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第六章　电功率
4　跨学科实践：半导体与光伏发电
知识点一　半导体
1．某公司自主研发了一种芯片，其制造工艺达到7nm，“芯片”所用的主要材料是　 　（填“半导体”或“超导体”），硅、锗等半导体材料的导电能力比钢、铝等金属的导电能力　 　（填“强”或“弱”）。
2．阅读短文，回答问题。
发热材料PTC
PTC是一种新型的半导体陶瓷材料，它以钛酸钡为主，渗入多种物质加工而成。目前，家用的陶瓷电热水壶、陶瓷暖风器就是用PTC材料做成的。PTC有一个根据需要设定的温度，称为“居里点温度”，低于这个温度时，其电阻值随温度的升高而减小；高于这个温度时，其电阻值随温度的升高而增大。用PTC材料制成的电热器具有发热、控温双重功能，应用十分广泛。图甲是家用电灭蚊器，它的发热部分就使用了PTC发热材料，其电阻值随温度变化的规律如图乙所示。电灭蚊器工作时通过发热体将电蚊香液加热并挥发出去达到灭蚊效果。
（1）由图乙可知，该PTC材料的“居里点温度”为　 　℃，此时PTC材料的电阻　 　（填“最大”或“最小”）。
（2）当发热体的温度高于60℃并继续上升时，电灭蚊器消耗的电功率会　 　（填“增大”“减小”或“不变”）。
（3）请再写出一个应用PTC材料在日常生活、生产中的应用：　 　（合理即可）。
知识点二　光伏发电
3．近年来，我国大力推行太阳能光伏发电。细心的小科发现南方、北方居民的太阳能电池板（如图甲）倾斜角度不同。小科联系了北方的朋友，于6月22日正午，利用1米长的木杆、卷尺和绘图工具，同时开展了测量太阳高度的实践活动。
（1）图乙是他们的测绘结果，则　 　（填“图1”或“图2”）是位于南方的小科测绘的。
（2）查阅资料：太阳能电池板的倾斜角度与正午太阳高度H之和等于90°时（如图丙），太阳能的利用率最高。为了获得更大的太阳能利用率，南方太阳能电池板的倾斜角度　 　（填“大于”或“小于”）北方。
（3）安装太阳能电池板时，还要考虑太阳方位。若在浙江丽水安装太阳能电池板，最佳朝向是朝　 　（填“南”或“北”）。
4．[2024·西城区期末]阅读短文，回答问题。
光伏发电
光伏发电是利用半导体界面的“光生伏特效应”而将光能直接转变为电能的一种技术。“光生伏特效应”简称“光伏效应”，是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差（电压）的现象。如图所示，太阳能电池内部的P型硅和N型硅结合在一起，它们的交界面附近的区域形成PN结。当适当频率的光照射PN结时，由于内建电场的作用，受激电子和空穴各自向相反的方向运动，电子收集到上电极，空穴收集到下电极，产生电动势，称为光生电压。这种由PN结的内建电场引起的光电效应，称为光生伏特效应。
与常用的火力发电系统相比，光伏发电具有众多优点：无枯竭危险；安全可靠，无噪声，无污染排放；无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电等。它是各国争相发展的一种发电方式。我国在光伏产业的各个领域都具备明显领先优势，发展空间十分广阔。
（1）太阳能电池板的下电极相当于电源的　 　（填“正”或“负”）极。
（2）如果请你为一个家庭安装太阳能电池板，假设这个家庭的平均日用电量是10kW·h，家庭所在地的平均日照时间是5h，太阳能电池板每平方米的平均输出功率为50W。为了满足这个家庭的用电需求，则需要安装的太阳能电池板的面积为　 　m2。
5．光伏发电的核心部件是光电板，光电板吸收太阳能的多少是技术关键，它与什么因素有关？小明猜想光电板吸收太阳能的多少可能与光电板的面积、光照时间、光电板的颜色有关。根据以上猜想，小明设计实验方案，进行了实验探究，实验数据记录如表。
序号 光电板的 面积/m2 光照时 间/min 光电板表面 所涂颜色 LED灯的发 光时间/min
1 0.1 10 黑色 30
2 0.1 20 黑色 60
3 0.3 10 黑色 90
4 0.1 10 白色 5
（1）该实验中光电板吸收太阳能的多少是通过　 　 反映的，这是　 　法。
（2）由表中　 　两组数据，可初步得到的结论是当光电板的面积和表面颜色相同时，光电板吸收太阳能的多少与光照时间有关，光照时间越　 　（填“长”或“短”），光电板吸收的太阳能越多。
（3）由表中1、4两组数据，可初步得到的结论是　 　。由表中数据分析可知，制作太阳能光电板用　 　色较好。
（4）该研究主要采用的研究方法是　 。
参考答案
1．半导体　弱　2.(1)30　最小　(2)减小　(3)空调的自动控温装置　3.(1)图2　(2)小于　(3)南　4.(1)正　(2)40　5.(1) LED 灯的发光时间　转换　(2)1、2　长　(3)当光电板的面积和光照时间相同时，光电板吸收太阳能的多少与光电板表面颜色有关　黑　(4)控制变量法

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