教材的内容和要求都降低了,有利于教学.但在实验中往往用有四个接线柱的滑动变阻器.因此,为了将知识阔展,使有条件的学生会使用有四个接线柱的变阻器,可以增加这一内容.
2.滑动变阻器的使用,关键是弄清变阻器连入电路中的是哪一段电阻线,常见的错误是把金属棒接入部分也当成是电阻,这里应指出金属棒电阻几乎为零.
3.在滑动变阻器的教学中要注意培养逆向思维的能力.使学生不但知道滑片移动时,变阻器连入电路的电阻怎样改变,电路中电流怎样变化?
反之,给出变阻器连入电路的电阻变化或电路中电流的变化情况,也应会判定变阻器的滑片怎样移动?
4.关于电阻箱,新教材跟旧教材相比,突出了实用性,从道理上说明它的读数方法,只要求记住怎样读出电阻箱的示数就可以了.
教学目标知识目标
1、理解电势差是描述电场的能的性质的物理量,理解电势差与零点电势面位置的选取无关,熟练应用其概念及定义式进行相关的计算.
2、理解电势是描述电场的能的物理量,知道电势与电势差的关系,电势与零势面的选取有关,知道在电场中沿着电场线的方向电势的变化.
3、知道电势能,知道电场力做功与电势能改变的关系.
能力目标
利用学生已经掌握的知识进行类比、概括讲述新知识,培养学生对新知识的自学能力,逻辑推理能力,以及抽象思维的能力.
情感目标
通过对原有知识的加工,对新旧知识的类比、概括,培养学生知识自我更新的能力.
教学建议
教学建议
在本节内容中,涉及到电势的讲解,与前面所学的重力势能有相似的规律和原理,因此讲解时可以采取类比、概括这一物理教学中常用的教学方法.教材中首先导出电场力做功的特点,对比重力做功引起势能的变化,得到电势、电势差、电势能的概念,并指出电势能与电场力做功之间的关系:
电势能的改变==电场力做的功.
教法建议
在讲解中,知识点上需要明确的是:
(1)除了需要说明电势的单位以及标量性,还需要强调电势公式是定义式,电场中某一点的电势与电荷在电场中的电势能无关,与电荷的多寡无关;而电场中某点的电势与产生电场的源电荷有关,与该点在电场中的位置有关.
(2)关于电势公式的应用时,注意公式中物理量的正负,理解正负只是表示电势的高低而不是方向.
(3)关于电势的讲解:
一是需要注意的是零电势的选取(理论上以距离电场无限远处为零电势,实际上以大地的电势为零电势);二是电势沿着电场线的方向逐渐降低.
(4)电荷在电场中两点之间的电势能之差是确定的.
重点难点分析
1、本节重点是电势差的概念以及定义式的应用,电场力做功与电势能改变的关系;
2、本节的难点是电势差的定义以及电势能与电场力做功的关系.
关于讲解——整体思路的建议
电势、电势差、电势能的概念比较抽象,在讲解时可以通过引入重力场的有关概念进行类比,以增强知识的可感知性,这有助于学生的理解.但还需要注意的是,在讲解中不仅要掌握好教学的深度,同时要加强学生从不同的知识角度——能的角度、功能关系的角度学习本节知识,从一个更高的全面的基准点对已学知识进行综合,加强学生自身知识的再更新能力,这也是教师急需要注意的问题.
电势差、电势教学设计示例
一、复习引入
教师讲解(出示图片):
电场对放入其中的电荷有力的作用,对导体内部电荷同样有力的作用,此力可以做功,所以电场也有能的性质.下面我们从能量角度研究电场性质.
首先,我们先复习一下有关功的知识以及重力做功和重力势能的关系(如图)
一、功的量度:
二、重力做功:
1、重力做功只与位置有关、与经过的路径无关;
2、重力做功与势能的关系:
3、重力势能是相对的,有零势能面。
(人为选定)
4、重力势能的正负是相对于零势面而言的,不代表方向。
数值上等于把物体从该点移到零势能面处时,重力所做的功
同样,我们还研究过其它力做功,如分子力做功使得分子势能发生变化,弹簧的弹力做功引起弹性势能的变化,那么电场力做功的情形又是怎样的呢?
我们又是怎样来研究呢?
二、新授课
1、电势差
教师出示上图:
在某一点电荷+Q形成的电场中,将同一电荷放入电场的不同位置A、B两点,所受到的电场力是不同的,这是因为A、B两点的电场强度是不同的.为了研究问题的方便,我们以匀强电场为例,匀强电场中,电荷从A点移动到B点,电场力的大小为恒力,则电场力做功大小为:
(为Eq与S之间的夹角)
在这里:
是一个与电荷本身无关的量,
类似如重力做功也是与物体本身无关的物理量,只与重力场本身性质有关.
