资源简介

1.理解半导体的基本特性及其在光伏发电中的应用原理
2.理解太阳能电池板将光能转化为电能的工作原理，以及影响其输出功率的因素。
3.结合物理、地理等学科知识，设计简单的光伏发电应用方案。激发对科学应用的兴趣，培养创新思维。 。
4.通过实验探究光伏电池的输出功率，提高项目设计及解决问题的能力。
同学们，大家看这漫山遍野的光伏电池板。荒漠山野之间，一块块光伏板静静接收阳光，把明媚的太阳光转化为电能。太阳能是清洁无污染的能源，可太阳光究竟是怎样变成电流的？这背后离不开半导体材料的神奇本领。今天我们就一起来学习半导体与光伏发电。
1.半导体：半导体是导电性能介于 和 之间的一些材料，如锗、硅、砷化镓等。
特性：发光二极管具有 ，二极管正向接入电路，正常发光；反向接入电路，不发光
2. 光伏发电
（1）原理：通过半导体材料将 直接转换为 的技术，其核心器件为太阳能电池。
（2）影响太阳能电池的输出功率的因素： 、 、 。
【例1】将A、B两种不同的金属片分别插入柠檬，制成“柠檬电池”，闭合开关S，发光二极管发光。B金属片是“柠檬电池”的________（选填“+”或“-”）极；该二极管是由_________（选填“导体”“半导体”或“超导体”）材料制成的。
【变式1-1】如图所示是我国自主研发的一款高性能处理器，其具有强大的计算能力和低功耗性能。该处理器的成功研制将有助于提升我国在计算机硬件领域的自主创新能力，打破国外技术垄断，推动国内芯片产业的发展。制作该芯片需要_________（选填“半导体”或“超导体”）材料，该处理器正常工作时，相当于电路中的__________（选填“电源”或“用电器”）。
【变式1-2】半导体制冷技术是用于电脑元件散热的前沿科技。如图所示是半导体制冷的原理图,图中标有“N”和“P”字样的材料分别叫作N型半导体和P型半导体。把N型半导体元件和P型半导体元件串联,接上直流电源后，半导体材料的两端会产生温度差,在电流方向是N→P的地方吸热,而在电流方向是P→N的地方放热。则靠近电脑发热体（CPU）的是________（选填“ A”或“B”）陶瓷片。该散热元件中的电源_________（填“可以”或“不可以”）直接用交流电源。
【例2】如图甲所示的光敏电阻，其阻值R随光强E光强是表示光的强弱程度的物理量，照射光越强，光强越大。光强用符号E表示，国际单位为坎德拉（cd）]的变化关系如图乙所示。把它接在图丙所示的电路中，其中R是光敏电阻，R0是定值电阻。
（1）光敏电阻主要是由__________（选填“超导体”“导体”“半导体”或“绝缘体”）材料制作而成的。
（2）由图乙可知：当光强增大时，光敏电阻的阻值________（选填“增大”“不变”或“减小”）。
（3）在图丙中，当光强为1.0 cd时，闭合开关后，电流表的示数为0.1 A，电压表的示数为2 V，则定值电阻R0的阻值为________Ω；当光强增大到6.0 cd时，电压表的示数________（选填“变大”“不变”或“变小”）。
【变式2-1】太阳能发电系统中，白天太阳能电池板发电，向电网提供电能。中午时段，太阳能电池板的输出电压为500 V，输出电流为20 A，10 h可以为电网提供电能_________kW·h；这些电能可供额定功率为2000 W的热水器正常工作_________h。
【变式2-2】我国天宫空间站使用4对柔性三结砷化镓太阳能电池板来发电，它的技术非常先进，光电转换效率超30%。下列说法正确的是 （　　）
A.太阳能电池板所用材料三结砷化镓是超导体
B.太阳能电池板面积越大，发电效率越高
