УРОК ПО ТЕМЕ: «Исследование полупроводникового диода»
Стрельцова Ольга Александровна,
учитель физики, МБОУ «Средняя школа №4», г. Кольчугино
Пояснительная записка к уроку «Исследование полупроводникового диода»
Урок предназначен для 10 класса (технический профиль), раздел «Электродинамика» в соответствие с тематическим планированием является одним из уроков темы «Электрический ток в полупроводниках». Урок соответствует всем требованиям ФГОС СОО.
Системно-деятельностный подход реализуется на основании внедрения технологии исследовательского обучения. Постановка проблемы, гипотезы и цели исследования осуществляется в ходе беседы учитель - ученик. Учащиеся реализуют самостоятельную исследовательскую деятельность в процессе обучения на основании постановки проблемы: экспериментальное подтверждение свойств диода, изменение сопротивления диода при прямом и обратном включении. Решение поставленных проблем осуществляется учащимися на основании проведения эксперимента по исследовательской карте научного поиска. Исследовательская поисковая деятельность осуществляется в группах (2 или 4 уч-ся) на основании первоначальных научных знаний принципа действия полупроводникового диода.
Самостоятельный поиск подтверждения гипотезы и выполнения задач эксперимента позволяет сформировать естественно-научную картину мира обучающегося, представление о роли физики для развития других естественных наук и техники; развить представления о научном методе познания, представления о возможных сферах будущей профессиональной деятельности, связанных с физикой.
Анализ результатов эксперимента на основе общего обсуждения и оформления исследовательской карты позволяет сформировать естественнонаучную функциональную грамотность учащихся. В урок включены различные формы учебной деятельности (фронтальная, индивидуальная, групповая); работа с различными источниками информации (таблицами, графиками, цифровым оборудованием).
В ходе урока у учащихся формируются следующие общеучебные компетентности: поиск знаний, анализ, синтез, обобщение, культура рефлексивного мышления, навыки выбора направления деятельности и принятия решений, дискуссионная культура, эмоциональное и личностное развитие в процессе учебной деятельности, эмоциональная и интеллектуальная рефлексия хода обучения.
Цель урока: экспериментальное исследование характеристик полупроводникового диода.
Задачи:1. подтверждение теоретических сведений о полупроводниковом диоде;
2. построение и исследование вольтамперной характеристики полупроводникового диода;
3. определение максимального прямого и обратного тока;
4. определение прямого и обратного напряжения;
5. определение сопротивления диода при прямом и обратном включении;
6. определение области применения полупроводниковых диодов.
Планируемые результаты обучения
Личностные результаты: развитие способностей к подтверждению свойств полупроводникового диода, самооценке на основе наблюдения в части выстраивания диалога с учителем и одноклассниками; формирование границ собственного знания и «незнания»; приобретение опыта самостоятельного поиска; извлекать, систематизировать, анализировать и отбирать необходимую для решения учебных задач информацию, владеть навыками использования информационных устройств.
Метапредметные результаты: выявлять причинно-следственные связи и актуализировать задачу, выдвигать гипотезу её решения, находить аргументы для доказательства своих утверждений, задавать параметры и критерии решения; умения самостоятельно определять цели своего обучения; ставить и формулировать для себя новые задачи в учебе и познавательной деятельности, развивать мотивы и интересы своей познавательной деятельности, выявлять закономерности и противоречия в рассматриваемых физических явлениях; согласовывать позиции и находить общее решение, владеть способами совместной деятельности в группах.
Предметные результаты: умение собирать электрическую цепь, проводить измерения с помощью цифровой лаборатории, заполнять таблицу, формировать отчет, построение и исследование вольтамперной характеристики полупроводникового диода, умение анализировать результаты эксперимента; определение принципа работы и области применения полупроводникового диода на основе экспериментальных данных.
Межпредметные связи: математика, информатика, электротехника.
Форма работы: индивидуальная, групповая, фронтальная.
Оборудование:компьютер, соединительные провода, диод, источник переменного тока, резистор 200 Ом, ключ, осциллографический датчик, цифровая лаборатория.
Используемые ресурсы: http://teachmen.csu.ru
http://fizkaf.narod.ru
https://fmclass.ru/phys.php
http://gannalv.narod.ru/fiz/
http://school-collection.edu.ru/collection
Дидактический материал: 1. Презентация «Порядок выполнения эксперимента»;
2. Исследовательская карта к уроку по теме «Исследование полупроводникового диода»;
3. Методические указания к выполнению эксперимента.
