半导体P-N结形成及其电压电流特性教学设计

第一篇：半导体P-N结形成及其电压电流特性教学设计

“半导体P-N结形成及其电压电流特性”教学设计

专业：应用物理（光伏方向）主讲：曾涛

适用对象：本科3年级学生 教学背景：

太阳能电池是一种将光能直接转化成电能装置，如果太阳电池要正常工作就必须进过以下四个过程：

① 必须有光的照射，光可以为单色光、太阳光或者模拟太阳光； ② 光子注入到半导体内后，产生电子-空穴对，且有足够长的寿命以保证在分离之前不会发生复合现象；

③ 电池器件体内存在一个驱动力，在其作用下使得电池体内电子-空穴对分离，电子集中在一边，而空穴集中在另一边。目前绝大部分太阳能电池都是利用P-N结形成的静电场促使电子-空穴分离；

④ 被分离的电子和空穴经由电极收集后流进外电路。

由以上四个过程可以看出，半导体P-N结可以看成太阳能电池的“心脏起搏器”，其特性直接影响到太阳能电池的工作效率。因此，了解和掌握半导体P-N结形成以及其电流电压特性是进一步学习太阳能电池器件物理的基础。教学目标：

1、了解半导体P-N结定义；掌握内建电场、空间电荷、空间电荷区、扩散电流及漂移电流等相关概念；理解半导体P-N结如何形成，其实质是什么。

2、利用“内建电场”性质判断半导体P-N结电流-电压特性，引导学生得出“正偏导通，反偏截止”的结论。

教学方法：

本节课以课堂讲授法为主，通过多媒体中的动画演示辅以文字说明完成上述两点教学目标；以“专业背景及前置知识的引入-半导体P-N结相关知识讲解（穿插提问、引导、解答等师生互动）-课堂小结”等环节组织教学活动。课程设计： 1.专业背景及前置知识的引入：

P-N结是多数半导体器件的核心、是集成电路的重要组成部分、也是我们这个专业方向研究的主要对象-太阳能电池的主要构成单元。因此，了解PN结的性质，如它的电压-电流特性，是掌握太阳能电池如何实现光电转化原理的基础（让学生意识到本节课与其专业的相关性）。

既然要学习P-N结，其组成部分P型半导体与N型半导体各自的定义（以提问的形式引出）。

结合PPT讲解：P型半导体：在硅（或锗）晶体中掺入微量的三价元素硼，空穴是多子，电子是少子，空穴是主要导电机构，因此我又把P半导体叫做空穴半导体；N型半导体：同样是在硅（或锗）晶体中掺入为微量的五价元素磷，电子是多子，空穴是少子，电子是主要导电机构，我们把N型半导体叫电子半导体。

2.半导体P-N结相关知识讲解

提出问题1：既然，现在我们知道了P型半导体和N型半导体，那么大家想象下，如果我们这两种不同导电类型的半导体结合起来，在两者结合的界面处将会是个怎样情况？（让学生思考片刻，看学生反应，接下来结合PPT内容讲解）

结合PPT第4页图2讲解引出内建电场（以及方向由N指向P）、空间电荷、空间电荷区概念，理解他们的形成原因就是P、N型半导体多数载流子相互扩散造成的—驱动力载流子的浓度差。

提出问题2： “空间电荷区”是由多子的扩散运动造成的，那么这个扩散过程会不会一直持续下去呢？（让学生思考片刻，看学生反应，接下来结合PPT内容讲解）

结合PPT第4页图3、4引处热平衡状态下半导体P-N结概念，得出其实质就是载流子在内建电场作用下发生的漂移电流和在“浓度差”作用下引发的扩散电流由于大小相等，方向相反，因此相互抵消，达到一个动态平衡。得到一系列性质：空间电荷数量此时保持不变，空间电荷区宽度保持不变，该区内的内建电场强度为定值，因此给出问题2结论：扩散过程不会一直持续。

提出问题3：如果在热平衡状态下的PN结两端施加一定电压，情况又会是怎样的呢？（让学生思考片刻，看学生反应，接下来结合PPT内容讲解）结合PPT第5页图5、6给出在热平衡状态下半导体P-N结概念施加正、反向电压概念，从外加电压引发的电场方向与P-N结自身内建电场方向异同角度出发，正偏内建电场削弱，扩散电流增大（多子扩散，数量多）；反偏内建电场加强，漂移电流增大（少子漂移，热激发产生，数量少），因此得出结论：“正偏导通，反偏截止”的结论。

