Imię i nazwisko autora:

Krystyna Wosińska, Paweł Zabierowski

Przedmiot:

Fizyka

Temat zajęć:

Fotowoltaika

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres podstawowy i rozszerzony

Podstawa programowa:

Cele kształcenia – wymagania ogólne
I. Wykorzystanie pojęć i wielkości fizycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości.
II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.
III. Planowanie i przeprowadzanie obserwacji lub doświadczeń oraz wnioskowanie na podstawie ich wyników.

Zakres podstawowy
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
7) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych lub blokowych informacje kluczowe dla opisywanego zjawiska bądź problemu; przedstawia te informacje w różnych postaciach;
15) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu;
VII. Prąd elektryczny. Uczeń:
8) opisuje funkcję diody półprzewodnikowej jako elementu przewodzącego w jednym kierunku oraz jako źródła światła.

Zakres rozszerzony
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
7) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych lub blokowych informacje kluczowe dla opisywanego zjawiska bądź problemu; przedstawia te informacje w różnych postaciach;
10) przeprowadza wybrane obserwacje, pomiary i doświadczenia korzystając z ich opisów; planuje i modyfikuje ich przebieg; formułuje hipotezę i prezentuje kroki niezbędne do jej weryfikacji;
12) przestrzega zasad bezpieczeństwa podczas wykonywania obserwacji, pomiarów i doświadczeń;
19) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu;
VIII. Prąd elektryczny. Uczeń:
14) opisuje funkcję diody półprzewodnikowej jako elementu przewodzącego w jednym kierunku; przedstawia jej zastosowanie w prostownikach oraz jako źródła światła.

Treść e‑materiału rozszerza zapis podstawy programowej dla kształcenia podstawowego oraz rozszerza zapis podstawy programowej dla kształcenia rozszerzonego.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

Zalecenia Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.:

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji,

• kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii,

• kompetencje cyfrowe,

• kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne:

Uczeń:

1. wyjaśni, na czym polega korpuskularno‑falowa natura światła;

2. scharakteryzuje właściwości złącza p‑n;

3. wyjaśni, jak ogniwo słoneczne zamienia energię promieniowania na energię prądu elektrycznego;

4. przeanalizuje charakterystykę prądowo–napięciową oświetlonego ogniwa słonecznego;

5. omówi, jak wyznaczyć maksymalną moc ogniwa słonecznego.

Strategie nauczania:

strategia eksperymentalno‑obserwacyjna (dostrzeganie i definiowanie problemów)

Metody nauczania:

wykład informacyjny, pokaz multimedialny, analiza pomysłów

Formy zajęć:

praca w grupach, praca indywidualna

Środki dydaktyczne:

komputer z rzutnikiem lub tablety do dyspozycji każdego ucznia;

ogniwo słoneczne (na przykład wymontowane z ogrodowej lampy solarnej), woltomierz (zakres do 10 V), miliamperomierz (zakres do 50 mA), opornik suwakowy, lampa halogenowa z zasilaczem 24 V, uchwyt do lampy.

Materiały pomocnicze:

e‑materiały: „Półprzewodniki typu n”, „Półprzewodniki typu p”, „Budowa diody półprzewodnikowej”, „Natura korpuskularna promieniowania elektromagnetycznego”, „Efekt fotoelektryczny zewnętrzny”

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Wprowadzenie zgodnie z treścią w części pierwszej „Czy to nie ciekawe?”.
Odwołanie do wiedzy uczniów o naturze światła. Uczniowie odpowiadają na pytania: Czym jest światło? Jakie parametry opisują falę świetlną? Czym jest foton? Od czego zależy energia fotonu?

Faza realizacyjna:

Nauczyciel wyjaśnia na przykładzie krzemu, jak w półprzewodniku pojawiają się nośniki prądu, elektrony i dziury, na drodze wzbudzenia termicznego. Wyjaśnia, czym są półprzewodniki typu p i n. Uczniowie w dyskusji zastanawiają się, jakie procesy zachodzą po połączeniu półprzewodników typu p i n. Z pomocą nauczyciela dochodzą do wniosku, że powstaje na złączu bariera potencjału (pole elektryczne). Nauczyciel wyjaśnia, jak światło oddziałuje z półprzewodnikiem, wytwarzając w nim dodatkowe pary elektron‑dziura na skutek zjawiska fotoelektrycznego wewnętrznego. Uczniowie w burzy mózgów znajdują sposoby, jak nie dopuścić do rekombinacji dodatkowych par elektron‑dziura, dochodząc do wniosku, że nośniki może rozdzielić pole elektryczne. Łącząc tę informację z faktem, że w złączu p‑n istnieje silne pole elektryczne, dochodzimy do wniosku, że oświetlona dioda typu p‑n staje się źródłem prądu.
Dla zakresu podstawowego: Uczniowie w grupach rozwiązują (z pomocą nauczyciela) zadania 7 i 8 z zestawu ćwiczeń, aby upewnić się, że dobrze zrozumieli omawiane zjawiska.
Dla zakresu rozszerzonego: Nauczyciel omawia wydajność ogniwa, moc maksymalną i charakterystykę prądowo‑napięciową ogniwa.
Uczniowie w grupach wyznaczają eksperymentalnie charakterystykę prądowo‑napięciową ogniwa solarnego, jego moc maksymalną, prąd zwarcia i napięcie ogniwa otwartego.

Faza podsumowująca:

Uczniowie oglądają film edukacyjny i odpowiadają na pytania aktywizujące.

Praca domowa:

Zadania z zestawu ćwiczeń: obowiązkowo zadania 1 – 5 oraz jedno z pozostałych zadań do wyboru.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium

Multimedium bazowe można wykorzystać na lekcji i połączyć z odpowiedzią i przedyskutowaniem pytań aktywizujących. Może też być wykorzystane przez uczniów po lekcji do powtórzenia i utrwalenia materiału.