高中物理第二冊半導體及其應用超導ppt

1、三、半導體及其應用四、超導及其應用,教學目標,1、知道什么是半導體、它的電阻率范圍2、了解半導體的應用3、知道什么是超導現(xiàn)象，了解相關名詞4、了解超導的歷史，知道一些重要的物理事件5、知道超導的應用，激發(fā)勇于探索前沿科技的精神,復習＆引入,復習：通過上一節(jié)的學習，我們已經(jīng)知道，導體的電阻率和哪些因素相關呢？一般的規(guī)律又是怎么樣的呢？和材料、溫度相關。材料的規(guī)律見P154表格；金屬的電阻率一般是隨溫度的升高而升高。從表格，我

2、們可以看出，不同的材料，ρ值的差異很大（達到百倍）。這種差異會不會更大？，ρ還會隨溫度的變化會不會有其它的規(guī)律？本節(jié)我們繼續(xù)探討這些問題——,1、半導體首先，在材料方面，測量表明，大部分的金屬的ρ值均在10?8Ωm~10?6Ωm之間，大部分的非金屬和其它一些絕緣體的ρ值在108Ωm~1018Ωm之間。大家可以計算，一段長1m、橫截面積1m2的ρ值為1012Ωm絕緣體，加上1V的電壓，電流是多大——☆學生計算…10?12A = 10

3、?6μA 。這個電流是如此地小，所以通常可以認為“沒有電流”流過絕緣體。那么，在ρ值為10?5Ωm~107Ωm之間的材料存不存在呢？事實證明，它們是存在的。它們就是鍺、硅、砷化鎵、銻化銦等材料。它們的物理特征是：導電性界與導體和絕緣體之間，且ρ值隨溫度的變化呈現(xiàn)“反常”規(guī)律。我們把這樣的材料稱為——半導體,二、半導體的特性和應用,1、熱敏性*NTC電阻（負溫度系數(shù)過流保護元件…）Negative temperature coe

4、fficient的簡稱。負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻材料由高純度過渡金屬Mn、Cu、Co、Ni等元素的氧化物經(jīng)1200-1400℃高溫燒結(jié)制成，是一種實際密度接近理論密度的半導體陶瓷?？芍谱鳒囟葌鞲衅?，以及CWF金屬殼溫控探頭、感應器材、測控線路。應用于測量設備、汽車空調(diào)和家用空調(diào)機、電冰箱、電熱水器、沐浴器、影音周邊設備、醫(yī)療環(huán)保、氣象、化工、食品、機械、辦公室自動化、復印機、手機電池、充電器、體溫計、儀器、儀表及溫度檢測、控制，熱敏

5、電阻器及傳感器元器件已取代了國外產(chǎn)品。*還有一類熱敏電阻——PTC電阻，又稱正溫度系數(shù)過流保護元件，即元件隨著溫度升高電阻迅速提高至環(huán)境溫度下電阻的106~107倍。從而達到保護線路的目的。,熱敏電阻應用PTC熱敏電阻在電路控制及傳感器中的應用晶體管溫度補償電路、測溫控溫電路、過熱保護電路、孵育箱、電風扇、彩卷沖洗、開水壺、電熱水器、電熱毯、日光燈、節(jié)能燈、電池沖電、變壓器繞阻、取暖器、延遲器、壓縮機、彩電、彩顯、過流保安、液位控

6、制、電子鎮(zhèn)流器、程控交換機、電子元件老化臺PTC熱敏電阻在電熱器具中的應用：暖風機、暖房機、干燥機（柜）、滾筒干衣機、干手器、吹風機、卷發(fā)器、蒸汽美容器、電飯煲、驅(qū)蚊器、暖手器、干鞋器、高壓鍋、消毒柜、煤油氣化爐、電熨斗、電烙鐵、塑料焊槍、封口機PTC熱敏電阻在汽車中的應用：電器過載保護裝置、混合加熱器、低溫啟動加熱器、燃料加熱器、蜂窩狀加熱器、燃油液位指示器、發(fā)動機冷卻水溫度檢測表 ）,2、光敏性解釋可以源于化學鍵的性質(zhì)。光

7、敏電阻是一種薄膜的電子元器件，材料一般為環(huán)氧樹脂，阻值隨著光源強度而變化。應用——照相機自動測光、光電控制、室內(nèi)光線控制、光控音樂I.C. 、工業(yè)控制、光控開頭光控燈、電子玩具。3、二極管的單向?qū)щ娦匀绻麑型半導體和N型半導體燒結(jié)，由于兩種半導體載流子的不同，將形成單向?qū)щ娦裕杭础狿接高電勢N接低電勢時電流較強（非線性）、N接高電勢P接低電勢時電流較弱（非線性）。這種特性廣泛應用于電子線路中的整流環(huán)節(jié)。即便是在一些