运用相关例子（PPT第6页图7硅基P-N结的电流-电压特性图）以及数学公式描述“正偏导通，反偏截止”的结论，使得学生理论结合实际，加深对该结论的理解。

3.课堂小结

给出P-N结半导体的准确定义：通过特殊的工艺（可以是我们书本上提到的扩散法，合金法，薄膜生长法，离子注入法），使一块半导体一边形成P型半导体，另一边形成N型半导体，在这两种半导体的交界处，就会形成一个具有特殊导电性能的过渡层，这个过渡层就是“空间电荷区”，我们将其称为P-N结。

提出问题4：那么就这个定义，在这里抛出个问题，是不是将P型半导体和N型半导体简单结合起来就制备成我们所需要的P-N结了呢，刚才我们的动画演示第4页图1、2就是这样的（诱发学生错误理解，看学生反应）？

给出答案：然不是，我们所说的P-N结，是指在P型半导体和N型半导体的在结合界面上有原子层次的共价键的键合，这意味结合界面是连续的，而不是简单物理意义上的结合，在定义里面就体现出一块半导体，我们是在一块半导体上制备的P-N结。

解决P-N结形成的原因：PN结的实体就是空间电荷区，形成原因就是多子扩散运动所造成的。

解析了PN为什么具有结特殊的导电性能原因，并得到以下两个结论： ① 给PN结加正向电压时，PN结呈现低阻，具有较大的正向扩散电流。② 给PN结加反向电压时，PN结呈现高阻，具有很小的反向漂移电流。一句话总结PN结的定义中所提到的特殊导电性能，“正偏导通，反偏截止”。教学总结：

1.本课程安排的内容由浅入深，课程设计中所涉及到的内容之间均已提问的形式进行衔接，以加强课程设计的逻辑性，进而引导学生循序渐进的掌握知识要点，降低学习难度。

2.在教学时，采用“提问-误导-反问-回答-总结”为主的启发式教学，强化学生对知识要点的掌握。在课程设计内容基础之上适当发散，彰显教师导向性和学生主体性。

第二篇：电流电压电阻教学反思

《电流电压电阻》复习课教学反思

电流、电压、电阻，是新版初中物理九年级第五至七章的内容。电流、电压、电阻是电学中最基本也是最重要的三个物理量，它们是学习电学其他物理概念的基础，是掌握电学中的物理规律、认识电学中的物理现象所必不可少的知识。这几章的主要内容有：电流的概念和单位，电流表的使用，电压的作用、大小和单位，电压表的使用，电阻的概念、大小决定因素和变阻器。

目前的教学是处在九年级下学期第一轮总复习阶段，对于这三章内容的复习关系到整个电学的复习，能够清晰地掌握好电流、电压、电阻这三个物理量为学生后续课程的复习奠定坚实的基础。

教学过程符合复习课的特点：低起点、小坡度，远着眼，考点多，容量大，结构完整。以考点为先导，讲练结合，突出以学生为主体。但也存在一些问题：过于重视基础知识的传授，忽略了学生自己动手能力的培养，以教师黑板演示连接代替了学生的书写；在考点练习之后没有立即就出现针对性练习；习题讲解之后也没有进行必要的总结。因此在今后的复习中一定要注意这些问题，要注重对学生能力的培养，以课程改革为标准，加强素质教育，争取在今年的毕业考试中取得优异的成绩。

