資源簡介

(共23張PPT)
第三節 材料的開發和利用
目 錄
新課引入
2
新知學習
3
課堂小結
4
學習目標
1
隨堂練習
5
1. 知道材料對人類社會發展的促進作用，知道新材料的發展為科學技術發
展提供了物質基礎.
2. 知道根據材料的導電性能可分為：導體、半導體、絕緣體三大類.初步了
解半導體的一些特點.
3. 知道“電阻為零”是超導材料的特性外，超導磁懸浮現象是它的另一重要
特征之一.
4. 收集有關信息，初步了解納米材料有關的一些知識，有合理利用資源、
保護環境的意識.
學習目標
新課引入
我們周圍的物品都是由各種材料制成的，材料創新已成為推動人類文明進步的重要動力之一.
液體盔甲
點沙成土
抗震水泥
刀槍不入的LINE-X材料
新知學習
一、材料與社會
人類社會的發展與人們對材料的認識、開發和利用密切相關，從古至今，人類對材料的使用經歷了哪些時代呢？
石器時代
青銅器時代
鐵器時代
電氣時代
蒸汽時代
電子信息時代
材料的發展為科學技術的發展提供了物質基礎.
材料具有什么性質呢？
？
二、材料的導電性
根據材料的導電性能：材料可分為導體、絕緣體、半導體.
材料的導電性能是由材料內部電子的運動狀況決定的.
從左到右導電性能越來越強，絕緣性能越來越弱.
絕緣體
半導體
導 體
(1)導體：容易導電的材料.常見導體有各種金屬、酸、堿、鹽的水溶液、人體、大地、石墨、水銀等.
銅、鋁是常見的良導體，通常被用作制成傳導電流的導線.
(2)絕緣體：電阻很大，電流幾乎不能通過，因此，絕緣體常常被用來隔離帶電物體. 常見絕緣體有陶瓷、玻璃、橡膠、塑料、各種油等.
一般情況下，玻璃和橡膠等材料都是絕緣體.
實驗材料：電源、燈泡、導線、接線柱、開關、待測材料.
實驗設計：在下邊的方框中，自己設計一個實驗電路，進行實驗，判定待測材料是導體還是絕緣體.
實 驗 1
導體與絕緣體
點擊播放視頻
(3)半導體：導電性能介于導體與絕緣體之間，具有一些特殊的物理性質.
半導體的材料有硅、鍺和砷化鎵等.
硅
鍺
熱敏電阻
半導體元件
半導體應用非常廣泛
可以制成二極管、三極管等半導體元件和集成電路.
半導體二極管有單向導電性，三極管可以用來放大電信號.
發光二極管
實 驗 2
半導體二極管單向導電特性
實驗材料：電源、燈泡、開關、導線、接線板、接線柱、半導體二極管(符號： ).
實驗設計：自己設計實驗電路，探究半導體二極管的單向導電特性，并將設計的電路畫在下邊的方框中.
點擊播放視頻
發光二極管
二極管有兩根引線，一根叫正極(長端)，另一根叫負極(短端)，在電路中用符號 表示.
注意：當反向加的電壓達到某一值時，會將二極管擊穿，損壞二極管.
雖然社會的發展給我們帶來了豐富的物品，但是為了制造物美價廉、性能更好的物品，人們正不斷地研究性能更好、更有價值的新材料，如超導材料、納米材料.
三、開發新材料
超導材料
1911年，昂內斯在研究汞電阻隨溫度的變化時，觀察到在測試溫度降低到4.2 K時，汞的電阻突然降低到幾乎為零，從而發現超導現象.
發生超導現象的材料叫超導材料.
汞電阻隨溫度變化的圖線
1933年，邁斯納和奧森菲爾德發現了超導磁浮現象.
利用超導體的零電阻特性實現遠距離大功率輸電，因為超導輸電線可以無損耗地輸送極大的電流.這意味著用細電線就可以輸送強電流.
超導磁懸浮列車
超導磁浮現象使人們想到可以用超導體來實現交通工具的無摩擦運行，這將會大大提高交通工具的運行速度.
20世紀末，人們分別對超導列車、超導船進行了可行性實驗.可以預期，在不久的將來，超導材料的應用將對世界產生巨大的影響.
納米材料
納米材料統指合成材料的基本單元大小限制在1-100 nm范圍內的材料，這大約相當于10～1 000個原子緊密排列在一起的尺度.
納米材料除了其基本單元的尺度小以外，在力、熱、聲、光、電、磁等方面還表現出許多特殊的性能.
一種納米尺度機器的局部
計算機芯片中一種直徑為納米級的導線(藍色)
紡織工藝中的納米涂層
殺菌和除臭的冰箱納米涂層
藥物中的納米緩釋技術
納米衛星
納米材料已成功用于許多領域，正在改善、提高著人們的生活質量，包括醫學、藥學、化學及生物檢測、制造業、光學以及國防等等，應用前景十分廣闊.
課堂小結
定義：________的物體.例：銅、鋁、鐵等.
導體
材料的開發和利用
應用：用來制作輸送電能的導線.
容易導電
定義：__________的物體.例：玻璃、 橡膠、塑料等.
絕緣體
應用：用來隔離帶電體.
不容易導電
定義：導電性能介于______與______之間的物體.例：硅、 鍺、
砷化鎵等.
半導體
應用：制成二極管、三極管等半導體元件和集成電路.
導體
絕緣體
定義：某些物質在溫度很低的時候，電阻變為零.例：汞溫度
降低到4.2 K時.
超導體
應用：超導列車、遠距離大功率輸電.
超導材料：超導輸電導線、超導磁浮列車等.
開發
新材料
納米材料：制作微小機器、納米尺度的導線及高存儲密度的量
子磁盤等.
隨堂練習
1. (2024北京模擬)如圖所示的廚房用品中，通常情況下屬于導體的是(　　)
A. 金屬勺 B. 陶瓷碗 C. 塑料盒 D. 玻璃盤
A
容易導電的物體
2. “輕軌電車”是近年來又一新興的交通工具，具有速度大、運載量大、污染小的優點. 當輕軌電車運行時，由于高速摩擦，在輕軌電車跟架空電線的接觸點上，會產生高溫.因此，接觸點上的材料應該具有耐高溫、不易氧化、易導電的性質.最適合制作該觸點的材料是( )
A. 金剛石 B. 石墨
D. 銅 C. 鋁
B
3. 半導體與超導體材料有著非常廣闊的應用前景，下列關于半導體和超導體的描述合理的是(　　)
A. 可以用半導體材料制作輸電的導線
B. 所有的半導體材料的導電性都受溫度、光照的影響
C. 超導體指的是溫度降到絕對零度時電阻變為零的材料
D. 超導體至今沒有廣泛應用是因為難以實現常溫常壓下的超導
D
制作輸電的導體材料導電性要好
×
一部分半導體材料會受到溫度、光照的影響，一部分半導體材料會受到壓力、溫度等影響
×
超導體指的是溫度降低到臨界值時電阻完全消失的材料，臨界值溫度并不是絕對零度
×
現在研制出的超導體都只有在超低溫或超高壓的情況下電阻才為零，所以至今沒有廣泛應用
√

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