- Giải thích được bản chất của chất bán dẫn, hạt tải điện trong chất bán dẫn - Vận dụng kiến thức liên môn Hóa – Công nghệ - Toán – Tin giải thích được bản chất của chất bán dẫn và nguyê
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI
TRƯỜNG THPT THƯỢNG CÁT
HỒ SƠ DỰ THI
- NGƯỜI THỰC HIỆN: BẠCH TẤN TRƯỜNG
- GIÁO VIÊN VẬT LÝ
- TRƯỜNG: THPT THƯỢNG CÁT
Trang 2NĂM HỌC 2014- 2015
Trang 3Phụ lục 1 PHIẾU THÔNG TIN VỀ GIÁO VIÊN
Sở Giáo dục và Đào tạo Hà Nội
Trường THPT Thượng Cát
Địa chỉ: P Thượng Cát – Q Bắc Từ Liêm – TP Hà Nội
Điện thoại: 04375112480
Email: c3thuongcat@hanoiedu.vn
Họ tên giáo viên: Bạch Tấn Trường – Sn: 1986
Môn : Vật Lý
Điện thoại: 0977.124.886
Email: bachtantruong86@gmail.com
Trang 4
Phụ lục 2
PHIẾU MÔ TẢ HỒ SƠ DẠY HỌC DỰ THI CỦA GIÁO VIÊN
1 Tên hồ sơ dạy học : DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN (Vật Lý 11 –
Chương trình chuẩn )
2 Mục tiêu dạy học
2.1.Kiến thức
- Nắm được khái niệm chất bán dẫn và các đặc điểm, cấu tạo,phân loại của chất bán dẫn
- Giải thích được bản chất của chất bán dẫn, hạt tải điện trong chất bán dẫn
- Vận dụng kiến thức liên môn Hóa – Công nghệ - Toán – Tin giải thích được bản chất của chất bán dẫn và nguyên tắc chế tạo, hoạt động các Điot bán dẫn và các tranzito lưỡng cực
- Liên hệ thực tế để chế tạo và sử dụng các chất bán dẫn
2.1.1 Môn Vật lý
+ Hiểu được chất bán dẫn và các tính chất của chất bán dẫn, các loại bán dẫn + Nêu được bản chất của dòng điện trong chất bán dẫn, các hạt tải điện trong chất bán dẫn
+ Trình bày được các ứng dụng của chất bán dẫn là chế tạo các điot bán dẫn và
tranzito lưỡng cực phục vụ trong nhiều lĩnh vực khác nhau
+ Kiến thức về tính chất hạt của ánh sáng (Chương 6: Lượng tử ánh sáng -Vật lý 12)
2.1.2 Môn hoá
+ Nêu được thành phần cấu tạo nguyên tử của các chất
+ Nêu được các loại ion, các liên kết cộng hóa trị,
+ Hiểu được cấu hình nguyên tử của các chất bán dẫn
Địa chỉ nội dung tích hợp
+ Lớp 10: Bài 1: thành phần cấu tạo nguyên tử
+ Lớp 10: Bài 12: liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, cấu hình nguyên tử
Trang 52.1.3 Môn công nghệ
+ Nêu được đặc điểm cấu tạo của điot bán dẫn và tranzito lưỡng cực
+ Nêu được nguyên lí làm việc và hoạt động của điot bán dẫn và tranzito lưỡng cực n-p-n và p-n-p
+ Nêu được các lĩnh vực ứng dụng của điot bán dẫn và tranzito lưỡng cực + Nêu được nguyên tắc hoạt động của pin quang dẫn, pin nhiệt điện
Địa chỉ nội dung tích hợp
+ Lớp 12: Bài 4 : Điôt bán dẫn và ứng dụng
+ Lớp 12: Bài 4: Tranzito lưỡng cực và ứng dụng
2.1.4 Môn điện tử và tự động hóa
+ Biết vận dụng điot bán dẫn và tranzito lưỡng cực vào các mạch điện tử, các
ngành kỹ thuật
+ Hiểu được tác dụng , vai trò của từng linh kiện trong các mạch điện
2.1.5 Môn tin học
+ Sử dụng phần mềm Microsoft Office và PowerPoint 2007.