第三篇：电流与电压和电阻关系 教学设计

教学内容：电流与电压和电阻的关系 教学目标：

1、通过实验探究电流跟电压、电阻的关系，经历科学探究的全过程。

2、会用电流表和电压表测量一段导体两端的电压和其中的电流。

3、会用滑动变阻器改变部分导体两端的电压。

4、进一步熟悉用控制变量法研究物理问题的思路；学会用图像研究物理问题；提高根据实验数据归纳物理规律的能力。

5、在收集、处理数据的过程中养成实事求是的科学态度。教学重点：电流与电压和电阻间定量关系的实验设计 教学难点：

1、电流与电压和电阻间定量关系的实验设计及学生对实验数据的分析、归纳并得出结论。

2、实物电路连接

教学方法：实验、归纳、对比

教具：电池，导线，电阻，小灯泡，电流表，电压表，开关，多媒体。教学过程：

一、复习：

1、电流是怎么形成的？

2、形成电流的原因？

3、什么电阻？

4、滑动变阻器有什么作用？

二、引入新课：

介绍几种不同用电器的电流值，引导学生提出“电流与哪些因素有关”，这个问题，让学生进行猜想，从而引入新课。

三、板书课题：电流与电压和电阻的关系

四、展示学习目标：（投影）

五、探究过程：

1、教师提出问题：导体中的电流与电压和电阻有着怎样的关系？

2、让学生进行猜想：（教师演示，学生观察从而进行猜想）

3、设计实验：（设计思路）

大体思路：（1）确定研究方法

（2）实验分成几部分、先做什么，后做什么等。

具体思路：（1）测量仪器的选择（2）实验电路设计（画电路图）

（3）实验表格的设计

（一）引导学生（究电阻一定，电流与电压的关系的具体思路：

（1）测量仪器的选择：

①要测量什么物理量？

②需要什么测量工具？

③组成电路的最基本的四个部分。

④哪个是变量，怎样改变变量？(2)实验电路设计

①组成电路的最基本的四个部分。

②需要测什么量？用谁做为研究对象？

③改变某段导体两端电压用什么？

(3)表格设计

4、进行实验：

让学生进行仿真电路的连接，让学生观察，看连接时有没有问题，强调连接电路时应该注意的问题

5、分析与论证：

（1）让学生通过实物投影展示实验数据，并分析从而得出结论：电阻一定

电流与电压成正比。

（2）让学生根据数据做出图像，并通过实物投影展示并，进行分析进一步得出结论：电阻一定，电流与电压成正比。

6、评估与交流：

对自己的探究过程进行回顾、反思、哪些问题还不清楚，实验设计是否合理，操作中有没有错误，实验中会造成误差的因素可能有哪些。

（二）探究电压一定，电流与电阻的关系。

各小组独立完成，教师进行巡视。找学生进行数据分析得出结论。

六、练习：投影（导学案）

七、小结：

1、本节课你学到了哪些知识？

2、在探究过种中，你有哪些收获？

八、作业：导学案中的课后作业。

第四篇：电压教学设计

电压教学设计

(一)[教材]人教版九年义务教育初中物理第二册

(二)[教学目的]

使学生初步了解电压使电路中形成了电流，电源是提供电压的装置以及电压的国际单位是伏特。

(三)[教学重点]

电压的作用。

(四)[教学方法]

用对比法讲解电压。

(五)[教具]

支架，底部用乳胶管相连的玻璃瓶a、电珠，开关，导线。

(六)[教学过程]

b，伏打电池，小(一)引入新课

提问：电灯为什么会亮?电动机为什么会转动?

因为有电流通过。

电流是怎样形成的呢?

自由电荷定向移动形成电流。

怎样才能使自由电荷在电路中作持续不断地定向移动呢?

必须有电压。

(二)新课教学

1.为了使学生易于理解电压，先了解水压的作用。

取两个底部用乳胶管相连的玻璃瓶a、b，内装一定量的水，用支架固定，使a瓶中水位比b瓶水位高得多。同时教师在黑板上画图，并启发学生，边观察、边思考，并在原图上根据需要逐步添画，最后完成的图如图1所示。

这套装置的名称是什么?

连通器。

若把阀门k打开会有什么现象?

水由a流向b。

是什么原因使水由a流向b?

因为两瓶水位不同，hac>hbd，有高度差。(1)任取一液片e受到的压强pa>pb，在压强差pa-pb的作用下，小液片e向d移动，所以整个装置中形成由a向b的水流。若在f处装一架小水轮机，则水流对水轮机做功使它转动。但水流无法持久工作下去。当a、b两液面高度相同时，水流停止，水轮机也停止转动。这是因为压强差消失，水位差不存在了。

为了保持它的压强差(即水位差的存在)怎么办?

