课件62张PPT。《杏红物理》精品课件之新授课篇WWW.21CNJY.COM精致的课件精致的课件节料三的第韦洪杏红物理精致的课件开发材和利用教学目标
【知识与技能】
1.知道材料的分类，知道不同材料具有不同的物理性质
2.知道导体、绝缘体、半导体导电性能的差异，知道半导体二极管的单向导电性。
3.知道超导材料是一种电阻为零的材料，知道超导材料具有超导磁悬浮的特性，了解纳米材料的有关知识．
【过程与方法】
1.通过实验体验不同物质具有不同的物理性质
2.通过探究实验认识导体、绝缘体、半导体二极管的电气特性．
3.了解新材料的特性及应用前景．
【情感、态度与价值观】
1.了解材料在人类发展的历史进程中的作用；认识到合理利用资源，有效保护环境的重要性．
2.了解半导体材料的广泛使用及其对科学、社会的促进作用．
了解我国新材料研究的新成果，增强民族自豪感． 我们身边的学习用品、家里的冰箱、彩电、洗衣机、城市里的高楼大厦、道路桥梁……等大大小小的物品都是由各种材料制成的。原始人类用石材制造的工具铸钟——我国是世界上最早掌握青铜冶炼技术的国家之一 材料是人类生存和发展的物质基础，几乎每一种重要的新材料的发现和推广应用，都会把人类改造自然的能力提高一个新的水平，因而，历史学家根据一定时期内所使用的主导材料的不同，分别称为旧石器时代、新石器时代、青铜时代、铁器时代和钢铁时代。 当今材料是科学技术的物质基础，任何一项新技术的突破，都要有相应的新材料作前提保证，而且某些新材料的研制过程本身就是新技术的发展。光导纤维和激光材料对于光通信，半导体材料和磁性材料对于计算机技术，超导材料、光电材料和贮氢材料对于新能源，生物功能材料对于生物工程发展都有重要意义。 材料的大量利用在给人们带来物质文明的同时，已经造成了资源的浪费和环境的污染，合理利用自然资源，有效保护环境已经成为人类关注的一个重大课题。材料的发展给我们带来了哪些问题1、白色污染
2、固体废弃物的污染
3、电子产品的污染等 前面我们做电学实验时都是用金属导线连接电路，可以用其它材料代替金属连接电路吗？ 从实验我们可以看到不同材料的导电性能存在差异，人们根据导体的导电性能的差异，将导电性能良好的材料称为导体；导电性能差的材料称为绝缘体；导电性能介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。 你知道生活中哪些物体是导体，哪些是绝缘体，哪些是半导体？ 金、银、铜、铝、铁、人体（或动物肢体）、石墨、大地、盐水等是导体。橡胶、塑料、玻璃、陶瓷、油等是绝缘体。硅、锗、砷化镓是半导体。 材料的导电性能是由材料内部电子等运动情况、所受阻碍情况决定的。金、银、铜、铁等金属的电阻小，在它们的内部有大量的可以自由移动的电荷，当外加电压时，自由电荷可以发生定向移动形成电流。是导电性能较好的导体。绝缘体的电阻很大，在它们的内部几乎没有可以自由移动的电荷。电流几乎不能通过，导电性能差。导体和绝缘体之间导电性能的差异有哪些应用？ 良好的导体通常被用来做传导电流的导线，绝缘体常用来隔离带电体。为什么材料的导电性能会有这样大的差异呢？ 电缆的结构：芯用导线，外层用绝缘体，既能导电，又安全。导体和绝缘体之间没有绝对的界线。 收录机、电视机、计算机或其它仪器的电路组成里的二极管、三极管、集成电路都是半导体材料制成的元件。 单向导电性 发光特性 光敏性 光敏性半导体三极管可以用来放大电信号集成电路将许多二极管、三极管、电阻以及其它元件连同它们相互连线用集成工艺制作在单个半导体基片上，使电路微小化但功能与分立元件组装的电路同等或更好。微处理器1、微处理器是一个大规模集成电路 2、计算机内微处理器工作时对数据进行运算，控制计算机运行，是计算机的大脑。 3、机械人和机械狗内部有微处理器对各种动作指令数据进行智能化管理，使其能够完成各种复杂的动作。