2018-2019版高中物理 第三章 固體和液體 2 半導(dǎo)體學(xué)案 教科版選修3-3.doc

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2　半導(dǎo)體 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.知道半導(dǎo)體的特性.2.知道半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦?3.了解半導(dǎo)體三極管和集成電路的作用.4.知道光敏電阻、熱敏電阻、光電池和發(fā)光二極管的作用及其特點(diǎn)． 一、半導(dǎo)體的特性、晶體管、集成電路 1．半導(dǎo)體 (1)概念：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)． (2)特性 ①半導(dǎo)體的電阻率介于導(dǎo)體和絕緣體之間． ②通過控制半導(dǎo)體材料的雜質(zhì)濃度，可以控制半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能． ③一般情況下，金屬導(dǎo)體的電阻率與溫度成線性關(guān)系，而半導(dǎo)體的電阻率與溫度的關(guān)系較為復(fù)雜． (3)應(yīng)用：在信息技術(shù)、自動化控制、現(xiàn)代照明系統(tǒng)等方面應(yīng)用廣泛． (4)分類：N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體． 2．晶體管和集成電路 (1)晶體管 ①二極管：由PN結(jié)構(gòu)成，具有單向?qū)щ娦裕? ②三極管：具有放大信號或開、關(guān)電流的作用． (2)集成電路：由成千上萬個二極管、三極管、電阻和電容等元件構(gòu)成的芯片，其作用是對信息進(jìn)行存儲、處理、控制和顯示． 二、各種特殊性能的半導(dǎo)體器件 1．光敏電阻：一種受光照射，電阻率迅速下降的半導(dǎo)體器件，常用于一些自動控制的裝備中． 2．熱敏電阻：在溫度變化時，電阻率迅速變化的半導(dǎo)體器件．一種是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻；一種是正溫度系數(shù)熱敏電阻． 3．發(fā)光二極管：通電后能發(fā)光的半導(dǎo)體器件． [即學(xué)即用]　判斷下列說法的正誤． (1)半導(dǎo)體的電阻率與溫度的關(guān)系為線性關(guān)系．() (2)二極管可以將直流變成交流．() (3)光敏電阻是利用半導(dǎo)體材料在光照條件下其電阻率迅速下降制成的．(√) (4)所有熱敏電阻的阻值都隨溫度升高而減小．() 一、半導(dǎo)體的特性　晶體管、集成電路 [導(dǎo)學(xué)探究] 1．根據(jù)材料的導(dǎo)電性能，可以把固體材料分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體，你知道它們的電阻率分別處于什么范圍嗎？ 答案　導(dǎo)體的電阻率數(shù)值一般為10－8～10－6Ωm，半導(dǎo)體的為10－5～107Ωm，絕緣體的為108～1020Ωm. 2．與導(dǎo)體相比，半導(dǎo)體有哪些不同？ 答案　(1)半導(dǎo)體有摻雜特性． (2)半導(dǎo)體材料的電阻率與溫度的關(guān)系較為復(fù)雜． (3)有些半導(dǎo)體材料對溫度、光照非常敏感，當(dāng)溫度或光照發(fā)生微小改變時，電阻率可迅速發(fā)生變化． 3．你了解半導(dǎo)體材料的一些應(yīng)用知識嗎？ 答案　半導(dǎo)體材料可制作二極管、三極管、集成電路等． [知識深化] 1．半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能可由外界條件所控制，常見特性如表 特性名稱 特性內(nèi)容 用途 應(yīng)用實(shí)例 熱敏特性 半導(dǎo)體材料受熱后，電阻率隨溫度升高而迅速變化 熱敏電阻 熱敏溫度計(jì) 光敏特性 半導(dǎo)體材料受到光照時，電阻率迅速下降 光敏電阻 光電計(jì)時器 壓敏特性 半導(dǎo)體材料受壓時會改變電阻值 壓敏元件 稱重計(jì) 摻雜特性 摻入微量的雜質(zhì)可使導(dǎo)電性能劇增 晶體管 發(fā)光二極管 2.二極管 (1)結(jié)構(gòu)：N型半導(dǎo)體與P型半導(dǎo)體的結(jié)合體． (2)特點(diǎn)：單向?qū)щ娦裕? (3)應(yīng)用 ①半導(dǎo)體二極管具有單向?qū)щ娦?，即僅允許電流由一個方向通過元件； ②半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用：檢波、鑒頻、限幅、電源設(shè)備的整流電路、電源供給電路中的穩(wěn)壓等均應(yīng)用了半導(dǎo)體二極管． 