2.2 Kỹ năng :
- Rèn luyện kỹ năng tư duy, hoạt động độc lập, hợp tác làm việc theo nhóm
- Rèn luyện kỹ năng kết hợp liên môn để giải thích được bản chất của vấn
đề và khả năng vận dụng lý thuyết với thực hành
- Rèn luyện cách suy luận cho HS
2.3 Thái độ:
- Có thái độ tích cực trong học tập cũng như trong nghiên cứu, thực hành
- Tích cực tư duy, ham học hỏi, liên hệ lý thuyết và thực tiễn
- Nghiêm túc, hợp tác tốt, linh hoạt trong các hoạt động vận dụng kiến thức liên môn trong việc lĩnh hội kiến thức
- Tạo hứng thú học Vật lý cho HS
3 Đối tượng dạy học của bài học : Học sinh lớp 11 Trường THPT Thượng Cát – Từ
Trang 6Liêm – Hà Nội.
- Số lượng học sinh : 35
- Số lớp thực hiện : 01
- Lớp thực hiện : 11D1
- Dự án mà tôi thực hiện là một tiết trong chương trình Vật lý lớp 11
- Đối tượng học sinh thuộc vùng ngoại thành Hà Nội, có trình độ nhận thức khác nhau, có kỹ năng thực hiện công việc khác nhau nhưng đều năng động,
tư duy tốt nên việc dạy kiến thức liên môn sẽ mở rộng tư duy, sáng tạo trong học tập và vận dụng đạt hiệu quả cao nhất vào cuộc sống cho các em
4 Ý nghĩa của bài học :
- Qua dạy học thực tế nhiều năm tôi thấy rằng việc tích hợp kiến thức giữa các môn học vào giải quyết một vấn đề nào đó trong một môn học là việc làm hết sức cần thiết Điều đó không chỉ đòi hỏi người giáo viên giảng dạy bộ môn không chỉ nắm bắt nhuần nhuyễn kiến thức bộ môn mình giảng dạy mà còn phải không ngừng học hỏi, trau dồi kiến thức của những bộ môn học khác để giúp các em giải quyết các tình huống, các vấn đề đặt ra trong môn học nhanh chóng và hiệu quả nhất
- Đối với việc tích hợp kiến thức các môn toán, hóa học, điện tử, tự động hóa , công nghệ vào bài dạy “ Dòng điện trong chất bán dẫn “ là rất cần thiết vì các
em sẽ có cái nhìn toàn diện hơn, sâu sắc hơn về những linh kiện mà các em chỉ được quan sát mà không hiểu được chế tạo như thế nào, đồng thời hiểu rõ được bản chất của vấn đề, ứng dụng linh hoạt hơn và cung cấp cho các em lượng kiến thức sơ bộ về điện tử và tự động hóa để khi các em bước lên học chuyên nghiệp không khỏi bỡ ngỡ, thụ động
- Trong thực tế chúng tôi thấy khi bài soạn có tích hợp với kiến thức của các môn học khác sẽ giúp giáo viên tiếp cận tốt hơn, hiểu rõ hơn, sâu hơn những vấn đề đặt ra trong SGK Từ đó bài học trở nên sinh động hơn, học sinh có hứng thú bài học, được tìm tòi, khám phá nhiều kiến thức và được suy nghĩ sáng tạo hơn đồng thời vận dụng vào thực tế tốt hơn
Trang 7
-5 Thiết bị dạy học, học liệu
- Tranh ảnh có liên quan, phim minh họa, Máy chiếu , Máy chiếu vật thể , Máy tính Một số điot bán dẫn và trazito lưỡng cực
- Thiết kế bài giảng sử dụng phần mềm powerpoi và một số phần mềm khác
6 Hoạt động dạy học và tiến trình dạy học
Bài 17 : DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN
I/ Mục tiêu:
1/ Kiến thức:
- Hiểu được chất bán dẫn và các đặc điểm của chất bán dẫn
- Giải thích được bản chất của chất bán dẫn, hạt tải điện trong chất bán dẫn
- Vân dụng kiến thức liên môn Hóa – Công nghệ - Toán – Tin giải thích được bản chất của chất bán dẫn và nguyên tắc chế tạo, hoạt động các Điot bán dẫn
và các tranzito lưỡng cực
