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20.3 材料的开发和利用
一、选择题（共9题）
1. 一般分子的直径约为 ，碳纳米管内部是空的。外部直径只有几到几十纳米，密度远小于铜，而强度远大于钢，下列说法正确的是
A．纳米是体积单位
B．碳纳米管可以制造不消耗能量的电动机
C．碳纳米管可以作为制造防弹背心的材料
D．碳纳米管可以制造尺寸小于一般分子的器件
2. “新材料”是相对于传统材料而言的。新材料的使用对推动社会的进步发挥着越来越大的作用。下列关于“新材料”的描述中错误的是
A．“超导材料”“半导体材料”和“纳米材料”都属于新材料
B．“超导材料”可以应用于任何用电器并使其效率提高
C．“纳米材料”是指材料的几何尺寸达到纳米量级，并且具有特殊性能的材料
D．“半导体材料”广泛应用于手机、电视机、电脑的元件及芯片
3. 下列说法中错误的是
A．纳米材料在力、热、声、光、电、磁等方面表现出许多特殊的性能
B．用金刚石刀可以切割玻璃，这是因为金刚石的硬度较大
C．半导体材料的导电性能介于导体与绝缘体之间，具有一些特殊的物理性质
D．银锭可以被拉成细丝，是由于银具有很好的弹性
4. 纳米陶瓷作高新科技材料应用广泛，它具有坚硬、耐磨、耐腐蚀、耐高温、完全无磁性等特点，它不能应用于
A．公交 卡 B．切割硬物的刀具
C．“嫦娥二号”的外表涂层 D．装浓硫酸的容器
5. 关于新材料、新技术及其应用，下列说法正确的是
A．超导材料可用来做保险丝
B．纳米技术是纳米尺度内的科学技术，纳米材料具有某些特殊性能
C．收音机中没有用到半导体材料
D．核能的利用一定不会造成环境污染
6. 下列关于新材料说法及其表述正确的是
A．超市条形码识别仪的光敏二极管的主要材料是纳米材料
B．超导体材料制成白炽灯的灯丝可以提高白炽灯的效率
C．超导体材料主要应用在电饭锅、电热水器和高压输电线上
D．纳米材料的出现为人们制造更小的机械提供了物质基础
7. 下列关于生活中新技术及其应用的说法中正确的是
A．制作 灯的发光二极管主要使用的是纳米材料
B．超导体材料制成白炽灯的灯丝可以提高白炽灯的效率
C．医院做透视检查所用的“ 光”是次声波
D．洗衣机内筒表面的纳米材料可以抑制细菌生长
8. 通常情况下，下列各组物质中都属于导体的是
A．金属 大地 石墨 B．陶瓷 湿木材 橡胶
C．玻璃 花生油 大地 D．空气 水银 塑料
9. 下列每组物体在通常情况下都是绝缘体的是
A．硬币、陶瓷罐 B．铅笔芯、刻度尺 C．玻璃棒，橡胶棒 D．人体、大地
二、填空题（共3题）
10. 医生呼吁公共场所的设施，如把手、座椅、电话等表面使用纳米材料，是因为纳米材料具有 的功能。
11. 有一种材料，它的导电性介于导体和绝缘体之间，这种材料称为 材料，电脑的微处理器就是由成千上万个这种材料制成的元件组成；某些材料在特定温度下，电阻接近于零，这种材料物理学上称之为 材料，此处的特定温度通常 （填“很高”“接近常温”或“很低”）。
12. 纳米技术是指纳米尺度内的科学技术，纳米是一个很小的 单位。人造卫星使用的是硅光电池，硅光电池是一种把 能转化为电能的电池。
三、阅读题（共1题）
13. 阅读短文，回答问题。
石墨烯——改变世界的神奇新材料
一片碳，看似普通，厚度为单个原子，却使两位科学家获得诺贝尔奖，这种全新材料名为“石墨烯”。
石墨烯是目前世界上最薄、最坚硬的纳米材料，作为电导体，它有着和铜一样出色的导电性；作为热导体，它比目前任何其他材料的导热效果都好，而且它几乎是完全透明的。利用石墨烯，科学家能够研发一系列具有特殊性质的新材料。比如，石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管，因此有希望应用于全新超级计算机的研发；石墨烯还可以用于制造触摸屏、发光板，甚至太阳能电池。如果和其他材料混合，石墨烯还可用于制造更耐热、更结实的电导体，从而使新材料更薄、更轻、更富有弹性。从柔性电子产品到智能服装，从超轻型飞机材料到防弹衣，甚至未来的太空电梯都可以以石墨烯为原料。因此，石墨烯的应用前景十分广阔。