8、簡單的儀器中，也有應用，如打點計時器…,4、三極管的放大性將P型半導體和N型半導體燒結(jié)成PNP型組合、NPN型組合（兩個PN節(jié)的厚度不等），再分別從三快材料中引出三根引線，形成三極管。三極管的重要性能是：集電極電流IC比發(fā)射極電流IE大，而且有一個相對穩(wěn)定的倍數(shù)，所以可以實現(xiàn)發(fā)射極對集電極電流的控制作用。我們把這種特性稱之為三極管的放大性能。三極管的放大作用在電子線路中非常重要，我們從外界接受到的信號一般都十分微弱的，只有通過放大，

9、才能為我們所用，這里少不了三極管的功勞。當然，一個完整的電器，其內(nèi)部都是由以上提到的各類元件按設計好的電路焊接在電路板上形成的，各元件分工合作，最后才完成了既定的功能。如果將電阻、電容、二極管、三極管這些元件按照既定的電路連接好，然后“集成”在一塊半導體單晶片（主要是硅單晶）上，就形成了“集成塊”。這樣集成塊更方便組成功能更強大的電路。而且，人們對集成電路的研究，已經(jīng)是它們越來越微型化、功能強大化…我們不敢想象，沒有集成電路，一些尖

10、端的應用，如計算機、通訊、軍事、航天等，將是多么笨拙和功能低下。,從導電性的角度，我們把材料分為導體、絕緣體，還有半導體。那么，還有沒有導電性更為奇特的材料呢？金屬導體的電阻率一般都會隨著溫度的升高而升高，隨著溫度的降低而降低，當溫度降到足夠低的時候，情形會怎樣呢？前面我們從理論的角度解釋電阻定律時曾經(jīng)說過，促使電子定向移動的因素是什么？——☆學生：電場力。制約電子定向移動的微觀因素是什么？——☆學生：電子的熱運動。那么我們是不是

11、可以這樣認為，當溫度足夠低，熱運動很微弱的時候，電子受到的阻礙作用會非常非常小呢？下面大家從事實的角度、歷史的角度、材料的角度，還有應用的角度閱讀一下教材P156~157的內(nèi)容，閱讀完畢后，請同學們作相關的總結(jié)——,超導現(xiàn)象：大多數(shù)金屬在溫度降到某一數(shù)值時，都會出現(xiàn)電阻突然降為零的現(xiàn)象轉(zhuǎn)變溫度：導體由常態(tài)轉(zhuǎn)變成超導狀態(tài)的溫度，用TC表示。*兩種類型的超導體：a、常規(guī)金屬超導體；b、合金超導體，有兩各轉(zhuǎn)變溫度，而且在兩個轉(zhuǎn)變

12、溫度之間，磁效應和電效應會出現(xiàn)“不一致”的情形。,二、超導的歷史,四、超導的應用,1、優(yōu)越的超導電機普通發(fā)電機組中的材料載流量十分有限，由于電路中有電阻，總要發(fā)熱，因此既不經(jīng)濟又不安全。用超導體制造電機，完全不發(fā)熱，可以提高載流量，據(jù)專家計算，用超導體制作電機，功率可以提高幾十倍。2、省電的超導電路普通的電路由于輸電線的耗能嚴重，必須經(jīng)過升壓、降壓的程序，而且也不可能作到完全不損耗。超導體導線則能完全解決這個問題。,3、精密的超導

13、儀器一些精密的儀器，如核磁共振儀、電子顯微鏡等對磁場有非常嚴格的要求（強度要高、穩(wěn)定性要高、磁感線分布要理想，有時還要求很大的尺寸），普通的材料很難達到要求，超導則能解決這個問題。4、神速的超導計算機把超導體應用于計算機將會迎來科學史上的一次重大革命。理論研究表明：應用約瑟夫森效應制成超導器件，其開關速度可以比當前使用的半導體集成電路快十幾~二十幾倍，而且它消耗的電能只有現(xiàn)在普通計算機的1% 。,5、超導磁懸浮列車在超導磁懸浮列

14、車的研究中走在最前列十日本。1962年，日本著手設計磁懸浮列車，但當時是利用正常導體產(chǎn)生的磁場時速達到307.8km/h ，1997年，日本又試制了超導磁懸浮列車，關鍵部分是由兩組超導電磁鐵構成的，它們能提供極強的磁場，使列車的速度達到500km/h 。四、小結(jié)本節(jié)講了超導的概念、名詞，相關的物理學史，展望了超導的應用前景。值得注意的是，超導是一門前沿科學，還不是很成熟。大家通過學習也看到了，超導要真正走上產(chǎn)業(yè)化，道路還比較漫長，所