- Liên hệ thực tế để chế tạo và sử dụng các chất bán dẫn trong thực tiễn
2/ Kỹ năng :
- Rèn luyện kỹ năng tư duy, hoạt động độc lập, hợp tác làm việc theo nhóm
- Rèn luyện kỹ năng kết hợp liên môn để giải thích được bản chất của vấn đề
và khả năng vận dụng lý thuyết với thực hành
3/ Thái độ
- Có thái độ tích cực trong học tập cũng như trong nghiên cứu, thực hành
- Tích cực tư duy, ham học hỏi, liên hệ lý thuyết và thực tiễn
- Nghiêm túc, hợp tác tốt, linh hoạt trong các hoạt động vận dụng kiến thức liên môn trong việc lĩnh hội kiến thức
II/ Chuẩn bị của giáo viên và học sinh
1 Giáo viên:
- Giáo án , Sách giáo khoa, Sách giáo viên , sách tham khảo , tranh ảnh các hình trong sách giáo khoa, các tranh sưu tầm , các phim ảnh liên quan
- Phiếu học tập, bảng cho học sinh điền , bút dạ , Nam châm…
Trang 8- Máy tính, máy chiếu , máy chiếu vật thể …
- Kiến thức hĩa học về liên kết cộng hĩa trị , nguyên tử , cấu tạo nguyên tử,
- Kiến thức mơn Cơng nghệ về điot bán dẫn và tranzito lưỡng cực,…
- Kiến thức mơn tin về cách sử dụng máy chiếu, dao động kí ……
- Kiến thức về các ứng dụng điot và tranzito trong thực tiễn …
- Chuẩn bị một số linh kiện bán dẫn thường dùng như điôt bán dẫn, tranzito, LED, … Nếu có linh kiện hỏng thì bóc vỏ ra để chỉ cho học sinh xem miếng bán dẫn ở linh kiện ấy
2 Học sinh :
- Bảng phụ , đọc , chuẩn bị trước bài ở nhà ,…
- Tìm hiểu các ứng dụng của điot bán dẫn và tranzito lưỡng cực trong thực tế…
- Thuyết electron về tính dẫn điện của kim loại
- Vài thông số quan trọng của kim loại như điện trở suất, hệ số nhiệt điện trở, mật độ electron tự do
III/Tiến trình bài giảng
1/Kiểm tra bài cũ: Khơng
2/ Bài mới :
ĐVĐ: Ngày nay, ta hay nĩi đến sự bùng nổ của cơng nghệ thơng tin Vậy sự bùng nổ ấy
bắt nguồn từ đâu? Hay những pin mặt trời được chế tạo từ bán dẫn silic? Cơ chế hoạt động của nĩ như thế nào ? Bài hơm nay:
BÀI 17 : DỊNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN
Tiết 1 :
Hoạt động 1 : Tìm hiểu cấu tạo chất bán dẫn và phân loại bán dẫn tạp chất.
Cho HS quan sát m t s hình nh m u ch t bán d nột số hình ảnh mẫu chất bán dẫn ố hình ảnh mẫu chất bán dẫn ảnh mẫu chất bán dẫn ẫu chất bán dẫn ất bán dẫn ẫu chất bán dẫn
Phần 1 : Cấu tạo chất bán dẫn và phân
loại bán dẫn tạp chất
Trang 91/ Cấu tạo chất bán dẫn
- Chất bán dẫn
- Tính chất khác biệt so với kim
loại
- Cấu tạo của bán dẫn tinh khiết
- Cấu tạo của bán dẫn pha tạp
2/ Phân loại chất bán dẫn tạp chất
a/ Bán dẫn loại n
b/ Bán dẫn loại p
Nĩi : Chất bán dẫn là chất có điện trở suất nằm trong khoảng trung gian giữa kim loại và chất điện môi Nhóm vật liệu bán dẫn tiêu biểu là gecmani và silic
GV: Giới thiệu một số bán dẫn thông dụng Giới thiệu các tính chất khác biệt của bán dẫn
so với kim loại :
Dùng kiến thức mơn tốn
- Điện trở suất cĩ giá trị trung gian giữa điện mơi và kim loại
- Điện trở của bán dẫn giảm đáng kể khi bị chiếu sáng hoặc bị tác dụng của các tác nhân ion hóa khác
- Điện trở suất của chất bán dẫn phụ thuộc mạnh vào tạp chất
Giới thiệu các đặc điểm của bán dẫn tinh khiết và bán dẫn có pha tạp chất Khảo sát với bán dẫn Silic
Yêu cầu học sinh viết cấu hình của silic để thấy được ở lớp ngồi cùng cĩ 4 liên kết hĩa trị