半导体制冷技术：据报道，实验已成功，如果推广应用将改变传统空调采用氟利昂或其它化合物制剂的制冷方法，从根本上解决使用空调、冰箱造成氟利昂等化学制剂对环境的污染问题。 我们认识到材料是人类生存和发展的物质基础，社会发展、人类文明的进步都离不开新材料的发现与应用。为了制造物美价廉、性能更好的物品，人们正在不断地研究性能更好、更容易制造的材料。 从材料的发展史来看，最初的石器材料仅是对自然界天然物质作简单的打、磨加工。陶瓷是人类通过加工技术以一定的工艺制造非天然物质材料的起点。 从陶瓷到青铜、铁器材料，直至近代工业革命时期，人们大量使用钢铁极其合金材料。还只是加工、冶炼技术和工艺的改进。 到了20世纪初，人工高分子材料问世，人类开始从加工改造天然物质材料走向人工化合物为原料的合成材料。 人造纤维、塑料等各种高分子材料层出不穷。20世纪50年代先进陶瓷异军突起……。如今材料家族的成员发展迅速，包括塑料、合成橡胶、化纤等各种高分子材料，特种陶瓷、特种水泥、光导纤维、碳纤维、硼纤维等硅酸盐和无机功能新材料，记忆合金、非晶态金属、晶须、超导材料、超塑性金属、超弹性合金等型金属材料，以及纤维增强、弥散粒子、叠层复合等新型复合材料。还有被称为第四代、第五代材料的超微粒子、超晶格膜、超“纯材料等极限材料”和“分子设计”材料等。世界上的材料已达几十万种。 目前，人类正致力于各种新材料的研发。其中超导材料和纳米材料的研发令人瞩目。阅读P208页有关超导材料的内容。思考：1、什么是超导材料？2、超导材料有哪些特征？3、超导材料的应用前景？超导材料是一种电阻为零的材料。在20世纪初，金属导电理论认为：金属电阻随温度降低而减小，同电子运动随温度的变化规律一致。按这种理论，温度降到绝对零度时电子将“凝聚”在原子上，电阻为极小，金属的电阻将减小为零。1908年，荷兰莱顿大学的卡茂林-昂尼斯首次实现氮的液化，获得了4.2K（-268．8℃）的低温，为研究低温条件下物质导电创造了条件。他发现几种金属导体（铅、铝）的电阻率随温度降低而减小，直至冷却到液态空气温度 80K时仍维持不变。 1911年，卡茂林-昂尼斯发现，将汞冷却 到-268.98℃时，汞的电阻突然消失；后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性。1913年，卡茂林-昂尼斯在诺贝尔领奖演说中指出：低温下金属电阻的消失“不是逐渐的，而是突然的”，“水银在4.2K进入了一种新状态，由于它的特殊导电性能，可以称为超导态。” 这一发现引起了世界范围内的震动。在他之后，人们开始把处于超导状态的导体称为超导体。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应。导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中流动。这样就能以极小的功率在线圈中通过巨大的电流，从而产生高达几特以至几十特的超强磁场，这是人们长期以来梦寐以求的。 超导现象和超导体：当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然减小到无法测量的程度，可以认为其电阻率突然变为零，这种现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质称为超导体．
转变温度TC ：材料由正常状态转变为超导状态的温度，叫做超导材料的转变温度．超导体的特征： 通常，电流通过导体时，由于存在着电阻，不可避免地会有一些能量的损耗。在超导状态下，电流通过导体几乎没有能量损耗。电阻 R/Ω温度T/K4.2汞的电阻随温度的变化曲线
