●跨学科实践任务
任务1:体验半导体器材的简单应用,调查并了解半导体材料的应用对社会发展的影响。
(1)成立合作小组,将小组成员分工的信息记录在“小组信息”中,见表1。
表1

等,记录在“发光二极管参数”中,见表2。
表2

(3)发光二极管在电路图中用符号“”表示。使图3中发光二极管的电流从左侧流入,右侧流出。先将图3所示电路图补充完整,然后合理选择器材,并按照图3所示电路图连接电路,使二极管发光。

(4)改变电路中的电流方向,二极管还能发光吗?比较发光二极管与普通小灯泡有何异同。
任务2:小组共同绘制一份以“半导体材料的应用”为主题的科普海报。海报内容应包含:①发光二极管(LED)的物理性质和应用场景。②我国半导体工业的成就。③半导体芯片制造的主要难点。各小组交流分享学习心得并展示海报内容。
(1)海报的缩略图或照片(可以贴纸)。
(2)简述本小组海报的亮点。
(3)相邻两个小组交流分享海报内容,并为对方小组的海报提出修改建议。
(4)各小组派代表陈述本小组的调查结果。陈述内容应包含我国半导体工业的发展历程和所取得的重大成就,列举当前高端半导体芯片的广泛应用和制造难度。
(5)完成评价与反思。

解：
任务1解答
(1) 小组信息填写：
| 小组成员 | 成员分工 |
| ---- | ---- |
| 甲、乙、丙、丁 | 甲负责发光二极管相关实验操作，乙负责半导体相关资料检索，丙负责科普海报设计绘制，丁负责最终成果展示汇报 |
(2) 发光二极管参数填写：
| 参数名称 | 参数值 |
| ---- | ---- |
| 正向工作电压范围 | 1.8V~2.5V |
| 正向工作电流范围 | 10mA~20mA |
(3) 电路图补充：将发光二极管串联接入电路的两个断开端点之间，使发光二极管符号的三角形端（左侧）朝向电源正极一侧，竖线端（右侧）朝向电源负极一侧，完整回路为：电源正极→开关S→发光二极管左端→发光二极管右端→电源负极，保证电流从发光二极管左侧流入、右侧流出，闭合开关后二极管即可发光。
(4) 改变电路电流方向后，发光二极管不能发光。
发光二极管与普通小灯泡异同：
相同点：二者都是电路中的用电器，通电后都可以将电能转化为光能，正常工作时都有额定的工作电压、电流范围。
不同点：①发光二极管具有单向导电性，仅当电流从指定的正极侧流入时才导通发光，普通小灯泡没有单向导电性，电流无论从哪个接线端流入都可以正常发光；②发光二极管依靠半导体的电致发光效应发光，电光转换效率远高于依靠灯丝发热发光的普通小灯泡，同等亮度下功耗更低、发热量更小、使用寿命更长。
任务2解答
(2) 本小组海报亮点：海报采用彩色手绘搭配实物贴纸的形式，将LED实物、国产芯片实拍图、半导体应用场景示意图结合，内容兼顾基础物理知识、我国半导体产业最新自主成就，排版生动易懂，兼具科普性和宣传价值。
(3) 对其他小组海报的修改建议：可以补充半导体芯片简易制造流程的示意图，增加更多身边常见的半导体应用实例，让内容更贴近日常，提升科普效果。
(4) 调查结果陈述：
我国半导体工业发展历程：1956年我国正式启动半导体相关研究，先后自主研制出第一支晶体管、第一块集成电路，改革开放后民用半导体产业逐步发展，21世纪以来我国在半导体设计、制造、封装测试全产业链快速推进，多个领域实现技术自主可控。
重大成就：我国是全球最大的LED生产和应用国，在存储芯片、5G通信芯片、功率半导体等领域实现多项技术突破，国产成熟制程芯片已经实现大规模量产，部分国产高端芯片设计水平达到国际第一梯队。
高端半导体芯片应用：广泛应用于智能手机、超级计算机、自动驾驶系统、航空航天控制设备、人工智能服务器、高精度医疗检测设备等场景。
制造难度：高端芯片制造需要突破极紫外光刻机研发、超高纯度半导体材料制备、纳米级精度蚀刻工艺、数十亿级晶体管的精密电路设计等多项顶尖技术，涉及物理、化学、精密机械等多个学科的顶尖工业积累，技术壁垒极高。
(5) 评价与反思：本次实践通过动手实验直观认识了半导体二极管的单向导电特性，也通过调研了解到我国半导体产业发展的挑战与机遇，既巩固了电路相关的物理知识，也拓展了对前沿科技领域的认知，后续我们会进一步补充学习半导体相关的拓展知识。