資源簡介

(共22張PPT)
20.3 材料的開發和利用
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……
新課引入
（1）了解導體、絕緣體、半導體導電性能的差異，知道半導體二極管的單向導電性。
（2）知道超導材料是一種電阻為零的材料，知道超導材料具有超導磁懸浮的特性。
（3）了解納米材料的有關知識。
學習目標
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
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。
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
材料的發展為科學技術的發展提供了物質基礎。
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。
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：各種金屬、大地、人體、酸堿鹽的水溶液。
其中銅、鋁是最常用的電的良導體，常用來制成導線。
材料的導電性
二
2.不容易導電的材料是絕緣體，例如：玻璃、橡膠、陶瓷、塑料、紙、油等材料。
實驗探究：導體與絕緣體
實驗材料：電源、燈泡、導線、接線柱、開關、待測材料。
實驗設計：在下面方框中，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：綠色為待測材料，如果閉合開關，小燈亮，則待測材料為導體，若小燈不亮，則為絕緣體。
3、半導體材料導電性介于導體和絕緣體之間，如硅、鍺、砷化鎵等。
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。
實驗探究：半導體二極管單向導電特性
實驗材料：電源、燈泡、導線、接線柱、開關、半導體二極管。
實驗設計： 在下面方框中，自己設計一個實驗電路，進行實驗，判定半導體二極管導電特性。
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。
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。
導體之所以容易導電，是因為導體內存在大量的___________。常溫下，玻璃屬于________，燒紅的玻璃____導電，這說明___________________________________________。
自由電荷
絕緣體
能
導體和絕緣體之間在一定的條件下可以相互轉化
思考：同一種物質的導電性能總是一成不變的嗎？
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。
開發新材料
三
1、超導材料
1911年，昂內斯在研究汞電阻隨溫度的變化時，觀察到在溫度降低到4.2K時，汞的電阻幾乎為零，從而發現超導現象。
汞的電阻隨溫度變化情況
發生超導現象的材料叫超導材料，超導材料不僅電阻為零，而且還存在其他引人注目的特性。
1933年，邁斯納（W.Meissner）和奧斯費爾德（R.Ochsenfeld）發現了超導磁浮現象。
超導材料的兩個基本特性：零電阻性、抗磁性。
利用超導體的零電阻性實現遠距離大功率輸電。
超導磁懸浮現象使人們聯想到利用超導體實現交通工具的無摩擦運行。
超導磁懸浮列車
2、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。
納米材料除了其基本單元空間尺度小外，在力、熱、聲、光、電、磁等方面還表現出許多特殊的性能。
(約10個原子緊密排列的長度，約是頭發絲1%)
納米是長度單位：1nm=10-9m
計算機芯片中的納米導線
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，正在改善著、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。
1．LED燈是一種高效的節能光源，其核心元件是發光二極管。發光二極管的主要材料是( )
A．陶瓷 B．半導體
C．超導體 D．橡膠
B
2．某種材料的電阻值會隨著光照射強度的變化而明顯改變，則該材料是由什么物質組成的( )
A．導體 B．絕緣體
C．半導體 D．超導體
C
當堂檢測
3．某些物質在溫度很低時，電阻就變成了零，這就是超導現象，超導材料比較適合( )
A．輸電的導線
B．做白熾燈的燈絲
C．用作保險絲
D．電飯鍋的發熱盤
A
4．科學家們研制出一種具有超塑延展性的銅，它在室溫下可以被拉長50多倍而不出現裂紋，組成這種銅的主要材料是( )
A．磁性材料 B．納米材料
C．半導體材料 D．超導材料
B
材料與社會
材料的開發
和利用
超導材料
納米材料
材料的導電性
開發新材料
導體
半導體
絕緣體
課堂小結

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