20.3 材料的开发和利用 课件(共31张PPT) 2023-2024学年沪科版物理九年级下学期

(共31张PPT)
第三节 材料的开发和利用
第二十章 能源、材料与社会
逐点
导讲练
课堂小结
作业提升
课时讲解
1
课时流程
2
材料与社会
材料的导电性
开发新材料
知识点
材料与社会
知1－讲
1
1. 实验探究：电生磁。
发展阶段 对社会的影响 图示
石器时代 人类主要以石头、骨头、木料制作简单的工具，陶器的出现是人类跨入新石器时代的重要标志之一
知1－讲
青铜时代 大量使用金属铜作为第一种合金做工具，后来在冶炼铜时加入少量锡，获得了比纯铜更坚硬的青铜
铁器时代 人类使用铁来制造工具和武器
2. 材料发展与环境的关系
社会发展带动了材料的研发，新材料的出现又促进了社会的发展，但材料的大量使用也带来了不少资源浪费和环境污染问题。
知1－讲
知1－讲
知识拓展
青铜是红铜( 纯铜) 与锡或铅的合金，因埋在土里后颜色因氧化而变青灰，故名青铜，熔点在700～900 ℃之间，比红铜的熔点(1 083 ℃)低。含锡10% 的青铜，硬度为红铜的4.7 倍，性能良好。
知1－讲
知识拓展
铁器时代是以使用铁器为标志的人类物质文化发展阶段的最初时期。这一时代约开始于公元前1500年～公元前1000 年。由于铁比青铜坚硬，铁器的使用增强了人类改造自然的能力。自然界中铁矿分布远比铜矿普遍，铁器发明后，较短时期内便淘汰掉青铜器和石器，社会生产获得了巨大发展，人类历史产生了深刻变化。
知识点
材料的导电性
知2－讲
2
1. 探究材料的导电性
实验器材 电源、开关、导线、电流表、待测材料等
实验电 路图
实验过程 分别将不同的待测材料接入电路中，闭合开关，观察电流表是否有示数
实验结论 若电流表有示数，则待测材料为导体，若电流表没有示数，则待测材料为绝缘体
知2－讲
知识点拨
材料的导电性能是由材料内部电子的运动状况决定的。如金属中含有大量的自由电子、就容易导电，而大多数非金属由于含有的自由电子数很少，故不容易导电。电解质导电是因为离子化合物溶解时产生了阴、阳离子从而具有导电性。
知2－讲
2.导体、半导体及绝缘体
导体 绝缘体 半导体
概念 容易导电的物体 不容易导电的物体 导电能力介于导体和绝缘体之间的物体
常见 物体 各种金属、酸碱盐的水溶液、石墨、人体、大地等 玻璃、橡胶、塑料、油、纯净的水、空气、陶瓷等 硅、锗、砷化镓等
知2－讲
导体 绝缘体 半导体
应用
知2－讲
3.探究半导体二极管单向导电特性
(1)半导体材料可以制成二极管、三极管等半导体元件和集成电路。半导体二极管具有单向导电性，半导体三极管可以用来放大电信号。
知2－讲
(2)探究半导体二极管单向导电特性
实验过程 如图，让电流从二极管的正极流入 如图，让电流从二极管的负极流入
实验现象 灯泡发光 灯泡不发光
实验结论 从以上的实验现象可以看出，二极管只允许电流由一个方向通过元件，这种性质叫做二极管的单向导电性
知2－讲
知识点拨
发光二极管：LED是建立在半导体晶体管上的半导体发光二极管 ，采用LED技术半导体光源体积小，可以实现平面封装，工作时发热量低、节能高效、产品寿命长、反应速度快，而且绿色环保无污染，还能开发成轻薄短小的产品 ，一经问世，就迅速普及，成为新一代的优质照明光源，目前已经广泛的运用在我们的生活中，如交通指示灯、电子产品的背光源、城市夜景美化光源、室内照明。
知2－讲
方法点拨
类比理解二极管的单向导电性：
知2－练
例 1
小凝同学将电源、一个玻璃珠、小灯泡、开关用导线连接成了如图1甲所示的电路，闭合开关后，发现小灯泡不发光，说明，此时的玻璃是_______体。
绝缘
知2－练
接着如图乙所示，她用酒精灯给玻璃珠加热到红炽状态时，发现小灯泡发光，此时小灯泡中的电流方向是_______(填“向右”或“向左”)的。这时的玻璃是_______体。这个实验说明：_____________________