Dùng kiến thức mơn hĩa giải thích
- Si cĩ hĩa trị 4,4 electron liên kết chặt chẽ với 4 nguyên tử lân cận, liên kết giữa các nguyên tử bền vững
- Ở nhiệt độ thấp khơng dẫn điện
- Ở nhiệt độ cao: Liên kết bị phá vỡ tạo
ra electron tự do và các lỗ trống nên bán dẫn dẫn điện
Trang 10- Để tăng độ dẫn điện pha thêm tạp chất vào bán dẫn
GV giới thiệu cách phân loại bán dẫn
Dùng kiến thức môn hóa về cấu hình các nguyên tử để giải thích cách pha tạp bán dẫn
để tạo nên bán dẫn loại p và bán dẫn loại n
- Bán dẫn loại n là bán dẫn chứa các tạp chất cho(Đôno)(vd: Si pha tạp P)
- Bán dẫn loại p là bán dẫn chứa các tạp chất nhận(axepto)(vd: Si pha tạp B)
Kết luận :
- Hạt tải điện trong chất bán dẫn là electron dẫn và lỗ trống
- Bản chất dòng điện trong chất bán dẫn là dòng chuyển dời có huớng của electron dẫn nguợc chiều điện trường và các lỗ trống cùng chiều điện trường
GV dùng kiến thức liên môn giải thích sự tạo nên hạt tải điện trong chất bán dẫn (Si):
- Dùng kiến thức toán học :
Từ độ thị sự phụ thuộc của điện trở suất của kim loại và bán dẫn tinh khiết phụ thuộc vào nhiệt độ ta thấy được sự khác nhau rõ rệt nhất của hai chất, với kim loại có dạng đường thẳng nên sẽ là tỉ lệ bậc nhất nhưng điện trở suất lại tăng rất chậm khi nhiệt độ tăng còn chất bán dẫn có đồ thị là đường cong nhưng điện trở suất lại tăng rất nhanh Từ đó ta có thể sử dụng, vận dụng hai chất trên vào thực tế linh hoạt hơn, hiệu quả hơn
Trang 11- Kiến thức mơn hĩa học :
+ Silic là nguyên tố cĩ hĩa trị 4, tức là lớp electron ngồi cùng của nguyên tử
Si cĩ bốn electron Trong tinh thể, mỗi nguyên tử Si liên kết với bốn nguyên
tử lân cận thơng qua các liên kết cộng hĩa trị Như vậy xung quanh nguyên tử
Si cĩ tám electron tạo thành lớp electron đầy nên rất bền vững Ở nhiêt độ thấp, các electron gắn bĩ chặt chẽ với các nguyên tử ở nút mạng Do đĩ trong tinh thể khơng cĩ hạt tải điện nên bán dẫn Si khơng dẫn điện Ở nhiệt độ cao , một số electron hĩa trị thu thêm năng lượng và được giải phĩng khỏi các liên kết trở thành electron tự do tạo thành hạt tải điện trong bán dẫn, đồng thời , khi một electron bứt ra khỏi liên kết thì một liên kết trống xuất hiện gọi là lỗ trống tham gia vào quá trình dẫn điện của bán dẫn
+ Dùng kiến thức liên mơn hĩa học để giải thích về hai loại bán dẫn loại p(hạt
tải điện chủ yếu mang điện dương) và bán dẫn loại n(hạt tải điện chủ yếu mang điện âm) Tùy theo tỉ lệ ta pha tạp và nồng độ pha tạp vào bán dẫn, người ta cĩ thể tạo ra bán dẫn loại mong muốn và cĩ tính dẫn điện mong muốn Đây là tính chất rất đặc biệt của bán dẫn khiến cho nĩ cĩ nhiều ứng dụng
- Dùng kiến thức phần lượng tử ánh sáng giải thích hiện tượng quang dẫn :
Cặp electron – lỗ trống cịn phát sinh khi cĩ ánh sáng thích hợp chiếu vào, do
đĩ điện trở suất của bán dẫn giảm khi cường độ chiếu sáng tăng Ta dựa vào thuyết photon ánh sáng của Anhxtanh để giải thích khi ánh sáng thích hợp chiếu vào mang theo các dịng photon ánh sáng với động năng lớn đập vào bán dẫn làm mối liên kết hĩa trị bị đứt tạo ra hạt tải điện cho bán dẫn
Hoạt động 2 : Tìm hiểu lớp chuyển tiếp p-n.
Nội dung cơ bản Hoạt động của giáo viên III Lớp chuyển tiếp p-n
1.
