高中物理｜半导体与逻辑闸备课指引（导师用）

高中物理｜半导体与逻辑闸备课指引（导师用）｜二极管、整流与真值表三步

2026-11-05

学生画得出电路图，但一问“为什么二极管只准一个方向行”就答不出。这一堂由搀杂与空乏层讲到真值表，令整流与逻辑闸变成同一个“开关”概念。

本堂目标　学生能够：① 讲出本质与搀杂半导体的载流子分别，并解释二极管单向导通；② 用 0.7 V 顺向压降计算限流电阻与整流后的平均电压；③ 完成 AND／OR／NOT／NAND 真值表并讲出晶体管开关如何实现。

01　先备知识（开课前 3 分钟快检）

以下任何一项未过关，本堂就会卡住，先补该项：

技能	快检题	过关标准
电流方向	传统电流由正极还是负极流出	由正极流出
欧姆定律	5 V 跨 150 Ω 的电流	33 mA
二进制	0 与 1 在电路代表什么	低电压与高电压

02　课堂流程（60 分钟）

时间	环节	导师做什么	学生做什么
0–8 分	开场诊断	问为什么手机充电器可以把交流变直流	举手答
8–22 分	搀杂与单向导通	n 型多电子、p 型多电洞；顺向导通、逆向截止	画空乏层变窄变阔
22–34 分	限流电阻	5 V 供电、LED 压降 2 V，R = 150 Ω，电流 20 mA	自己算一次
34–46 分	整流	12 V 交流峰值 17.0 V；半波整流平均 5.4 V	由峰值推平均
46–56 分	逻辑闸	两个输入共 4 种组合；NAND 是 AND 的反相	填真值表
56–60 分	离场检查	三题收回即批	独立完成

03　讲解脚本（照着说就可以）

第一幕：搀杂只改载流子，不改方向

本质半导体的电子与电洞数目相等，导电率低。加入五价原子（如磷）成 n 型，多数载流子是电子；加入三价原子（如硼）成 p 型，多数载流子是电洞。
两者接合，交界形成空乏层与内建电场。顺向偏压（p 接正）令空乏层变窄、载流子越过；逆向偏压令空乏层变阔、几乎无电流。
教法：叫学生讲“谁接正极”，一句就分得出顺向与逆向。

要学生讲：把电池反接，为什么灯不亮？要提到空乏层变阔。

第二幕：限流电阻与整流都要先减压降

LED 直接接 5 V 会烧，因为它自己只维持约 2 V。串联电阻要承受 3 V，电流想 20 mA，R = 3 ÷ 0.020 = 150 Ω；LED 功耗 0.04 W。
整流：12 V 交流的峰值是 17.0 V（乘 √2）。半波整流只留半边，平均电压是峰值除以 π，即 5.4 V，不是 12 V。
若整流后再经一个二极管，5 V 会剩 4.3 V，跨 1 kΩ 得 4.3 mA。每个二极管都要记住 0.7 V 的入场费。

要学生做：把供电改 9 V，重算 R 与电流，并讲出为何电阻值要变。

第三幕：逻辑闸就是开关串并联

AND：两个开关串联，两者都闭合才通；OR：并联，任一个闭合就通；NOT：晶体管反相，输入高则输出低。
两个输入有 4 种组合，AND 只有一组输出 1，OR 只有一组输出 0，NAND 刚好相反。
晶体管作开关：基极有电流就导通，集电极电压被拉低。学生最易混的是“输入 1 输出 0”的 NOT 与 NAND，要用真值表逐行对。

要学生做：用两个开关画出 AND 与 OR，再写出四行真值表。

04　必教题型与步骤

题型	例子	步骤	答案
载流子	n 型与 p 型多数载流子是什么	看搀杂元素价数	电子／电洞
限流电阻	5 V、LED 2 V、20 mA	先减压降再除电流	150 Ω
整流	12 V 交流的峰值与半波平均	峰值乘 √2，平均除 π	17.0 V／5.4 V
逻辑闸	写出 NAND 真值表	先写 AND 再逐行反相	只有 00 输出 1

合理性检查（一定要教）：合理性检查：5 V 减 2 V 剩 3 V，除 150 Ω 得 20 mA，属 LED 常见工作电流；功耗 0.04 W 不会烧；12 V 有效值的峰值 17.0 V 大于 12 V 才合理；半波平均 5.4 V 小于有效值 12 V，方向正确；真值表两个输入只有 4 行，不会出现第五行。

05　独立练习三题

题目	答案	想观察什么
载流子三题	判断 n 型／p 型与多数载流子	有无混淆电子与电洞
限流电阻三题	不同供电与 LED 电流	有无先减压降
整流两题	峰值、半波平均	有无乘 √2 与除 π
真值表两题	AND 与 NAND 四行	有无漏行或反相错

06　学生常见错误与纠正句

错误	学生通常这样写	导师这样说
电阻直接除供电	R = 5 ÷ 0.020 = 250 Ω	LED 自己占了 2 V，电阻只承受 3 V；先减再除。
有效值当峰值	12 V 交流直接当峰值算平均	峰值是 12 乘 √2 得 17 V；平均再除 π，顺序不能反。
逆向偏压讲成无电阻	说反接只是电阻变大	反接是空乏层变阔、几乎无载流子，不是电阻大小问题。
NAND 当 AND	两输入皆 1 时输出 1	NAND 是 AND 之后反相；逐行写，最后一行一定要反。

07　家课建议（直接指到练习卷题号）

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备课指引总索引　同类章节对照
本章重做　限流电阻两题＋整流一题＋NAND 真值表一次

08　离场检查（最后 5 分钟）

题目	答案	判定
p 型半导体多数载流子	电洞	答电子即回到第一幕
5 V、LED 2 V、20 mA，R 是多少	150 Ω	答 250 Ω 即重讲第二幕
NAND 在 00 时输出什么	1	答 0 即重讲第三幕

09　导师常问

二极管 0.7 V 一定要背吗？

要，硅二极管顺向压降约 0.7 V，题目多数直接给，但你要知它在哪一步扣。

逻辑闸要记几多种？

DSE 只需 AND、OR、NOT，NAND 与 NOR 由这三个组合出来，记住“先做本来的，再反相”。

半导体题会考计算吗？

多数考概念与电路计算（限流电阻、整流平均），深奥的能带图不会考。

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