应用：远距离输电 电流通过超导体时产生的磁场比通过一般导体时所产生的磁场要强得多；而且具有完全抗磁性，即能排斥外界磁场的影响。有特异的超导磁悬浮现象。 由于超导体的强磁性特征，可以用于磁悬浮列车和医学上的核磁共振成像系统等； 利用超导体的其他特征，还可以提高计算机的运算速度，制造弱磁探测仪，以用于找矿或军事侦察等。 既然超导体的应用前景如此诱人，那么，为什么不在现实生活中大量应用呢？ 这正是超导研究的关键所在。由于以往的超导体是在极低的温度下获得的，（如以昂贵的液氦为其工作时的低温媒质）因而难以在实际中推广应用。获得转变温度尽可能高，乃至常温下的超导体，便成了科学家们梦寐以求并竞相追求的目标。 今后一个时期的超导研究，主要是解决超导材料的工艺技术问题，即用什么材料才能使转化温度更高。这个问题解决好了，便会为超导体的应用打下良好的基础。阅读P209页有关纳米材料的内容，思考：纳米材料基本空间尺度是多大？纳米是一个长度单位：1nm=10-9m 是十亿分之一米，如果说用纳米作为常见单位，一个1.6m的人，他的高就是16亿纳米，手指上一点黑色的墨点，直径就是几百万个纳米。 纳米材料统指制成材料的基本单元大小限制在1～100nm范围的材料，这大约相当于10～100个分子紧密排列在一起的尺度。 纳米技术是一种用单个原子、分子制造物质的技术。为什么要研究纳米技术？纳米材料因其颗粒极其微小而产生一系列神奇的特性一、特殊的光学特性 当黄金细分到10nm的金颗粒是绿色的，而1nm的金颗粒是红色的，小于光波波长的尺寸时，便失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上，所有的金属在超微粒状态下都呈黑色。尺寸越小，颜色越黑。二、特殊的热学特性 固体物质在通常状态下，其熔点是固定的，但在纳米结构下，熔点会显著降低，例如：金的常规熔点是6700C但在纳米结构时金的熔点为1000C。把纳米铜、纳米铝放到桌面上，它自己会燃烧起来，会爆炸，它跟铜和铝的宏观就不一样，所以它可以作为火箭推行剂的燃料。纳米的固体铜，它比一般的铜材料的热扩散增强近一倍。 纳米金属比普通金属要硬3～5倍。纳米固体铁的断裂应力，他比常规的铁材料会提高进12倍。四、特殊的电磁特性 研究表明：超微颗粒物质的导电性也发生奇特的变化，例如：导电性能良好的铜到纳米级就不导电了；绝缘的二氧化硅陶瓷到纳米级时却导电了。纳米磁性金属的磁化率，是普通磁性金属的20倍。 这些特性称为尺寸效应，超微颗粒的尺寸效应还表现在超导电性、介电性能、声学特性以及化学特性等方面。 研究表明：陶瓷材料在通常情况下呈脆性；由纳米，超微粒压成的纳米陶瓷却具有良好的韧性。具有很高的硬度和耐高温，三、特殊的力学特性纳米材料主要有四种类型：第一种是纳米颗粒与纳米粉体，颗粒与粉体各向空间尺度都在纳米尺度内； 第二类是纳米管或纳米线等，它们并非各向空间尺度都都在纳米尺度内，如碳纳米管，直径在纳米量极，其长度远大于纳米量极； 第三类如纳米超晶格薄膜。纳米薄膜分几种，一是纳米的颗粒膜，就是说，颗粒大小都在纳米量极，表面上构成一层膜，另外一种膜就是纳米的层状膜，涂层的厚度在纳米的量极，一层一层的覆盖。 第四类块材就是纳米的材料给压制成一个整体的，宏观上看跟一块一块的东西一样。纳米科技的概念最早提出来，是一个诺贝尔奖获得者物理学家，理查德·费因曼提出来的，他是美国加州理工学院的教授，，他1959年做了一个很激动人心的演讲，他说我们加工材料制造装置，都是从大到小，比如说，我们要加工一张桌子，需要把木头不断的切、锯，再刨光，然后组合成桌子。 再比如，我们加工一个工具，那车磨洗刨都要来做，都是从大往小做，车下来的东西浪费了很多，我们知道，世界上任何东西，都是由原子分子构成的，既然都是原子分子组成，我们能不能够通过一个一个移动，把原子放在一起，把原子、分子就像用砖盖房子那样，把他盖成任何你想要的东西，就是由下而上做你要想要的东西。如果这样的话，就没有浪费了，就没有污染了，因为你需要什么我就拿什么做，想怎么放就怎么做，非常高效率。 