(1) 最近国外研究人员通过引入由多层石墨烯制成的交替散热通道，解决了交通信号和电动汽车中使用半导体材料散热的难题，这是利用石墨烯的 （填选项前的字母）。
A.透光性好
B.硬度大
C.导热性好
D.导电性强
(2) 石墨烯有希望应用于全新超级计算机的研发，是因为 。
(3) 石墨烯是目前世界上最薄、最坚硬的纳米材料。针对这一发现同学们提出了以下几个问题，你认为最有价值且可探究的问题是 （填选项前的字母）。
A.“石墨烯的硬度与石墨烯的厚度、面积有什么关系？”
B.“如何提取石墨烯这种物质？”
C.“石墨烯在生活中有什么用处？”
D.“石墨烯为什么很薄？”
答案
一、选择题（共9题）
1. 【答案】C
2. 【答案】B
3. 【答案】D
4. 【答案】A
5. 【答案】B
6. 【答案】D
【解析】当光照发生变化时，由半导体材料做成的光敏电阻的阻值可发生变化，则可以感知条形码，故A错误；
白炽灯的灯丝是由钨丝做的，钨是金属，是导体，故B错误；
超导体是零电阻，所有利用电流热效应工作的电器设备都不能用超导材料制作，所以超导体不能应用在电饭锅、电热水器上，故C错误；
纳米是一种长度单位，它用来表示最小的长度，，纳米材料的出现为人们制造微小机器提供了物质基础，故D正确。
7. 【答案】D
【解析】A. 灯的核心元件发光二极管是由半导体材料制成的，故A错误；
B.由于超导体电阻为零，用它制作电器，不会发热，故不能用超导材料制作白炽灯的灯丝，故B错误；
C.医院做透视检查所用的“ 光”是电磁波，次声波不属于电磁波，故C错误；
D.纳米材料制成的洗衣机内筒表面具有抑制细菌生长的功能，故D正确。
8. 【答案】A
【解析】金属、大地、石墨都容易导电，是导体，符合题意；
陶瓷、橡胶不容易导电，是绝缘体，湿木材容易导电，是导体，不合题意；
玻璃、花生油不容易导电，是绝缘体，大地容易导电，是导体，不合题意；
空气、塑料不容易导电，是绝缘体，水银容易导电，是导体，不合题意。
9. 【答案】C
【解析】陶瓷不容易导电，是绝缘体，硬币是由金属制作的，是导体，故A错误；
铅笔芯是导体；刻度尺是用橡胶制作的，不容易导电，是绝缘体，故B错误；
玻璃棒和橡胶棒不容易导电，是绝缘体，故C正确；
人体和大地是导体，故D错误。
二、填空题（共3题）
10. 【答案】抑制细菌、病毒生长
11. 【答案】半导体；超导；很低
12. 【答案】长度；太阳
【解析】纳米是长度的一个较小的单位；硅光电池工作时将太阳能转化成电能。
三、阅读题（共1题）
13. 【答案】
(1) C
(2) 石墨烯晶体管的传输速度远远超过目前的硅晶体管
(3) A
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20.3 材料的开发和利用
课题 材料的开发和利用 单元 20.3 学科 物理 年级 九年级
学习目标 知识与技能：1、了解人类材料的开发利用进程2、知道材料可分为导体、半导体及绝缘体三大类3、了解超导材料、纳米材料过程与方法：通过图片展示使学生了解超导材料、纳米材料情感态度与价值观：通过本节学习激发学生学习兴趣，对新材料进行探索，树立科学探究的精神
重点 导体、绝缘体、半导体
难点 超导材料、纳米材料的理解
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 展示图片：课桌、书本、黑板、道路、桥梁、首饰……这些物质都是由不同材料制成的，那么人类社会是怎样认识、开发、利用这些材料的呢？ 启发学生深入思考