Технологическая карта урока
Этап урока | Деятельность учителя | Деятельность ученика | Развиваемые УУД |
1.Организационный | Приветствует учащихся. Проверяет готовность к уроку. | Ребята готовятся к уроку. Приветствуют учителя. | Регулятивные УУД. Умение настраиваться на занятие |
2. Актуализация знаний | Фронтальный опрос. Повторение понятие полупроводники, полупроводниковый диод, принцип работы диода, прямое и обратное включение диода | Учащиеся формулируют понятие полупроводники, полупроводниковый диод, p-n переход, прямое и обратное включение диода. Диод – электронный прибор, обладающий односторонней проводимостью. Принцип устройства полупроводникового диода основан на зависимости сопротивления р-n перехода от приложенного напряжения. | Оценка собственных имеющихся знаний, качества и уровня усвоения. |
3.Постановка проблемы и цели исследования. | Формулируется проблема 1. Экспериментальное подтверждение свойств диода, 2. Изменение сопротивления диода при прямом и обратном включении. Гипотеза эксперимента. Задачи эксперимента. Цель эксперимента | Учащиеся формулируют гипотезу эксперимента (возможные результаты). Сопротивление диода при прямом подключении диода низкое (ток принимает высокие значения), а при обратном подключении сопротивление бесконечно большое (ток очень мал). | Анализируют, доказывают, аргументируют свою точку зрения. Осознанно строят речевые высказывания, рефлексия своих действий. |
4. Фронтальный эксперимент | Обсуждение порядка работы. У каждой группы имеется на столах методические указания к экспериментальной работе, исследовательская карта для заполнения результатов и анализа работы (Приложение 4, 5) Формирование отчета в электронной форме. Осциллограмма напряжения на резисторе и источнике, осциллограмма напряжения на резисторе и диоде. Вольтамперная характеристика. Проверка гипотезы. | Учащиеся настраивают измерительные приборы, фиксируют и анализируют осциллограмму напряжений, проводят измерения напряжения и расчет силы тока, определяют сопротивление диода. Измерения силы тока и напряжения, построение вольтамперной характеристики, определение сопротивления диода в прямом и обратном включении. Выполняют исследование. Формирование отчета (осциллограмма, вольтамперная характеристика, таблица результатов измерений). Первая группа показывает осциллограммы на доске, кратко объясняет результаты и свойства полупроводникового диода в соответствие с теорией. Заполнение исследовательской карты. Формирование вывода по эксперименту. Анализ результатов (осциллограмма, вольтамперная характеристика, область применения диода). Ответы на вопросы. | Осуществляют поиск необходимой информации для решения с использованием ИКТ. Экспериментальное измерение характеристик диода. Анализировать, сравнивать и обобщать экспериментальные факты. Искать самостоятельно средства достижения цели. Уметь оценивать правильность выполнения действия; вносить необходимые коррективы в действие после его завершения на основе его оценки и учета характера сделанных ошибок. |
5. Закрепление | Выводы по эксперименту. Анализ результатов по исследовательской карте. | Заполнение исследовательской карты. Формирование вывода по эксперименту. Анализ результатов (осциллограмма, вольтамперная характеристика, область применения диода). Ответы на вопросы. | Самостоятельно анализировать процессы, результаты эксперимента, формулировать выводы. |
6. Подведение итогов урока, домашнее задание | Учитель задает задание и оценивает работу учащихся на уроке. Д.з п.44, вопросы, решение задач 1.Три одинаковых резистора и три одинаковых идеальных диода включены в электрическую цепь, показанную на рисунке, и подключены к аккумулятору в точках В и С. Показания амперметра равны 2 А. Определите силу тока через амперметр после смены полярности подключения аккумулятора. Нарисуйте эквивалентные электрические схемы для двух случаев подключения аккумулятора. Опираясь на законы электродинамики, поясните свой ответ. Сопротивлением амперметра и внутренним сопротивлением аккумулятора пренебречь. | Учащиеся заканчивают оформлять исследовательскую карту. Сдают ИК. Формулируют устный вывод о исследовании. Запись домашнего задания. Учащиеся принимают активное участие в оценивании деятельности на уроке. Схема домашней задачи: | Обобщать, строить речевое высказывание. Умение переносить предметные знания на другие сферы деятельности человека. Умение давать адекватную оценку эффективности своей деятельности. |
Дидактический материал
«Исследование полупроводникового диода»
Порядок работы
1.Получение осциллограммы напряжения на резисторе и источнике.
2. Определение по осциллограмме напряжения на источнике. Заполнение исходных данных.
3. Заполнение электронного отчета.
4. Получение осциллограммы напряжения на резисторе и диоде.
5. Заполнение таблицы. Определение по осциллограмме напряжения на диоде и резисторе с помощью маркеров.
6. Построение вольтамперной характеристики.
7. Расчет сопротивления диода в прямом и обратном режиме работы.
8. Заполнение исследовательской карты.
Домашнее задание: п.44, вопросы, решение задач
Применение полупроводникового диода
-выпрямление электрического тока (блоки питания радио- и электроаппаратуры, преобразователи бортового электроснабжения, сварочные аппараты постоянного тока, питание главных двигателей постоянного тока, выпрямители высокочастотных сигналов, электролиз и др.)
Дидактический материал
Исследовательская карта к уроку по теме
«Исследование полупроводникового диода»
Класс Фамилия Имя
Оборудование: компьютер, соединительные провода, полупроводниковый диод, источник переменного тока, резистор 200 Ом, ключ, осциллографический датчик, цифровая лаборатория.
