資源簡介

(共21張PPT)
20.3 材料的開發和利用
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。
點沙成土
抗震水泥
刀槍不入的LINE-X材料
新課引入
原始人類用石材制造的工具
鑄鐘——我國是世界上最早掌握青銅冶煉技術的國家之一
人類發展過程中先后經歷了石器時代、青銅時代和鋼鐵材料時代。
新知講解
材料與社會
一
1.石器時代 （400,000 ~ 4,500）
人類主要以石頭、骨頭、木制作簡單的工具陶器的出現是人類跨入新石器時代的重要標志之一。
2.青銅器時代 （4,500 ~ 1,000）
大量使用青銅作為第一種合金做工具、青銅禮器的時期。
3.鐵器時代（1000 — ）人類使用鐵來制造工具和武器。
根據材料的導電性能，材料可分為導體、半導體及絕緣體三大類。
1.容易導電的材料是導體，例如：金、銀、銅、鐵。
材料的分類方法很多，我們可以根據材料的物理性質進行分類。
其中銅、鋁是最常用的電的良導體，常用來制成導線。
2.不容易導電的材料是絕緣體，例如：玻璃、橡膠等材料。
導線
絕緣體
材料的導電性
二
實驗目的：判定材料是導體還是絕緣體。
實驗器材：電源、燈泡、導線、接線柱、開關、待測材料（鐵釘、橡皮、銅絲等）.
實驗原理：導體容易導電，絕緣體不導電。
實驗探究：導體與絕緣體
實驗設計： 如圖所示，在右邊方框中，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.
實驗過程及結論：如果閉合開關，小燈亮，則待測材料為導體；若小燈不亮，則待測材料為絕緣體.
3.半導體材料是導電性能介于導體和絕緣體之間的材料，例如：硅、鍺、砷化鎵等。
硅材料用于制作半導體元件
半導體可以制成二極管、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，半導體三極管可以用來放大電信號。
半導體元件
從常用電器，如收音機、錄音機、電視機、電腦等中，都可以找到大量的半導體元件。
實驗目的：探究半導體二極管的導電特性。
實驗器材：電源、燈泡、導線、接線柱、開關、半導體二極管。
實驗原理：半導體二極管具有單向導電的特性。
實驗探究：半導體二極管單向導電特性
實驗設計： 如圖所示，在右邊方框中，自己設計一個實驗電路，進行實驗，探究半導體二極管的導電特性。
實驗過程：如圖所示將電路進行連接，在A、B兩點間接入半導體二極管，觀察小燈泡發光情況。調換半導體二極管的連接方向，再次實驗，觀察小燈泡的發光情況。
實驗結論：兩次實驗中只有一次小燈泡發光，說明半導體二極管具有單向導電性.
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。
1.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4.2K時，汞的電阻突然降低到測量不到的微小值，從而發現超導現象。
汞的電阻隨溫度變化情況
開發新材料
三
超導材料出現以后，人們首先想到的就是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。
超導材料不僅電阻為零，而且還有其他令人注目的特性。
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。
2.納米材料
納米材料統指合成材料的基本單元大小限制在1~100nm范圍內的材料，這大約相當于10~1000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。
納米材料的特點：
創造硅微型昆蟲，用人造昆蟲在溫室傳播花粉，殺死害蟲。
（1）小尺寸效應
納米機器人：醫生用納米機器人來打通腦血栓，清潔心臟動脈脂肪沉積物。
直接潑到納米襯衫上的水和油污只是停留在衣服的表層，輕輕一撣就掉下去了，沒有留下一點痕跡。
（2）表面效應
用納米技術做成的量子磁盤，每平方厘米的面積上可貯存3萬部《紅樓夢》。
（3） 量子效應
1、下列一組全是導體的是（　　）
A．金屬、人體、塑料
B．大地、食鹽水溶液、橡膠
C．石墨、人體、玻璃
D．金屬、人體、大地
D
當堂檢測
2、為慶祝黨100周年，長沙湘江兩岸城市夜景紅色燈光秀全面亮起，描述著中國共產百年歷史長卷，驚艷長沙。而燈光秀便是采用了LED燈，制作LED燈的發光二極管主要使用的是（　　）
A．半導體材料 B．超導材料
C．納米材料 D．絕緣材料
A
3、當溫度降到一定程度時，某些物質的電阻會變為零，這種物質叫超導體。當電流通過超導體時不發熱，故超導體的應用具有十分誘人的前景，假如科學家已研制出室溫下的超導體，你準備用它來制作（　　）
A．輸電導線 B．白熾燈泡的燈絲
C．電爐的電熱絲 D．滑動變阻器中的電阻絲
A
4、納米材料被譽為21世紀最有前途的新型材料。當材料的晶粒（或微粒）的大小處于納米級時，其性質就會出現奇異的變化。如陶瓷，它的硬度高、耐磨損、耐高溫、卻易碎，但用納米陶瓷粉制成的陶瓷不但有普通陶瓷的特性還有一定的韌性。下列說法中，你認為正確的是（　　）
A．納米是體積單位
B．納米材料的基本單元比“夸克”小
C．利用納米陶瓷可以制作發動機的缸體
D．利用納米陶瓷可以制作公交IC卡
C
材料的開發和利用
材料與社會
導體
半導體
開發新材料
超導材料
納米材料
材料的導電性
絕緣體
課堂小結

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