20.3 材料的开发和利用 课件(共21张PPT) 2024-2025学年物理沪科版九年级全一册

(共21张PPT)
20.3 材料的开发和利用
我们周围的物品都是由各种材料制成的，材料创新已成为推动人类文明进步的重要动力之一。
点沙成土
抗震水泥
刀枪不入的LINE-X材料
新课引入
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
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。
新知讲解
材料与社会
一
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.青铜器时代 （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。
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：金、银、铜、铁。
材料的分类方法很多，我们可以根据材料的物理性质进行分类。
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、橡胶等材料。
导线
绝缘体
材料的导电性
二
实验目的：判定材料是导体还是绝缘体。
实验器材：电源、灯泡、导线、接线柱、开关、待测材料（铁钉、橡皮、铜丝等）.
实验原理：导体容易导电，绝缘体不导电。
实验探究：导体与绝缘体
实验设计： 如图所示，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：如果闭合开关，小灯亮，则待测材料为导体；若小灯不亮，则待测材料为绝缘体.
3.半导体材料是导电性能介于导体和绝缘体之间的材料，例如：硅、锗、砷化镓等。
硅材料用于制作半导体元件
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。
半导体元件
从常用电器，如收音机、录音机、电视机、电脑等中，都可以找到大量的半导体元件。
实验目的：探究半导体二极管的导电特性。
实验器材：电源、灯泡、导线、接线柱、开关、半导体二极管。
实验原理：半导体二极管具有单向导电的特性。
实验探究：半导体二极管单向导电特性
实验设计： 如图所示，在右边方框中，自己设计一个实验电路，进行实验，探究半导体二极管的导电特性。
实验过程：如图所示将电路进行连接，在A、B两点间接入半导体二极管，观察小灯泡发光情况。调换半导体二极管的连接方向，再次实验，观察小灯泡的发光情况。
实验结论：两次实验中只有一次小灯泡发光，说明半导体二极管具有单向导电性.
虽然社会的发展给我们带来了丰富的物品，但是为了制造物美价廉、性能更好的物品，人们正不断地研究性能更好、更有价值的新材料，如超导材料、纳米材料。
1.超导材料
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。
汞的电阻随温度变化情况
开发新材料
三
超导材料出现以后，人们首先想到的就是利用超导体的零电阻特性实现远距离大功率输电，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。
超导材料不仅电阻为零，而且还有其他令人注目的特性。
超导磁浮现象使人们想到可以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。20世纪末，人们分别对超导列车、超导船进行了可行性实验。
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的尺度小以外，在力、热、声、光、电、磁等方面还表现出许多特殊的性能。
纳米材料的特点：
创造硅微型昆虫，用人造昆虫在温室传播花粉，杀死害虫。
（1）小尺寸效应
纳米机器人：医生用纳米机器人来打通脑血栓，清洁心脏动脉脂肪沉积物。
直接泼到纳米衬衫上的水和油污只是停留在衣服的表层，轻轻一掸就掉下去了，没有留下一点痕迹。
（2）表面效应
用纳米技术做成的量子磁盘，每平方厘米的面积上可贮存3万部《红楼梦》。
（3） 量子效应
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
当堂检测
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
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
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
C
材料的开发和利用
材料与社会
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半导体
开发新材料
超导材料
纳米材料
材料的导电性
绝缘体
课堂小结