讲授新课课堂练习 一、材料与社会展示图片，不同阶段使用的材料人类发展过程中先后经历了石器时代、青铜时代和钢铁材料时代1、石器时代 （400,000 ~ 4,500） 人类主要以石头、骨头、木制作简单的工具陶器的出现是人类跨入新石器时代的重要标志之一 2、青铜时代 （4,500 ~ 1,000） 大量使用青铜作为第一种合金做工具、青铜礼器的时期 3、铁器时代（1000 — ）人类使用铁来制造工具和武器4、蒸汽时代（18世纪60年代）人类开始了第一次工业革命，并创造了巨大的生产力，人类进入“蒸汽时代”5、电气时代（19世纪70年代）今天所使用的电灯、电话都是在在第二次工业革命中被发明出来的，人类由此进入“电气时代”。6、电子信息时代（20世纪四五十年代）以原子能技术、航天技术和电子计算机的运用为代表的第三次科技革命开始兴起，它将人类社会带入了电子信息时代课堂巩固例、下列关于材料与人类社会发展的关系说法中，错误的是（ ）A．材料在人类社会发展的历史进程中具有极其重要的作用B．材料的发展为科学技术的发展提供了物质基础C．材料的发展及大量使用带来了不少环境问题D．用“可持续发展的观点”和“环境保护的意识”来看，新材料不能普遍应用材料的导电性 介绍根据导电性材料可分为导体、半导体及绝缘体三大类。容易导电的材料是导体，例如：各种金属、石墨、人体、大地、酸碱盐的水溶液。其中铜、铝是最常用的电的良导体，常用来制成导线。不容易导电的材料是绝缘体，例如：玻璃、橡胶、塑料、陶瓷、纸、油等材料。其中半导体可以制成二极管、三极管等半导体元件和集成电路。实验：实验探究：半导体二极管单向导电特性实验结论，如图1所示灯泡亮起，如图2所示，灯泡不亮，说明半导体二极管具有单向导电性。课堂巩固例： “芯片”的核心是大规模集成电路，集成电路的主要材料是（ ）A．导体 B．半导体 C．绝缘体 D．超导体发新材料新材料包括：超导材料、纳米材料进行相应图片展示（1）、超导材料：具有零电阻性和超导磁悬浮现象 1911年，昂内斯在研究汞电阻随温度的变化时，观察到在测试温度降低到4.2K时，汞的电阻突然降低到测量不到的微小值。从而发现超导现象。 超导磁悬浮现象使人们想到可以利用超导体来实现交通工具的无摩擦运行，大大提高交通工具的安全性能和运行速度。20世纪末，人们对超导列车、超导船进行可行性实验，对世界产生巨大影响。（2）、纳米材料纳米材料除了其基本单元空间尺度小外，在力、热、声、光、电、磁等方面还表现出许多特殊的性能。下列一组全是导体的是（ ）A．金属、人体、塑料 B．大地、食盐水溶液、橡胶C．石墨、人体、玻璃 D．金属、人体、大地2、为庆祝党100周年，长沙湘江两岸城市夜景红色灯光秀全面亮起，描述着中国共产百年历史长卷，惊艳长沙。而灯光秀便是采用了LED灯，制作LED灯的发光二极管主要使用的是（ ）A．半导体材料 B．超导材料C．纳米材料 D．绝缘材料3、当温度降到一定程度时，某些物质的电阻会变为零，这种物质叫超导体。当电流通过超导体时不发热，故超导体的应用具有十分诱人的前景，假如科学家已研制出室温下的超导体，你准备用它来制作（ ）A．输电导线 B．白炽灯泡的灯丝C．电炉的电热丝 D．滑动变阻器中的电阻丝4、纳米材料被誉为21世纪最有前途的新型材料。当材料的晶粒（或微粒）的大小处于纳米级时，其性质就会出现奇异的变化。如陶瓷，它的硬度高、耐磨损、耐高温、却易碎，但用纳米陶瓷粉制成的陶瓷不但有普通陶瓷的特性还有一定的韧性。下列说法中，你认为正确的是（ ）A．纳米是体积单位B．纳米材料的基本单元比“夸克”小C．利用纳米陶瓷可以制作发动机的缸体D．利用纳米陶瓷可以制作公交IC卡 材料的使用是有个发展过程的知道半导体材料在生活中应用广泛新材料具有很多优点，但是对其开发却是一个不断探索的过程，任重而道远 通过图片展示更具说服力展示图片，帮助学生进行直观理解
