Методическая разработка урока "Полупроводники и полупроводниковые приборы"

 «Урок физики в 8 классе по теме «Полупроводники и полупроводниковые приборы»»

                                             учитель физики высшей квалификационной

 категории МБОУ «СОШ №22» г. Северодвинска

                    Попкова Наталья Фёдоровна,

               заслуженный учитель РФ

Цели урока:

•         Образовательная: познакомить учащихся со строением полупроводников, их собственной проводимостью и применением полупроводниковых приборов

•         Развивающая: продолжить формирование ИКТ технологий, развивать умение анализировать результаты экспериментов.

•         Воспитательная: содействовать воспитанию самостоятельности и ответственности

Задачи урока:

1. Изучить строение полупроводников и собственную проводимость полупроводников.
2. Экспериментально выявить свойства электрической проводимости полупроводников.
3. Познакомиться с некоторыми применениями полупроводниковых приборов.

Тип урока: урок «открытия» нового знания с использованием элементов системно- деятельностного подхода

Формы организации познавательной деятельности: фронтальная, групповая, индивидуальная

Урок «Полупроводники и полупроводниковые приборы» - это 19 урок темы «Электрические явления». Во многих  других УМК данный вопрос в 8 классе не изучается. Стало важно понять с помощью, каких УУД можно добиться успешного усвоения этой сложной темы? Для реализации принципа деятельности было решено провести фронтальные лабораторные опыты с целью самостоятельного выявления свойств электрической проводимости полупроводников. Так как готовых лабораторных работ по данной теме нет, то мне пришлось воспользоваться приборами из практикума по «Электродинамике» для 10 - 11 классов лаборатории "L-микро", естественно упростив схемы электрических цепей и разделив все работы на 4 группы. А для реализации принципа творчества и вариативности, а так же обучению ИКТ технологиям, желающим заранее были предложены сообщения с мультимедийными презентациями о применении полупроводниковых приборов.

1 этап урока – актуализация знаний и целеполагание.

Фронтальный опрос:

1.      Что такое электрический ток?

2.       Каковы условия существования электрического тока?

3.      Что такое проводник электричества?

4.      Что такое диэлектрик?

5.       Существует ещё один класс веществ, который называют полупроводниками. Почему их так называют?

6.       Как вы думаете, какой должна быть тема урока и  какую цель мы сегодня поставим?

Ответы на 5 вопрос выявили, что ученики плохо представляют, что такое полупроводники,  поэтому тему урока они назвали: «Полупроводники», цель урока «Понять почему полупроводники могут быть и проводниками и диэлектриками, какими свойствами обладают и где применяются.»

Учитель уточняет тему и цель урока.

2 этап урока  -изучение нового.

О строении полупроводников и их собственной проводимости рассказывает учитель, используя слайды 7-10 и метод беседы.

3 этап урока

Всех учеников необходимо  разбить на 4 группы, в каждой -  по 3 пары школьников, сидящих за одной партой. Они самостоятельно проводят фронтальные лабораторные работы по предложенным описаниям, АН.

Группа 1

Наблюдение зависимости сопротивления полупроводника от температуры.

Цель работы: экспериментально исследовать зависимость сопротивления полупроводника от температуры на примере терморезистора (термистора).

Оборудование: источник питания, ключ, резистор 68 Ом, терморезистор в герметичной оболочке, миллиамперметр до 5 mA, химический стакан.

Указания к работе:

1. Соберите установку в соответствии со схемой на рисунке.
2. Заполните стакан горячей водой, погрузите в неё термистера.
3. Наблюдайте за тем, как меняется положение стрелки миллиамперметра по мере нагревания термистера.
4. Сделайте вывод о том, как меняется сопротивление полупроводника при его нагревании (охлаждении).

Группа 2

Наблюдение преобразования энергии света в электрический ток с помощью фотоэлемента

Цель работы: провести наблюдение преобразования энергии света в электрический ток с помощью фотоэлемента

Оборудование: источник питания, ключ, фотоэлемент, миллиамперметр до 5 mA,.

Указания к работе:

1.  Соберите электрическую цепь питания лампы по рисунку №1
2. Присоедините выводам фотоэлемента миллиамперметр до 5 mA так, чтобы положительный вывод фотоэлемента подключался к положительной клемме миллиамперметра.
3. Расположите лампу на расстоянии 10 см напротив фотоэлемента, сняв с него защитную пластину.
4. Приближая лампу к фотоэлементу, наблюдайте за отклонением стрелки миллиамперметра.
5. Сделайте вывод о том, как меняется величина генерируемого тока от освещённости фотоэлемента

Группа 3

Наблюдение односторонней проводимости полупроводниковых светодиодов.

Цель работы: экспериментально проверить свойство односторонней проводимости полупроводниковых диодов на примере работы светодиода.

Оборудование: источник питания, ключ, светодиод с резистором.

Указания к работе:

1.Подключите к источнику питания плату светодиода с резистором в прямом направлении, так как изображено на схеме 1.

2. Подключите к источнику питания плату светодиода с резистором в обратном направлении , так как изображено на схеме 2.

3. Сделайте вывод о том, в каком случае светодиод излучает свет.