中国科学院的科学家曾借助扫描隧道显微镜观察和移动物质表面的原子，呈现出“原子”字样。 纳米科技使人类认识和改造物质世界的手段和能力，延伸到原子和分子。 大楼高层窗户很难擦，涂上纳米材料作的自清洁涂层后，土或灰尘落上去，一下雨，或者拿水一冲马上下来了，冲完以后玻璃上不会留下一圈一圈水印，不用人再去擦了。 纳米氧化物，在电场作用下，会改变颜色，在不同光，不同电场作用下，出现不同颜色，可以做出丰富多彩的广告板。 纳米二氧化钛具有催化性质，它可以减低汽车尾气，日本已经在高速公路的两侧，在公路的隧道之内，设置了涂有二氧化钛的这种催化板来防止汽车尾气，汽车尾气到催化板上，二氧化钛就把汽车尾气可以给它催化，变成了一种无毒的东西。 用纳米器件制作计算机，计算能力可以大大提高，而所需功率和体积却减小很多。 人们正在研制能进入人体，杀死致病细胞的纳米“机械人” 用纳米技术做成的所谓量子磁盘，能作高密度的磁记录，每平方厘米体积可以贮存3万部《红楼梦》。新材料技术今后发展的方向第一、更倾向于开发复合材料；第二、注重材料的功能；第三、材料结构的尺度向越来越小的方向发展。由于颗粒极度细化，使有些材料的性能发生了截然不同的变化。如以前给人以极脆印象的陶瓷，居然可以用来制造发动机零件。第四、由被动性材料向具有主动性的智能材料方向发展。过去的材料不会对外界环境的作用作出反应，完全是被动的。新的智能材料能够感知外界条件的变化、进行判断并作出主动反应。第五、通过仿生途径来发展材料。生物通过千百万年的近化，在严峻的自然环境中经过优胜劣汰，适者生存而发展到今天，自有独特之处。通过“师法自然”并揭开其奥秘，会给我们以无穷的启发，为开发新材料又提供了一条广阔的途径。第六、新能源材料、环保材料及其制造工艺，加工技术将优先采用，材料的可再生循环技术将倍受青睐。课时作业设计1.根据导电性能的不同，材料可分为 、 、 导体半导体绝缘体2.材料的导电性能是由材料内部 决定的。 电子运动3.常见的半导体材料有 （ ）硅、锗、砷化家
玻璃、硅、锗、砷化家
玻璃、锗、砷化家
铜、铝、橡胶AABCD和 。4.如图所示，在开关和小灯泡之间连着两个金属夹，在金属夹之间分别接入硬币、铅笔芯、像皮和塑料尺，开关闭合后小灯泡能发光的是（ ）硬币和橡皮
硬币和铅笔芯
塑料尺和铅笔芯
像皮和塑料尺BCBAD5、下列关于半导体元件的说法中，错误的是（ ）半导体二极管具有单向导电性 半导体三极管可以用来放大电信号 太阳能电池将电能转化为光能 光敏二极管能将电能转化成光能6、现有不同规格的不锈钢和铜丝。请你设计实验方案，比较不锈钢和铜这两种材料的导电性能。（1）实验研究中对不锈钢丝的选取有什么要求？（2）你用什么方法显示材料的导电性能？（可画出相应的电路图加以说明）D（1）应选取长度、横截面积相同的不锈钢丝和铜丝（2）分别将不锈钢丝和铜丝与小灯泡，电流表、开关串联接在蓄电池两端，比较两种情况下电流表示数即可比较它们的导电性。BCDA7.材料的发展为科学技术的发展提供了 基础。8.国家禁止使用不可降解塑料做一次性快餐饭盒是因为这样材料制作的饭盒 （ ）不符合食品卫生要求 热传导性能差 会造成环境的污染 硬度不够C物质BADC9.超导现象是20世纪的重大发现之一，科学家发现某些物质在温度很低时，如铅在7.20K（-265.950C）以下，电阻就变成了零，超导材料用途很多，它的优点是 （只需写出一条，下同）但目前还不能大量使用，主要原因是10.纳 米 材 料 是 指 材 料 的 基 本 单 元 大 小 限 制在 范围内的材料。纳米材料除了其基本单元空间尺度小以外，在力、热、声、光、电、磁等方面表现出许多特殊的性质，如：输送电流时无损耗 要在极低的温度下才能实现超导。1～100nm 提高材料的强度和硬度；降低烧给温度；提高材料的磁性等 （只写出一种，下同）有广泛的应用前景制造纳米机械人。作业：P209页1、2再见