3．三極管 (1)結(jié)構(gòu)：兩層N型夾入一層P型，或兩層P型夾入一層N型． (2)作用：放大信號或開、關(guān)電流． (3)用途：在晶體管收音機(jī)、電視機(jī)里用于放大信號；在計(jì)算機(jī)中作為開關(guān)和其他用途． 4．集成電路 (1)結(jié)構(gòu)：把許多二極管、三極管等晶體管，以及電阻、電容等元件做在一塊半導(dǎo)體芯片(硅晶片)上制成的電路． (2)特點(diǎn)：電信號在其中傳輸速度極快． (3)用途：各種電子儀表、家用電器、電腦之中，都包含有各種類型的芯片，用來對信息進(jìn)行存儲、處理、控制和顯示． 例1　關(guān)于半導(dǎo)體下列說法正確的是(　　) A．固體材料分兩類，一類是導(dǎo)體，另一類是絕緣體 B．半導(dǎo)體就是一半導(dǎo)電，即正方向?yàn)閷?dǎo)體，反方向?yàn)榻^緣體 C．半導(dǎo)體的電阻率與溫度成線性關(guān)系，即隨溫度升高而均勻增大 D．利用半導(dǎo)體的特性，可以制成各種不同性能的器件 答案　D 解析　半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間，故A、B錯；半導(dǎo)體的電阻率與溫度的關(guān)系較為復(fù)雜，負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減?。冒雽?dǎo)體的特性，可以制成各種不同性能的器件，故C錯，D對． 二、各種特殊性能的半導(dǎo)體器件 [導(dǎo)學(xué)探究]　請列舉一些半導(dǎo)體器件． 答案　熱敏電阻、光敏電阻等． [知識深化] 1．熱敏電阻的電阻率隨溫度升高可減小也可增大，光敏電阻在光照條件下電阻率迅速下降． 2．光電池 特性：將太陽輻射直接轉(zhuǎn)換成電能． 應(yīng)用：為衛(wèi)星、計(jì)算器等提供能量． 3．發(fā)光二極管(LED) 特性：通電后能發(fā)光． 優(yōu)點(diǎn)：效率高、壽命長，不易破損． 例2　(多選)如圖1所示，R1、R2為定值電阻，L為小燈泡，R3為光敏電阻，當(dāng)照射光強(qiáng)度減弱時(　　) 圖1 A．電壓表的示數(shù)增大 B．R2中電流增大 C．小燈泡的功率增大 D．電路的路端電壓增大 答案　BD 解析　當(dāng)光照減弱時，R3的阻值增大，則并聯(lián)部分的阻值增大，進(jìn)而并聯(lián)部分的電壓增大，流過R2的電流I2增大，B正確．由于外電路的阻值變大，路端電壓增大，D正確．電路的總電阻增大，則干路電流I干減小，由UR1＝I干R1知，電壓表的示數(shù)減小，A錯誤．由IL＝I干－I2知流過小燈泡的電流減小，則小燈泡的功率減小，C錯誤． 例3　(多選)在溫控電路中，通過熱敏電阻阻值隨溫度的變化可實(shí)現(xiàn)對電路相關(guān)物理量的控制．如圖2所示的電路，R1為定值電阻，RT為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，C為電容器．當(dāng)環(huán)境溫度降低時(　　) 圖2 A．電容器C的帶電荷量增大 B．電壓表的讀數(shù)增大 C．電容器C兩極板間的電場強(qiáng)度減小 D．R1消耗的功率增大 答案　AB 解析　當(dāng)環(huán)境溫度降低時，熱敏電阻阻值變大，電路的總電阻變大，由I＝知I變小，又U＝E－Ir，則電壓表的讀數(shù)U增大，B正確；又由U1＝IR1及P1＝I2R1可知U1變小，R1消耗的功率P1變小，D錯誤；電容器兩極板間的電壓U2＝U－U1，U2變大，由場強(qiáng)E′＝，Q＝CU2可知Q、E′都增大，故A正確，C錯誤. 1．(半導(dǎo)體的特性)下列物體中，用到了半導(dǎo)體材料的是(　　) A．智能機(jī)器狗　　　　　　 B．白熾燈泡 C．普通干電池 D．滑動變阻器 答案　A 2．(半導(dǎo)體器件)半導(dǎo)體溫度計(jì)是利用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻制造的．如圖3所示，如果待測點(diǎn)的溫度升高，那么(　　) 圖3 A．熱敏電阻變大，靈敏電流表示數(shù)變大 B．熱敏電阻變大，靈敏電流表示數(shù)變小 C．熱敏電阻變小，靈敏電流表示數(shù)變大 D．熱敏電阻變小，靈敏電流表示數(shù)變小 答案　C 一、選擇題 考點(diǎn)一　半導(dǎo)體的特性、晶體管、集成電路 1．如圖1所示的電子體溫計(jì)根據(jù)流過半導(dǎo)體制成的感溫頭的電流來反映人的體溫，這利用半導(dǎo)體(　　) 圖1 A．良好的導(dǎo)電特性 B．良好的絕緣特性 C．電阻隨溫度變化而變化的特性 D．電阻隨光照變化而變化的特性 答案　C 考點(diǎn)二　各種特殊性能的半導(dǎo)體器件 2．