C.太阳能电池板工作的效率超30%，表明太阳能电池板把至少30%的太阳能转化为化学能
D.太阳能电池板工作的效率超30%，表明太阳能电池板把至少30%的太阳能转化为电能
一、单选题
1.我国自主研发的IGBT芯片（如图所示）是高铁强劲有力的心脏，这一重大突破使得我国一举打破了高端IGBT芯片长期受制于人的局面。制造芯片的硅材料是（　　）
A.导体 B.绝缘体 C.半导体 D.超导体
2.2024年9月20日，华为最新的三折叠屏手机发售，该手机搭载了麒鳞9010芯片。芯片是指含有集成电路的硅单晶片，芯片的主要材料是（　　）
A.超导体 B.导体 C.绝缘体 D.半导体
3.我国华为公司发布的昇腾910D商用的AI芯片，它是当前全球算力最强、训练速度最快的AI芯片，制造芯片的核心材料属于（　　）
A.超导体 B.绝缘体 C.导体 D.半导体
4.智能手机触摸屏的核心元件是压敏电阻，这种元件的材料是（　　）
A.半导体 B.超导体 C.导体 D.绝缘体
5.以下符合安全用电原则的是（　　）
A.插排破损后及时更换 B.不切断电源更换灯泡
C.电动车在楼道内充电 D.湿手拔下用电器插头
6.如图所示的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，下列关于智能手表说法错误的是（　　）
A.橡胶表带是绝缘体
B.铜的导电性优于铁，所以铜更适合做内部的导线
C.手表屏幕使用的发光二极管主要由半导体材料制成
D.手表里的芯片采用超导粉末冶金技术，超导材料制成的元件电阻很大
7.我国在一些领域取得了辉煌的成就，下列说法不正确的是（ ）
A.量子计算机中的二极管是由半导材料制成的
B.“雪龙”号利用自身重力破冰，说明力可以改变物体的形状
C.载人潜水器“奋斗者”号在水下下潜的过程中，受到水的压强不变
D.国产大飞机C919飞行时，机翼获得升力利用了流体压强与流速的关系
8.某家庭电路的构成如图所示，闭合开关S，LED灯发光、电风扇正常工作。下列说法正确的是（　　）
A.若开关S短路，不会引起空气开关跳闸
B.图中电风扇和LED灯串联
C.甲线为火线、乙线为零线
D.若入户零线出现断路，断开开关，试电笔插入插座左孔氖管会发光
9.如图所示，自制水果电池能使发光二极管发光，其中正极是铜片，负极是铝片，下列说法正确的是（　　）
A.发光二极管的发光部分是导体
B.导线中的电流方向与电子定向移动方向一致
C.导线中电流方向是从铝片流向铜片的
D.对调水果电池的正负极，发光二极管不能发光
10.（多选）人类已经进入了电气化时代，生产生活离不开各种材料。下列说法中正确的是（　　）
A.导体容易导电是因为内部的电荷都能自由移动
B.LED灯是由半导体材料制作的，具有单向导电性
C.导体和绝缘体之间有明显界限，它们不可以相互转化
D.绝缘体不容易导电是因为内部几乎没有可以自由移动的电荷
11.如图甲所示，某公园安装了一种智能路灯，它能够根据环境光照强度（简称：照度，单位：lx）和行人活动情况自动调节亮度。智能路灯上装有一个光敏电阻（阻值随照度的变化情况如图乙所示）和一个红外传感器（用于检测行人）。已知：路灯的亮度自动调节范围在20%（照度：100lx）至100%（照度：500lx）之间，且当环境照度低于30lx时，路灯会自动开启；当环境照度高于70lx时，路灯会自动关闭。此外，当红外传感器检测到行人时，路灯的亮度会在当前基础上增加20%，以提供更好的照明效果。以下说法正确的是（ ）
A.某晴天从期间，光敏电阻阻值逐渐减小
B.若光照强度为某一特定值，且有行人通过时，路灯亮度可能为最大亮度的