   

                        Схема 1                                            Схема 2

Группа 4

Работа транзистора в режиме электронного ключа

Цель работы: изучение работы транзистора в режиме электронного ключа

Оборудование: источник питания, ключ, лампа,  R₁ резистор 10 Ом,  R₂ резистор 1 кОм, транзистор

Указания к работе:

1. Соберите электрическую цепь, представленную на рисунке, первоначально без подключения резистора R_2. То есть последовательно соедините ключ, лампу,  R₁ резистор, транзистор и источник питания, так, чтобы «+» полюс источника соединялась с вводом Э (эмиттером) у транзистора. Замыкая ключ, убедитесь в том, что тока в цепи нет.
2. Подключите выводы резистора R_2. : один к выводу транзистора Б (база), другой к «+» полюсу источника тока.
3. По отсутствию свечения лампы убедитесь в том, что тока в цепи транзистора по прежнему нет.
4. Переключите левый по схеме вывод резистора R_2. к «-» полюсу источника тока и пронаблюдайте горение лампы.
5. Можете повторить опыты по переключению левого по схеме вывода резистора R_2. то к «-»  то к «+» полюсам источника тока.
6. Сделайте вывод о работе транзистора.

Затем , представители каждой группы озвучивают тему, цель работы и полученные выводы.

4 этап урока:

Сообщения с мультимедийными презентациями учащихся о применениях 1)термистеров, 2)фоторезисторов, 3)фотоэлементов, 4)диодов и транзисторов.

Так как работы с применением фоторезисторов не было, то рассказ учеников  учитель иллюстрирует опытом по выявлению зависимости сопротивления полупроводникового фоторезистора от освещённости (Слайд 16).

Свойство односторонней проводимости ученики увидели только на примере работы светодиода, поэтому рассказ по последней теме можно проиллюстрировать опытом по односторонней проводимости полупроводникового диода (Слайд 17), а при наличии осциллографа аналогичный опыт с получением осциллограмм переменного тока и прошедшего через полупроводник. Ещё один ученик кратко рассказывает о микросхемах и их применениях (Слайд 18)

5 этап урока – Обсуждение вопроса, «Какие свойства полупроводников легли в основу изготовления полупроводниковых приборов?»

В итоге получаются следующие пункты:

•         Односторонняя проводимость полупроводникового перехода

•         Зависимость сопротивления от температуры

•         Зависимость сопротивления от интенсивности падающего излучения

•         Способность преобразовывать световую энергию в электрическую

•         Способность преобразовывать электрическую энергию в световую,

 которые ученики записывают в тетрадь

6 этап урока – первоначальная проверка знаний.

Ответы на вопросы из сборника задач

18.9 Каковы носители заряда в полупроводниках?

18.12. Чем отличается электрический ток в полупроводниках от электрического тока в металлах?

18.17 Как перемещаются дырки по кристаллу полупроводника?

7 этап урока - Подведение итогов. Рефлексия.

Обсуждение вопросов:  Достиг ли урок заявленной цели?  О всех ли применениях полупроводников шла речь на уроке?  Какие применения полупроводников знаете вы?

8 этап урока Домашнее задание на выбор (2уровня сложности) (Слайд 22)

Используемая литература:

1. Генденштейн Л.Э. Физика. 8 класс. В 2 Ч. Ч. 1. Учебник для общеобразовательных учреждений/ Л.Э. Генденштейн, А.Б. Кайдалов, В.Б. Кожевников; под ред. В.А. Орлова, И.И. Ройзена. 3-е изд., стер. М. : Мнемозина, 2011.

2. Генденштейн Л.Э. Физика. 8 класс. В 2 Ч. Ч. 2. Учебник для общеобразовательных учреждений/ Л.Э. Генденштейн, Л.А. Кирик,И.М. Гельфгат ; под ред. Л.Э. Генденштейна 3-е изд., стер. М. : Мнемозина, 2011

3. Поваляев О.А., Степанов С.В., Хоменко С.В. Практикум «Электродинамика». Руководство к выполнению работ.

Далее прошло выступление по теме «Плюсы и минусы УМК Генденштейна Л.Э. Физика 7-9 классы».

Отмечу кратко то, что считаю положительным в данном УМК на начальном этапе, т.к. реализую его только 2 года в 7 и 8 классах:

• Учебники двухуровневые. Любой параграф разделён на две части – обязательный и «развитие темы». Он рассчитан на два урока. После каждого параграфа вопросы так же разделены на два уровня сложности.
• Содержание учебного материала подкрепляется примерами применения физических знаний в современных приборах, например, принцип работы ксерокса, мобильного телефона и т.п.
• После каждого параграфа самое главное собрано в рубрику «Что мы узнали?»
• После каждой главы – рубрика «Главное в этой главе»
• Увеличено число лабораторных работ. Очень полезна рубрика – «Домашняя лаборатория» для любопытных и любознательных
• Сборник содержит большое количество задач на пять уровней сложности, включая «Крепкие орешки» и «Домашние экспериментальные задачи»
• Считаю, что хорошо изложена тема «Взаимодействие тел» в 7 классе, она удачно подкреплена лабораторными работами.

Проблемы:

·         В тексте параграфа главные мысли и формулы не выделены, а значит, не эффективно используется зрительная память учащихся

·         В рубриках «Главное в этой главе» материал было бы эффективнее собирать в обобщающие таблицы и схемы, ученикам в них было бы проще ориентироваться, чем почти в сплошном тексте.

·         Некоторые лабораторные работы перегружены по содержанию, например, «Измерение линейных размеровтел и площади поверхности», «Измерение объёма жидкости и твёрдого тела», «закон Архимеда и гидростатическое взвешивание» и т.п.

·         В параграфе 19 давление жидкости на стенки сосудов объясняется текучестью жидкости (?)

·         Большие проблемы возникли в теме «Электрический ток» с логикой изложения учебного материала. Считаю, что лучше сначала учащимся усвоить величины, характеризующие ток (сила тока, напряжение, сопротивление), закон Ома для участка цепи, а затем в полном объёме, используя лабораторные работы, изучить законы последовательного и параллельного соединения проводников.

Вывод: работать по учебнику можно, но надо учитывать те сложности, которые возникают при его использовании.