В процесі спостереження було проаналізовано недоліки та потрібний досвід вчителів, що стосується вивчення даної теми.
Враховуючи все це можна зробити такий висновок: методика викладання напівпровідників в школі розроблена недостатньо, зокрема немає повного рішення питань, які стосуються змісту навчального матеріалу і послідовності його вивчення. Мало приділяється уваги методиці і техніці демонстраційного і лабораторного експерименту, підбору навчального обладнання по напівпровідниках. Зовсім не підключають дітей до самостійних завдань. Не ознайомлюють з історією винаходу і застосування напівпровідникових приладів, що дуже цікавить дітей.
Все ж таки рішення цих питань в значній мірі визначає успіх вивчення напівпровідників в школі.
Враховуючи всі недоліки, труднощі, а також переваги, які було виявлено в результаті спостереження і спираючись на позитивний досвід вчителів ми хочемо запропонувати розроблену нами методику по вивченню теми "Електричний струм у напівпровідниках". Вважаємо, що дану тему слід розробити на п'ять уроків і вивчати в такій послідовності:
Урок 1. Основні властивості напівпровідників. Електрони провідності та дірки.
Урок 2. Власна і домішкова провідність напівпровідників.
Урок 3. Електронно-дірковий перехід. Напівпровідниковий діод та його застосування.
Урок 4. Лабораторна робота "Вивчення властивостей напівпровідникового діода".
Урок 5. Транзистор та його застосування.
Урок 1. Основні властивості напівпровідників. Електрони провідності та дірки.
Основний матеріал: напівпровідники (речовини, у яких питомий опір різко залежить від температури і освітленості); обумовленість залежності опору терморезистора від температури, а фоторезистора - від освітленості внутрішньою будовою кристала германію або кремнію (у нього атоми зв'язані ковалентним зв'язком); поява в кристалі вільних електронів і дірок, які забезпечують електропровідність напівпровідника при нагріванні (освітлені). Для того щоб виділити характерну особливість напівпровідників - дуже сильна залежність їх питомого опору від стану речовини: температури, освітленості тощо учитель обов'язково повинен продемонструвати один-два досліди [1], які б розкривали зміст теоретичних положень, порівнянь.
Щоб дещо поглибити уявлення учнів про напівпровідники ми пропонуємо дві нескладні демонстрації [27].
І.Визначення типу провідності напівпровідників.
Обладнання: два штатива, набір напівпровідникових пластин, тримач для напівпровідникових пластин, який виготовлений з будь-якого ізолюючого матеріалу у вигляді рамки, термозонд , електрометр, мідний стержень, з'єднувальні провідники.
В якості термозонду 1 (рис.3.1.1.)
можна скористатися електричним паяльником потужністю 20 - 40 Вт, який
закріплений у штативі (перед цим потрібно напильником заточити (загострити)
його кінець і з'єднати електрод паяльника з електрометром 2). Другий
(холодний) зонд 3 виготовляється з мідного стержня: один його кінець заточується,
другий під'єднається до електрометру, а сам зонд закріплюється в
штативі. В якості електрометра слід використати вольтметр на 10 -100 мВ або
міліамперметр на
А.
Для визначення типу провідності
напівпровідника достатньо встановити полярність термо - ЕРС, яка виникає між
холодним і гарячим зондами, які доторкуються до напівпровідникової пластини
закріпленої в тримачі 5. (Відстань між
зондами в місці дотику повинна бути = 1-5 мм). Внаслідок різниці температур
напівпровідникові виникає потік носіїв заряду, який спрямований від
гарячого до холодного зонду, що зумовлює появу термо -ЕРС. В результаті між
зондами виникає різниця потенціалів, значення і знак якої визначає
електрометр. Якщо напівпровідникова пластина має діркову провідність, то
полярність зонду 3 буде позитивною, а якщо електронну -негативною.
2.3находження питомого опору напівпровідника.
Обладнання: напівпровідникова пластина правильної форми (наприклад у вигляді паралелепіпеда) в тримачі, міліамперметр, мілівольтметр, джерело постійного струму (1 - 5В), дві зонда в штативах, реостат, ключ.
|
|
|
|
Питомий опір напівпровідникової пластини визначаємо з формули
де
(I - сила
струму в колі, U- напруга між зондами 1
і 3, S - площа перерізу
пластин, - відстань між зондами 1 і 3. Якщо а - ширина пластини, b-її товщина,
то
Тоді
Коло збирають по вищенаведеному рисунку. Реостат 6 служить для зміни сили стуму, яка створюється джерелом струму 7 і вимірюється міліамперметром 8. Вмикається мілівольтметр 2 (замість міліамперметра), вимірює напругу між зондами 1 і 3, значення а, Ь і / вимірюються раніше.
Демонстрації по дослідженню електричних властивостей напівпровідників рекомендуємо провести в кінці уроку, оскільки вони допомагають сконцентрувати увагу учнів і дещо поглибити уявлення про напівпровідники.
Для введення поняття дірок пропонуємо використати ігрову форму: учні, які сидять за партами одного з рядів класу, - зв'язані електрони. Одне з незайнятих місць - дірка. Уявляємо, що початок ряду підключено до позитивного полюсу джерела струму, кінець ряду до негативного. Учні - зв’язані електрони - переміщуються, послідовно займаючи звільнене місце. При цьому легко помітити, що вільні місця - дірки - переміщуються з тією ж швидкістю в протилежному напрямі. Це допомагає зрозуміти, що рух зв'язаних електронів можна описати як рух дірок в протилежну сторону.
Ця гра допомагає уявити учням, що розуміється під рухом дірок.
Урок 2. Власна і домішкова провідність напівпровідників.
Основний матеріал: власна провідність (електропровідність чистих напівпровідників при їх нагріванні або освітлені); домішкова провідність (електропровідність, викликана домішками); електронна домішкова провідність (провідність п - типу виникає в результаті введення в кристал германію або кремнію атомів 5-ти валентного елементу); діркова домішкова провідність
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