C.若路灯当前亮度为，有行人通过时，路灯亮度变为最大亮度的
D.一般来说，光敏电阻会安装在智能路灯的灯泡照射范围以外
12.上图是我国塔拉滩光伏发电园区，它是全球装机容量最大的太阳能发电基地。太阳能电池板的制作原料是硅，它是 （选填“半导体”或“超导体”）材料。
13.春晚舞台形似“穹顶”，该“穹顶”由154块超高清LED大屏幕组成，这些屏幕的连接方式是 联，LED屏是用 （选填“半导体”或“超导体”）材料制成的。
14.近期《哪吒》在海外上映，让世界人民感受到了中华民族优秀传统文化的魅力，如图所示，LED影院显示器使用的发光二极管利用的是 （选填“超导体”或“半导体”）材料，观众是通过 来辨别不同角色发出的声音。
15.如图甲是学生自制的调光台灯，灯珠为LED灯。
(1)从导电性来划分 LED灯的主要材料属于 。若接反不发光是因为它具有 性。
(2)如图乙所示是与灯珠串联的电位器的结构示意图，旋转调光按钮时，无论怎样调节，灯泡的亮度都不发生改变，他接入的是 接线柱。请根据此现象提出一个可探究性问题 。
16.我国目前能自主生产的手机CPU芯片采用7nm制程工艺，其中最小晶体管的栅极长度为7nm，等于 m。制成CPU芯片的材料硅（元素符号Si）是一种 体材料。CPU芯片表面覆盖着散热片，这是用 的方式降低芯片的内能。
17.小华用一个柠檬制作了水果电池。如图甲，当其闭合开关S后，发现发光二极管发光，电压表示数如图乙，则柠檬两端的电压为 V，甲图中，A为水果电池的 极，将发光二极管左右接线脚对调，闭合开关后不发光，是因为发光二极管具有 性；若断开开关，二极管不发光，A、B两金属片之间 电压（选填“有”或“没有”）。
神奇的半导体与光伏发电
漫山遍野的光伏板静静铺展在山野荒漠，将温暖的阳光转化为电能，为我们送来清洁的能源。这份把光能变成电能的奇迹，离不开半导体材料。
半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，硅、锗都是常见的半导体材料。纯净半导体导电性较弱，掺入微量杂质后，导电能力会大幅提升，由此制造出二极管、三极管等电子元件。二极管具有单向导电性，正向通电发光，反向接入电路就几乎没有电流。手机芯片、LED 灯、传感器，都依靠半导体才能工作，它撑起了信息时代。
太阳能电池也是一种半导体器件，可以直接把光能转化为电能。但它的输出功率不是固定不变的，光照强弱、光线入射角度、电池板的连接方式，都会影响输出的电压与电流。
我们还可以把光伏发电带到校园。设计校园光伏项目，要先调查校园环境、测算用电需求，通过实验探究太阳能电池的输出特性，确定光伏板最佳的安装角度与摆放方位。现实中，灰尘遮挡、光照不足，都会让实际发电量低于理论值。
光伏发电属于绿色能源，不消耗化石燃料，几乎没有污染。从小小的芯片，到广阔山野上的光伏电站，半导体改变着我们的生活。学习相关知识，我们不仅能看懂太阳能发电的原理，还可以动手设计方案，为校园用上清洁能源出谋划策。
【例1】+；半导体
【变式1-1】半导体；用电器
【变式1-2】A；不可以
【例2】（1）半导体；（2）减小；（3）20；变大
【变式2-1】100；50
【变式2-2】D
1.C 2.D 3.D 4.A 5.A 6.D
7.C 8.A 9.D 10.BD 11.ACD
12.半导体
13.并 半导体
14.半导体 音色
15.(1)半导体 单向导电
(2)AC 见详解
16. 7×10-9 半导 热传递
17.0.1 负 单向导电 有

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