關(guān)于光敏電阻，下列說法正確的是(　　) A．受到光照越強(qiáng)，電阻越小 B．受到光照越弱，電阻越小 C．它的電阻與光照強(qiáng)弱無關(guān) D．以上說法都不正確 答案　A 3．如圖2所示，定值電阻R1，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT，小燈泡L，當(dāng)溫度降低時(　　) 圖2 A．R1兩端的電壓增大 B．電流表的示數(shù)增大 C．小燈泡的亮度變強(qiáng) D．小燈泡的亮度變?nèi)? 答案　C 4．(多選)有定值電阻、熱敏電阻、光敏電阻三只元件，將這三只元件分別接入如圖3所示電路中的A、B兩點(diǎn)后，用黑紙包住元件或者把元件置入熱水中，觀察歐姆表的示數(shù)，下列說法中正確的是(　　) 圖3 A．置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是熱敏電阻 B．置入熱水中與不置入熱水中相比，歐姆表示數(shù)不變化，這只元件一定是定值電阻 C．用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)變化較大，這只元件一定是光敏電阻 D．用黑紙包住元件與不用黑紙包住元件相比，歐姆表示數(shù)相同，這只元件一定是定值電阻 答案　AC 解析　熱敏電阻的阻值隨溫度變化而變化，定值電阻和光敏電阻不隨溫度變化；光敏電阻的阻值隨光照變化而變化，定值電阻和熱敏電阻不隨光照變化． 5．(多選)如圖4所示的電路中，電源電動勢為E，內(nèi)阻為r，RT為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，R為光敏電阻，閉合開關(guān)后，小燈泡L正常發(fā)光，由于環(huán)境條件改變(光照或溫度)，發(fā)現(xiàn)小燈泡亮度變暗，則引起小燈泡變暗的原因可能是(　　) 圖4 A．溫度不變，光照增強(qiáng)　　　　 B．溫度升高，光照不變 C．溫度降低，光照增強(qiáng) D．溫度升高，光照減弱 答案　AC 解析　由題圖可知，當(dāng)光敏電阻阻值減小或熱敏電阻阻值增大時，小燈泡L都會變暗，結(jié)合光敏電阻和熱敏電阻特性可知，A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯誤；若光敏電阻阻值減小的同時，熱敏電阻的阻值增大，小燈泡L也會變暗，C項(xiàng)正確；若熱敏電阻阻值減小，光敏電阻阻值增大，則小燈泡變亮，D項(xiàng)錯誤． 6．上海世博會場里很多的照明燈是LED燈，LED燈是一種新型的高效節(jié)能光源，它的核心元件是發(fā)光二極管．現(xiàn)在用的發(fā)光二極管主要是由下列哪種材料制成(　　) A．陶瓷材料 B．金屬材料 C．半導(dǎo)體材料 D．納米材料 答案　C 7．如圖5所示的電路中，電源兩端的電壓恒定，L為小燈泡，R為光敏電阻，LED為發(fā)光二極管(電流越大，發(fā)出的光越強(qiáng))，R與LED相距不遠(yuǎn)，下列說法中正確的是(　　) 圖5 A．當(dāng)滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率增大 B．當(dāng)滑動觸頭P向左移動時，L消耗的功率減小 C．當(dāng)滑動觸頭P向右移動時，L消耗的功率可能不變 D．無論怎樣移動滑動觸頭P，L消耗的功率都不變 答案　A 二、非選擇題 8．(半導(dǎo)體器件)如圖6所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，再將多用電表的兩支表筆分別與光敏電阻R的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中央．若用不透光的黑紙將R包裹起來，表針將向________(填“左”或“右”)擺動；若用手電筒的光照射R，表針將向________(填“左”或“右”)擺動． 圖6 答案　左　右 解析　光敏電阻受光照越強(qiáng)，電阻越小，所以將R用不透 光的黑紙包起來，電阻增大，表針向左擺動；若用手電筒的光照射R，電阻減小，表針向右擺動． 9．(半導(dǎo)體器件)如圖7所示，將多用電表的選擇開關(guān)置于歐姆擋，再將多用電表的兩支表筆與負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT的兩端相連，這時表針恰好指在刻度盤的正中央．若在RT上擦一些酒精，表針將如何擺動？若用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，表針將如何擺動？ 圖7 答案　見解析 解析　由于酒精蒸發(fā)，熱敏電阻RT溫度降低，電阻值增大，表針應(yīng)向左擺動；用吹風(fēng)機(jī)將熱風(fēng)吹向電阻，熱敏電阻RT溫度升高，電阻值減小，表針將向右擺動．