可以在a、b间装置一架小水泵p，不断地把b中的水抽向a中，保持a、b间的水位差。这样小水轮机f就可连续转动。它们之间的水压形成持续不断的水流。

由式可见：水压使水产生定向移动，形成水流，而流动的水可以做功。

2.电压形成了电流

演示：取一个伏打电池，把它的两个极板分别与小灯泡相连，当开关闭合，小电珠发光。表明有电流通过。

演示后，教师边讲、边画。最后板书。

伏打电池的正极a板(铜板)聚集有大量的正电荷，它是高电位。负极b板(锌板)聚有大量负电荷，它是低电位，a、b两板间存在有电位差，即电压。这个电压使得正电荷由正极向负极移动，负电荷由负极向正极移动(金属导体则属于后一种情况)。这样电路中的自由电荷由b向a作定向移动形成电流，小灯泡发光(电流做了功)。如果负极锌板上的多余的自由电子全部移到了正极铜板上和正电荷中和完毕，电路中就不再有电流了，小灯泡也停止发光。但是电池中的化学物质发生化学反应，使正极、负极各自始终保持有大量的正电荷及负电荷，使电路两端始终有一定的电压，电路中就有了持续电流存在。所以电源是提供电压的装置。它们之间的关系是：电源保持(提供)了电压，电压形成了电流。

由此可知，电压是使自由电荷作定向移动形成电流的原因，电源则是提供电压的装置。

3.电压的单位

不同的水泵可以使水管两端产生不同的水压，不同的电源在电路两端产生的电压也不相同。

电压用u表示

电压的单位是伏特，用v表示，简称伏。另有比伏特大或小的单位，它们的关系是：

1千伏(kv)=1000伏(v)1伏(v)=1000毫伏(mv)

1毫伏(mv)=1000微伏(μv)

需熟记的有几种电压：

1节干电池电压为1.5v，一个蓄电池电压为2v，照明电路电压为220v，对人体安全的电压不超过36v。

其他见教科书第75页图6-4。

(三)巩固新课

提问：电压的作用是什么?单位是什么?

(四)布置作业

1.复习课文，填写教科书第75页练习。

2.观察了解你家中各种用电器的电压(但要注意安全)。

(七)[板书设计]

由此可知：水压使水产生定向移动形成水流。

由此可知：电压使电路中自由电荷作定向移动形成电流。

2.电压的符号u

电压的国际单位：伏特(v)

1千伏(kv)=1000伏(v)

1伏(v)=1000毫伏(mv)

1毫伏(mv)=1000微伏(μv)

第五篇：电压教学设计

《6.1电压》教学设计

【教学目标】

一、知识与技能

1．初步认识电压的概念，知道电压的作用、电源是提供电压的装置。

2．能说出电压的单位和一些基本的电压值，并会进行单位换算。

3．能说出电压表的用途及规范使用电压表的方法。

4．相信自己能设计用电压表测量电压的简单电路图，初步学会使用电压表。

二、过程与方法

1．培养学生的观察、思考、分析、讨论、总结、归纳的能力。

2．培养学生提出问题、探究问题、悟物穷理的能力。

3．通过电压概念的建立，使学生领会类比这一研究问题的方法。

三、情感态度与价值观

1．通过介绍伏特故事，激励学生勤奋学习，乐于探索自然界的奥秘。2．通过对学生正确使用电压表技能的训练使学生学会阅读说明书，养成严谨的科学态度和工作作风。【重点、难点分析】

重点：1．电压的概念、电压的符号、单位及换算；

2．电压表的使用方法及读数。

难点：对电流形成原因（即电压含义）的理解。

【教具】电子白板板，干电池两节，灯泡、开关、电压表各一个，导线若干。【学具】学生电压表（每两人一只）【教学流程】

【板书设计】

第一节：电压

一、概念：电压是使电路中形成电流的原因，电源是提供电压的装置。

符号：U

单位：伏特，符号为 V

常用单位：“毫伏（mV）”“微伏（μV）”“千伏（kV）”