Sự hình thành lớp chuyển tiếp p- n
2.Dịng điện qua lớp chuyển tiếp p –n
GV trình bày khái niệm :
Lớp chuyển tiếp p-n là chổ tiếp xúc của miền mang tính dẫn p và miền mang tính dẫn n được tạo ra trên 1 tinh thể bán dẫn
GV giải thích sự hình thành lớp chuyển tiếp
Trang 12p – n :
- Khi có 2 loại bán dẫn p và n đặt tiếp xúc nhau thì có sự khuyếch tán electron tự do từ phần bán dẫn n sang
p và lỗ trống khuyếch tán từ phần bán dẫn p sang n, kết quả là ở mặt phân cách giữa 2 bán dẫn hình thành một lớp tiếp xúc tích điện dương về phía bán dẫn n và tích điện âm về phía bán dẫn p Do đó trong lớp tiếp xúc có điện trường E hướng từ n sang p làm ngăn cản sự khuyếch tán của các hạt mang điện Do có sự khuyếch tán nói trên nên số hạt mang điện cơ bản ở sát hai bên của lớp tiếp xúc giảm đi nên điện trở của lớp tiếp xúc rất lớn
- Khi nối bán dẫn loại n vào cực dương, bán dẫn loại p vào cực âm của nguồn điện Điện trường E do nguồn điện tạo
ra hướng từ n sang p làm cho hạt mang điện cơ bản không di chuyển qua lớp tiếp xúc, chỉ có hạt mang điện không
cơ bản đi qua lớp tiếp xúc tạo ra dòng điện có cường độ rất nhỏ gọi là dòng điện ngược
Kết luận :
- Lớp chuyển tiếp p-n chỉ dẫn điện
Trang 13theo một chiều từ p sang n.
- Dòng diện chạy qua lớp nghèo chủ yếu từ p sang n Ta gọi dòng điện qua lớp nghèo từ p sang n là chiều thuận, chiều từ n sang p là chiều ngược
GV đưa ra đường đặc trưng von - ampe của lớp chuyển tiếp p- n
Yêu cầu HS nhận xét đặc điểm của đường đặc trưng vơn-ampe
Dùng kiến thức liên mơn tốn học để giải
thích đặc điểm của lớp chuyển tiếp p- n
GV kết luận
ê
Tiết 2 :
Hoạt động 3 : Tìm hiểu điôt bán dẫn và mạch chỉnh lưu dùng điôt bán dẫn.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung cơ bản
Giới thiệu điôt bán dẫn
Yêu cầu học sinh nêu
công dụng của điôt bán
dẫn
GV giải thích cơ chế hoạt
động của điot bán dẫn
Yêu cầu học sinh quan sát
hai video:
- Video 1: khảo sát thực
Ghi nhận linh kiện
Nêu công dụng của điôt bán dẫn
Xem hình 17.7 Ghi nhận hoạt động chỉnh lưu của mạch
-HS quan sát
IV Điôt bán dẫn và mạch chỉnh lưu dùng điôt bán dẫn
Điôt bán dẫn thực chất là một lớp chuyển tiếp p-n Nó chỉ cho dòng điện đi qua theo chiều từ p sang n
Ta nói điôt bán dẫn có tính chỉnh lưu Nó được dùng để lắp mạch chỉnh lưu, biến điện xoay chiều thành điện
Trang 14nghiệm đặc tính dẫn
điện 1 chiều của điot
bán dẫn theo chiều
thuận
- Video 2: khảo sát thực
nghiệm đặc tính dẫn
điện 1 chiều của điot
theo chiều ngược
Yêu cầu HS nhận xét sau
khi quan sát về đặc tính
của điot bán dẫn theo chiều
thuận và ngược
-HS quan sát
- HS nhận xét
một chiều
GV giải thích cơ chế hoạt động và ứng dụng của điot bán dẫn bằng kiến thức mơn Cơng nghệ
- Điot là linh kiện bán dẫn hai cực, trong đĩ cĩ một lớp chuyển tiếp p-n , hoạt động trên cở sở tính chỉnh lưu của lớp chuyển tiếp p-n , khi một hiệu điện thế được đạt vào mạch, thì chỉ chạy qua mạch ở nửa chu kì mà lớp chuyển tiếp p- n được mắc theo chiều thuận tức là điện thế phía bán dẫn loại p cao hơn điện thế phía bán dẫn loại n Ở nửa chu kì sau, điot được mắc theo chiều ngược, dịng điện chạy qua mạch rất nhỏ nên bỏ qua , vì vậy dịng điện thực tế chỉ chạy theo một chiều nên cĩ tính chỉnh lưu
- Dùng điơt chế tạo photođiot (hay điot quang) bằng cách mắc điot vào hiệu điện thế ngược và được ánh sáng cĩ bước sĩng thích hợp chiếu vào lớp chuyển tiếp p-n làm tăng các hạt tải điện và được dùng để làm cảm biến ánh sáng Đây là dụng cụ khơng thể thiếu trong thơng tin quang học và tự động hĩa…
- Dùng điot cĩ thể chế tạo được pin mặt trời hay là pin quang điện, điot cịn được dùng để phát quang, dùng trong các bộ hiển thị, đèn báo, quảng cáo, nguồn sáng….Ngồi ra, điot cịn được dùng để chế tạo các cặp nhiệt điện bán dẫn được ứng dụng để chế tạo các thiết bị làm lạnh gọn, nhẹ hiệu quả cao dùng trong khoa