__________________。
向右
导
在一定条件下，导体和
绝缘体可以相互转化
知2－练
思路点拨
知2－练
解析：甲电路中灯泡不发光，说明电路不通，无电流，说明玻璃在常温下是绝缘体；当玻璃加热到红炽状态时发现小灯泡发光，说明此时电路是通路，说明玻璃在红炽状态下是导体；此时小灯泡中的电流方向是向右的；根据实验现象可得出的结论为：当条件改变时，绝缘体可以变成导体，即导体和绝缘体没有绝对的界限，在一定条件下，导体和绝缘体可以相互转化。
知识点
开发新材料
知3－讲
3
1. 超导材料
(1)超导现象：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4.2 K 时，汞的电阻几乎为零。这种现象称为超导现象。
知3－讲
(2)超导材料：发生超导现象的材料称为超导材料。
(3)超导材料的性质及应用
零电阻 实现远距离大功率输电，是因为超导输电线可以无损耗地输送极大的电流。这意味着用细电线就可以输送强电流
超导磁 浮现象 利用超导体来实现交通工具的无摩擦运行，这将会大大提高交通工具的运行速度
知3－讲
知识拓展
超导输电：由超导材料制作的超导电线和超导变压器，可以把电力几乎无损耗地输送给用户。据统计，用铜或铝导线输电，约有15% 的电能损耗在输电线路上，光是在中国，每年的电力损失即达1 000 多亿度。若改为超导输电，节省的电能相当于新建数十个大型发电厂。
知3－讲
2.纳米材料
(1)纳米材料统指合成材料的基本单元大小限制在1～
100 nm范围内的材料，这大约相当于10～1 000个原子紧密排列在一起的尺度。
(2)纳米材料特性及应用
知3－讲
特性 应用
基本单元的尺度小 研制纳米尺度的微小机器、纳米尺度的导线、量子磁盘。用纳米技术做成的所谓量子磁盘，每平方厘米的面积内可以贮存3万部《红楼梦》
在力、热、声、光、电、磁等方面有特殊性能 普通陶瓷很脆，而纳米陶瓷材料具有良好的韧性；发动机缸体承受的温度很高，用纳米陶瓷粉制成的陶瓷具有一定的耐高温性，能用来制造发动机的缸体；纳米材料还能降低烧结温度，提高材料的磁性等
(3)纳米材料应用前景
专家预言，借助纳米技术，未来我们有可能用基因芯片、蛋白质芯片组装成“纳米机器人”，通过血管送入人体去侦察疾病；携带DNA去更换或修复有缺陷的基因片段。有可能用纳米药物来阻断血管饿死癌细胞。使用纳米诊断仪只需检测微量血液就可以从蛋白质和DNA上诊断出各种疾病。
知3－讲
利用碳纳米管，我们可以搭建强度比钢高一百倍，但重量只有钢的六分之一的新型建筑，摩天大楼将建得更高。而用碳纳米材料替代硅芯片，将引发电脑行业的革命……
知3－讲
知3－讲
知识拓展
“纳米家电”真纳米吗？
并不纳米。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。
知3－练
超导体若能应用到社会生活中，会给人类带来很大的好处。各国科学家一直在努力寻找能够在室温下工作的超导材料。假如科学家已研制出室温下的超导材料，你认为它可用作( )
A.电炉中的电阻丝 B.白炽灯泡的灯丝
C.保险丝 D.远距离输电线
例2
知3－练
思路点拨
知3－练
解析：电炉中的电阻丝、白炽灯泡的灯丝和保险丝都是利用电流的热效应来工作的，而超导材料的电阻为零，所以电流在通过超导材料时，不会产生热量；进行远距离输电时，由于输电线有电阻，所以电流在通过输电线时会产生热量，会消耗掉一部分能量，如果用超导材料做输电线，在输电线上不会消耗能量，故超导材料可以用来做远距离输电线。
答案：D
材料的开发和利用
材料的开发和利用
材料的
导电性
开发新
材料
导体
半导体
超导材料
纳米材料