Цель: экспериментальное исследование характеристик полупроводникового диода.
Задачи:1. подтверждение теоретических сведений о полупроводниковом диоде;
2. построение и исследование вольтамперной характеристики полупроводникового диода;
3. определение максимального прямого и обратного тока;
4. определение прямого и обратного напряжения;
5. определение сопротивления диода при прямом и обратном включении;
6. определение области применения полупроводниковых диодов.
Ход работы
1. Рассчитайте и запишите сопротивление диода в прямом и обратном режиме работы.
2. Сформулируйте полный вывод на основании полученных результатов.
3. Письменно ответьте на контрольные вопросы. 1 вариант - нечетные номера. 2 вариант - четные номера.
Контрольные вопросы:
1.Какие носители заряда присутствуют в полупроводниках n-типа?
2.Какие носители заряда присутствуют в полупроводниках p-типа?
3.Напишите определение полупроводникового диода.
4.Опишите принцип работы полупроводникового диода в прямом включении на основе проводимости полупроводников, экспериментальной осциллограммы и сопротивления диода.
5.Опишите принцип работы полупроводникового диода в обратном включении на основе проводимости полупроводников, экспериментальной осциллограммы и сопротивления диода.
6.Анализируя осциллограмму изменения напряжения на диоде и резисторе, запишите возможную область применения полупроводниковых диодов.
Дидактический материал
Методические указания к исследовательской работе
по физике в 10 классе
Порядок работы
1. Собрать электрическую схему последовательно, полупроводниковый диод, резистор 200Ом, источник переменного тока, ключ.
2. Источник переменного тока подключается к аудиовходу компьютера. Ключ разомкнут.
3. Подключите осциллограф к схеме. Канал №1 (красный) осциллографического датчика подключите к резистору. Канал №2 (синий) осциллографического датчика подключите один провод на первую клемму резистора, второй провод на вторую клемму диода, чтобы измерить напряжение на источнике, подключите осциллографический датчик к компьютеру.
4. Запустите программу цифровая лаборатория, выберите сценарий 3.5 «Изучение свойств полупроводникового диода».
5. Нажмите на кнопку панели инструментов генератор (черный прямоугольник) и настройте его. Установите амплитуду 100%, частоту 50Гц, сигнал непрерывный для каждого канала.
6. Настройте осциллограф кнопка с желтым кружочком. Установите развертку 10 мс/дел, чувствительность 0,3 В/дел.
7. Нажмите на кнопку треугольник на зеленом фоне, запуск измерения, замкните ключ, на генераторе включите проиграть.
Внимание! Громкость всех звуковых устройств должна быть установлена 100%.
8. Нажмите на крестик. На экране осциллограмма – кривая зависимости напряжения от времени на источнике (синий), на резисторе (красный). Занесите осциллограмму в отчет (кнопка книжка вверху на панели инструментов, чтобы вставить регистрацию измерений, нажмите на правую кнопку мыши в том месте отчета, куда надо вставить информацию - выбрать данные). В отчете укажите ФИ учеников.
9. Поставьте маркер желтый на максимум кривой напряжение на источнике с помощью мыши левой клавиши, откройте таблицу исходные данные и занесите в нее максимальное напряжение на генераторе, сопротивление резистора.
10. Переключите Канал №2 (синий) на диод, для измерения напряжения на диоде. Запустите измерения, остановите и занесите осциллограмму в отчет.
11. Нажимая на клавишу, ALT+ левая кнопка мыши, выделите фрагмент осциллограммы прямого и обратного включения диода. Установите желтый маркер на максимальное значение обратного напряжения на резисторе (первого максимального значения отрицательного напряжения на резисторе), занесите значение напряжения на резисторе и диоде соответствующие положению маркера. Занесите измерения в таблицу, устанавливая курсор соответствующего столбца в таблице, нажмите плюс красного или синего цвета.
12. Рассчитайте силу тока в цепи для верхней строки таблицы в мА, округлите до десятых и внесите ее в контрольную ячейку в нижней части таблицы. При верном значении тока, ячейка окрасится зеленым цветом.
13. Маркер постепенно переносите, поднимаясь с нижнего обратного максимального значения напряжения на резисторе до максимального прямого значения напряжения на диоде.
14. Повторите эти действия 6-9 раз. Занесите таблицу в отчет.
15. Постройте вольтамперную характеристику, вставьте график в отчет.
16. Выпишите из таблицы максимальные значения обратного и прямого тока, обратного и прямого напряжения для диода.
17. Рассчитайте сопротивление диода при прямом и обратном включении, запишите сопротивление в исследовательскую карту.
18. Запишите вывод по работе в исследовательской карте, проведите в нем анализ вольтамперной характеристики и сопротивления диода в прямом и обратном включении, укажите область применения диода.
19. Ответьте на контрольные вопросы в исследовательской карте.
1 вариант нечетные номера. 2 вариант четные номера.
6
.png)