因此我们将这一比值叫做A、B两点间的电势差,用来表示电势差,单位伏特,简称伏,符号是V.电势差又叫电压.
(1V=1J/C)
电荷在场强为E的匀强场中,令电荷q由一点A移至另一点B时(如图)电场力所做的功,同样点电荷由A沿着某一曲线移至另一点C(AC在场强E的投影与AB相等)时电场力所做的功,与相等(具体证明可以类比重力做功,采用无限分割法进行证明),也就是说电场力做功与路径无关,仅与电荷运动的起末位置有关.此结论不仅适用于匀强电场而且适用于任何电场(在高中阶段不做具体证明).
这样电场力所做的功可以是正值或负值,所以两点间的电势差也可以是正值或负值.
教师总结:
(1)A、B两点之间的电势差可以是正值,也可以是负值,数值上等于单位正电荷从A点移动到B点时电场力所做的功;
(2)电势差的单位——伏特(V),当q电量为1C时在某两点间做功为1J,则这两点之间的电势差为1V;
(3)不论电场如何分布,电场力是恒力还是变力,电场力做功的大小都可以用计算得到;
2、电势
教师提出问题:
物体在重力作用下移动的高度差越大,重力势能的变化也越大.高度差即高度的差值,电势差也就是电势的差值,那么如何定义电场中各点的电势?
分析:
,若将B点的电势定义为零电势点,则A点的电势等于单位正电荷由A点移动到B点——零电势点(参考点)时所做的功.
教师强调:
电势通常用来表示.电场中某一点的电势,等于单位正电荷由该点移动到参考点(零点电势)时电场力所做的功.
电势差与零点电势的选取无关,但电势是相对零点电势而言的,与零点电势的选取有关.
分析书中图14-24:
提出问题:
在电场中沿着场强方向移动电荷,电场力做功,电势将如何变化?
分析:
沿着电场线的方向将单位正电荷由A点移动到B点,电场力做正功,电势差大于零,即,.
总结:
沿着电场线的方向,电势越来越低.
3、电势能
物体在重力场中具有重力势能,而电荷在电场中也具有能——电势能.
重力做功使物体重力势能减少,重力做多少功,重力势能就减少多少,减少的重力势能转化为动能或其它形式的能,那么电场力做功与电势能的变化有什么关系呢?
类似的:
(1)电场力做功使电荷的电势能减少;
(2)电场力做多少功,电势能就减少多少;
(3)减少的电势能转化为电荷的动能或其它形式的能.
教师指导学生阅读104页例题2归纳总结判断做功为正或负的方法.
方法
(1)可以在计算时将q、U的正负关系直接代入;
方法
(2)在代入数值时以绝对值代入,再判断电场力做功的正负.
4、总结:
(1)电场中两点间电势差,类同重力场中两点的高度差.
电势差:
(1V=1J/C)
U与W、q无关
(2)设定零电势点,由电势差定义各个点的电势:
电场中某一点的电势,等于单位正电荷由该点移动到参考点(零点电势)时电场力所做的功.
注意:
电势的大小与参考点的选取无关;
电势差的大小与参考点的选取无关.
(3),沿着电场线的方向,电势越来越低.
(4)电势能是电荷在电场中具有的能:
电场力做功,电势能减少;做多少功,电势能就减少多少.
电功率教案示例之二
电功率
(一)教学目的
1.掌握电功率的概念:
知道电功率的意义(反映电流做功的快慢)、定义(电流在单位时间内所做的功)、公式(P=UI)和单位(瓦);能综合运用已学知识计算用电器(只限于一个)的电功率问题。
2.理解额定电压、额定功率和实际功率的意义以及它们之间的关系。
(二)教具
1.标有不同额定电压和不同功率的灯泡各一个。
2.45伏左右的电源一个。
3.安培计、伏特计、变阻器各一个。
4.灯座一个、导线若干。
(三)教学过程
1.复习提问
(1)电功大小与什么有关?
电功的公式和单位是什么?
(2)电力机车上的电动机和电扇上的电动机。
哪个做的功多?
(引导学生如下回答:
不能确定,因为未告诉各自做功的时间。
在相同时间内,肯定电力机车做的功比电扇大得多,但如果电力机车做功时间很短,电扇工作时间很长,那就不一定了。
)
2.引入新课
由复习提问自然引入:
电力机车和电扇的电动机做功大小不好比较,那末它们做功究竟有什么不同呢?