课堂小结
板书 20.3材料的开发和利用1、材料的导电性根据材料的导电性能，材料可分为导体、半导体及绝缘体三大类。2、开发新材料（1）、超导材料（2）、纳米材料
课后反思 《材料的开发和利用》这一课，如果用传统的教育教学模式，可能会比较枯燥乏味，所以我在教学中多次采用了多媒体信息技术与学生课前搜集资料、课上交流讨论、汇报展示的教学模式，收到了较好的学习效果。总之，我在本课多处使用了信息技术和多媒体手段，构建了“主动、探究、合作”的新型学习方式，充分显示了信息交流的多向性、丰富性和快捷性。满足了师生的教学需求，激发了学生的学习兴趣和积极性，突出了学生的主体地位，凸现了学生学习方式的多层次性，拓宽了学生学习视野，激发了学生的探究、创新精神，极大的提高了学生的课堂学习效率。
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沪科版九年级物理第二十章第3节
材料的开发和利用
导入新课
课桌、书本、黑板、道路、桥梁、首饰……这些物质都是由不同材料制成的，那么人类社会是怎样认识、开发、利用这些材料的呢？
人类使用材料的历史已经历了以下几个时代:为石器时代、青铜器时代、铁器时代、蒸汽时代、电气时代、电子信息时代
1、石器时代 （400,000 ~ 4,500）
人类主要以石头、骨头、木制作简单的工具陶器的出现是人类跨入新石器时代的重要标志之一
材料与社会
2、青铜时代 （4,500 ~ 1,000）
大量使用青铜作为第一种合金做工具、青铜礼器的时期
材料与社会
材料与社会
3、铁器时代（1000 — ）人类使用铁来制造工具和武器
4、蒸汽时代（18世纪60年代）人类开始了第一次工业革命，并创造了巨大的生产力，人类进入“蒸汽时代”
材料与社会
材料与社会
5、电气时代（19世纪70年代）今天所使用的电灯、电话都是在在第二次工业革命中被发明出来的，人类由此进入“电气时代”。
6、电子信息时代（20世纪四五十年代）以原子能技术、航天技术和电子计算机的运用为代表的第三次科技革命开始兴起，它将人类社会带入了电子信息时代
材料与社会
小试牛刀
例、下列关于材料与人类社会发展的关系说法中，错误的是（ ）
A．材料在人类社会发展的历史进程中具有极其重要的作用
B．材料的发展为科学技术的发展提供了物质基础
C．材料的发展及大量使用带来了不少环境问题
D．用“可持续发展的观点”和“环境保护的意识”来看，新材料不能普遍应用
D
材料的导电性
根据材料的导电性能，材料可分为导体、半导体及绝缘体三大类。
1、容易导电的材料是导体，例如：各种金属、大地、人体、酸碱盐的水溶液。其中铜、铝是最常用的电的良导体，常用来制成导线。
2.不容易导电的材料是绝缘体，例如：玻璃、橡胶、陶瓷、塑料、纸、油等材料。
材料的导电性
实验探究：导体与绝缘体
实验材料：
电源、灯泡、导线、接线柱、开关、待测材料。
实验设计：
在右边方框中，自己设计一个实验电路，进行实验，判定待测材料是导体还是绝缘体。
实验过程及结论：
绿色为待测材料，如果闭合开关，小灯亮，则待测材料为导体，若小灯不亮，则为绝缘体。
材料的导电性
3、半导体材料有硅、锗、砷化镓等，半导体可以制成二极管、三极管等半导体元件和集成电路。半导体二极管有单向导电性，半导体三极管可以用来放大电信号。
材料的导电性
实验探究：半导体二极管单向导电特性
实验材料：
电源、灯泡、导线、接线柱、开关、半导体二极管。
实验设计：
在右边方框中，自己设计一个实验电路，进行实验，判定半导体二极管导电特性。
图1
图2
材料的导电性
实验过程：
将半导体二极管分别如图所示进行连接，闭合开关，观察小灯是否亮起