换算关系： 1kV=103 V

1mV=10-3 V 1μV=10-6 V

二、电压表：测量电压的仪表

使用电压表：一不、二要、三看清。【教学过程】

一、实验，提问，引入新课

实验：（学生演示）利用干电池、一只灯泡、开关、导线连接简单电路，使灯泡发光，并画出电路图。

问题：小灯泡为什么能发光？没有了电源电路中还有电流吗？

引入新课：为什么电路里必须有电源才会有电流？电流是怎样形成的？

二、新课教学

（一）认识电压

1．水流的形成：

（出示课件）思考：（1）水轮机在什么条件下会转动？在什么条件下又停止了转动？学生回答后师生小结：水压是形成水流的原因。水压消失水流停止，水轮机停止转动。（2）怎么样才能得到持续的水流？用抽水机提供水压，就能得到持续的水流。

板书：抽水机→水压→水流。

2．电流的形成：

（出示课件）类比水流的形成，得到电流的形成原因──电压。

板书：电源→电压→电流。电压是形成电流的原因。电源是提供电压的装置。

3．电压的单位：

（1）实验探究：怎样才能改变小灯泡的亮度？（通过改变电池的节数，即改变电池两端的电压）电压是有大小的。

（2）单位：（学生阅读课文后回答）

在国际单位制中，电压的单位是伏特，简称伏，符号是V，常用的电压单位还有千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（μV）。它们之间的换算关系是：1kV=1000V 1v=1000mV 1mV=1000μV。

（3）电源之父：伏特

伏特是意大利物理学家。善于思考、喜欢探求、勇于实践的他在青少年时期就开始了电学实验，他读了很多电学的书，他的实验超出了当时已知的一切电学知识。1800年3月20日他宣布发明了伏打电堆，这一神奇发明，对电学的研究具有划时代的意义，伏特被称为“电源之父”。后人为纪念这位著名的物理学家，把电压的单位规定为伏特。

（4）常见的电压值：（打出幻灯片）

一节干电池：1.5V

一个蓄电池：2V

家庭电路：220V

对人体的安全电压：一般不高于36V

（二）电压的测量──电压表

1、观察电压表，你可以获得哪些信息？（学生思考后回答）

标识：V。

在电路图中的符号。

三个接线柱：“－”、3、和15。标“－”的表示是“－”接线柱，另两个就是“+”接线柱。所标的“3”“15”是表示量程的大小，使用时一定要用“一正一负”的接线柱。

量程和分度值：接“－”和3时量程是0～3V，分度值是0．1V。接“－”和15时量程是0～15V，分度值是0．5V。

2、电压表的使用

幻灯片打出电压表使用要做到“一不二要三看清”：

一不：不能超过电压表的量程；

二要：电压表要并联在被测电路两端；

电流要从“+”接线柱流入，从“－”接线柱流出；

三看清：看清所用的量程；看清分度值；看清指针所指的位置。

3、电压表的读数（投影练习）

（三）归纳 ──电压表和电流表的异同（投影出示）

（四）应用举例

1、下列说法中正确是（）

A.电路两端有电压，电路中就一定有持续的电流 B.导体只要构成通路，导体中就会有电流 C.电压是电路中形成电流的原因 D.电路中有电流不一定有电压

2、关于电压表的使用，正确的是（）A.电压表不能直接测量电源电压，否则会烧坏 B.尽可能选大的量程，以免损坏电压表

C.经试触后，被测电压不超过小量程时，应选用较小量程 D.电压表接入电路时，不用考虑“+”“-”接线柱的接法

3、如图所示，要使电压表测灯L2两端的电压，正确的电路图是（）

4、将下图中的元件连接起来（用铅笔画线表示导线），其中灯泡L1和L2串联，电压表V1测L1两端的电压，V2测L1与L2串联后的总电压，并画出电路图。（用模拟实验探究）

三、课堂练习（略）

四、课堂小结（学生对照板书总结）

五、布置作业（略）

【课后反思】

本课的核心在于通过类比的方法，引出理解电压的概念，由于电压的概念比较抽象，运用电脑动画的手段将水压类比电压，既可以减小课堂时间，又对学生理解电压起到极大的帮助作用，效果较好。

学生用电压表每两人一个，让学生通过观察发现问题，进行提问；运用电子白板练习读数，增大可见度，学生的积极性易被调动起来，较好地突破了重难点。将电压表与电流表在此做一个对比，很好，学生的积极性也高，通过对比记忆也记得牢。

运用模拟电学实验箱，让学生练习电压表的连接，且可验证，学生兴趣很高，参与踊跃，效果也很明显。