(答:
做功快慢不同,电力机车在单位时间做的功多,电扇在单位时间做的功少)
为表示电流做功的快慢,引人电功率的概念。
3.讲授新课
(1)电流在单位时间内所做的功叫做电功率。
这个单位时间就是1秒钟,如果通电时间为t秒,电流所做的功为W焦,则电功率是
P=W/t
∵W=UIt
∴P=UI
即电功率等于电压与电流的乘积。
(2)电功率的单位。
第一册中学过功率的单位是瓦,即每秒钟做功1焦其功率为1瓦。
电功的单位也是焦,所以电功率的单位也是瓦。
由P=UI可知:
U的单位为伏,I的单位为安,P的单位就是瓦。
(以上均采用边讲边启发的方式得出)
电功率的单位还有千瓦
1千瓦=1000瓦。
l焦=1瓦·l秒=1瓦·秒
如P取千瓦,t取小时为单位,则得一电功的新单位:
千瓦时(kw·h)
1千瓦·时=1000瓦×3600秒=3.6×106瓦·秒
=3.6×106焦
联系上节课讲的电功单位“度”,可知
1千瓦·时=1度
注意:
“度”是生活中的说法,今后一律用千瓦·时。
(以上采用讲授方式)
(3)例题《以下例题应预先抄在小黑板上)。
例①一只小灯泡所用的电压是:
3伏,通过的电流是0.3安。
通电时间是100秒。
求电流所做的功和灯泡的电功率。
解I:
由W=UIt=3伏×0.5安×100秒=150焦。
P=W/t=150焦/100秒=1.5瓦。
解Ⅱ:
由P=UI=3伏×0.5安=1.5瓦。
W=P·t=l.5瓦×100秒=150焦。
两种解法是一样的,但解Ⅱ在计算上简便些.
例②一只电阻丝,接在40伏电路中,通过的电流是安,电阻丝的电功率是多少瓦?
如把它接在20伏的电路中,电阻丝的电功率又是多少?
解:
接在40伏电路中的电功率
P=UI=40伏×5安=200瓦
接在20伏电路中的电功率
∵R=U/I=40伙/5安=8欧
I′=U/R=20伏/8欧=2.5安
∴P′=U′I′=20伏×2.5安=50瓦
可见:
同一用电器(电阻不变)所加电压减小到原来的1/2,则电功率减小到原来的1/4,即电功率与所加电压的平方成正比。
(例①解后应强调思路和方法,例②解后应强调用电器的功率随所加电压的变化而变化)
(4)从例②中可以看出,同一个用电器在不同电压下,电功率是不同的。
可是为什么日常使用的用电器都有一定的功率值呢?
(演示课本讲述额定功率的实验。
取一标有电压和功率的小灯泡,分别接在标定电压、高于标定电压、低于标定电压的电路中,观察发光情况。
最后接入220伏的照明电路中。
灯泡浇毁)
所以我们说用电器的功率是多大时,必须指明电压是多少。
由于照明电路电压都是200伏,所以我们说15瓦的电灯。
1000瓦的路灯,40瓦的日光灯等等,都是指在220伏电压时的功率。
但在这些用电器上必须同时标明电压和功率。
(出示各种用电器,让学生认明标记)
不同厂家生产的用电器上的标记大同小异,如40瓦电灯泡,标记为“220伏40瓦”、“220V40W”、“PZ220梍40”等等。
用电器上标定的电压和功率叫做额定电压和额定功率。
用电器只有在额定电压下工作,其功率才是额定功率,只有在这种情况下使用,用电器工作才是正常的。
例如电灯在额定电压下正常发光,若电压低于额定电压,就发光暗淡,高于额定电压就发光强烈,时间长了就容易烧坏,若远高于额定电压,就立即烧毁;因此,使用用电器时,一定不要使电压高于额准电压。
%额定电压和额定功率是一切用电器的重要性能指标,一般都标在用电器上或使用说明书中。
(5)一些电器设备的功率。
(根据学生日常用到的电器设备举例)
指出:
①家用电器的额定电压均为220伏。
②小灯泡只标有额定电压如“1.5V”、“2.5V”、”3.8V”等。
最后指出:
功率大说明单位时间做功多,功率表示了电电器做功本领的大小。
如电炉1500瓦比500瓦发热快,电灯100瓦瓦比40瓦发光强等。
4.巩固练习
(l)本节课文中的例题(让学生不看书,自己解出来,然后和课本解法对照)
(2)有一标记为“12V3W”的灯泡,接在15伏电压的电路中:
①如果灯丝电阻不变,灯泡的功率是多少?
②实际上灯丝电阻是随温度升高而增大的。
设这时灯丝电阻是正常使用时电阻的1.2倍,灯泡的实际功率是多少?
解:
①灯丝额定电流I=P/U=3瓦/2伏=0.25安
灯丝电阻R=U/I=12伏/0.25安=48欧
电压为15伏时的电流
I1=15伏/48欧=5/16安
∴.功率P1=5/16安×5伏=4.7瓦
②灯丝实际电阻R′=l.2R=1.2×48欧=57.6欧
实际通过的电流
I2=15伏/57.6欧=0.26安
实际功率是P2=15伏×0.26安=3.9瓦
说朋:
在功率的计
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- 第三节 半导体高二物理教案 三节 半导体 物理教案