实验结论，如图1所示灯泡亮起，如图2所示，灯泡不亮，说明半导体二极管具有单向导电性。
材料的导电性
牛刀小试
“芯片”的核心是大规模集成电路，集成电路的主要材料是（ ）
A．导体 B．半导体
C．绝缘体 D．超导体
B
开发新材料
1、超导材料
汞的电阻随温度变化情况
1911年，昂内斯在研究汞电阻随温度的变化时，观察到在温度降低到4.2K时，汞的电阻几乎为零。从而发现超导现象。
发生超导现象的材料叫超导材料，超导材料不仅电阻为零，而且还存在其他引人注目的特性。
超导材料出现以后，人们首先想到的是利用超导体的零电阻性实现远距离大功率输电，是因为超导输电线可以无损耗的输送极大地电流。这意味着用细电线就可以输送强电流
很细的超导丝就可以输送强大的电流
开发新材料
超导磁悬浮现象使人们想到可以利用超导体来实现交通工具的无摩擦运行，这将大大提高交通工具的运行速度。
20世纪末，人们对超导列车、超导船进行了可行性实验。
开发新材料
2、纳米材料
纳米材料统指合成材料的基本单元大小限制在1—100nm范围内的材料，这大约相当于10—1000个原子紧密排列在一起的尺度。
纳米材料除了其基本单元空间尺度小外，在力、热、声、光、电、磁等方面还表现出许多特殊的性能。
开发新材料
人们正在研制纳米尺度的微小机器，由纳米材料制成的导线将大大提高计算机的性能，并缩小计算机芯片的体积。用纳米技术做成的量子磁盘，每平方厘米面积内可贮存3万部《红楼梦》。
开发新材料
纳米虽是一个尺度单位，但却成为近年来最时髦的商业“亮点”——“纳米家电”、“纳米水”、“纳米服装”等概念盛行一时。它们都是真纳米吗？
目前市场上的纳米产品，往往给人们带来一些误解。比如纳米冰箱，通常是添加了氧化钛的纳米无机物，具备了一定的抗菌性能；所谓纳米洗衣机，也只能说是添加了纳米材料的洗衣机，而且纳米材料还只是应用在滚筒洗衣机外桶的内壁上，对于最容易产生污垢的内桶的外壁还没有很好的解决办法。
小常识
在目前我国相关行业、产品技术标准还是空缺的情况下，这些产品能否被称之为“纳米产品”还是一个问题，而炒作相关的纳米概念显然不是科学和负责任的态度。
“纳米科技展示的前景非常美好，但其目前还仅是实验室产品，不能用于大规模生产，原因在于改造的成本过于昂贵、产品的可靠性和耐久性难以验证，但要想使纳米材料真正大批量应用在现实生活中，还需要科学家和政府的不断努力。”
小常识
大显身手
1、下列一组全是导体的是（ ）
A．金属、人体、塑料
B．大地、食盐水溶液、橡胶
C．石墨、人体、玻璃
D．金属、人体、大地
D
2、为庆祝党100周年，长沙湘江两岸城市夜景红色灯光秀全面亮起，描述着中国共产百年历史长卷，惊艳长沙。而灯光秀便是采用了LED灯，制作LED灯的发光二极管主要使用的是（ ）
A．半导体材料 B．超导材料
C．纳米材料 D．绝缘材料
大显身手
A
3、当温度降到一定程度时，某些物质的电阻会变为零，这种物质叫超导体。当电流通过超导体时不发热，故超导体的应用具有十分诱人的前景，假如科学家已研制出室温下的超导体，你准备用它来制作（ ）
A．输电导线 B．白炽灯泡的灯丝
C．电炉的电热丝 D．滑动变阻器中的电阻丝
大显身手
A
4、纳米材料被誉为21世纪最有前途的新型材料。当材料的晶粒（或微粒）的大小处于纳米级时，其性质就会出现奇异的变化。如陶瓷，它的硬度高、耐磨损、耐高温、却易碎，但用纳米陶瓷粉制成的陶瓷不但有普通陶瓷的特性还有一定的韧性。下列说法中，你认为正确的是（ ）
A．纳米是体积单位
B．纳米材料的基本单元比“夸克”小
C．利用纳米陶瓷可以制作发动机的缸体
D．利用纳米陶瓷可以制作公交IC卡
大显身手
C
课堂小结
材料的开发和利用
材料与社会
导体
半导体
开发新材料
超导材料
纳米材料
材料的导电性
布置作业
完成课后作业
再 见
