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沪科版九年级第二十章第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？
新课讲授
一、材料与社会
原始人类用石材制造工具
铸钟——我国是最早掌握青铜冶炼技术国家之一
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。
新课讲授
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
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
新课讲授
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
D
新课讲授
二、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：金、银、铜、铁。其中铜、铝是最常用的电的良导体，常用来制成导线。
新课讲授
2、不容易导电的材料是绝缘体，例如：玻璃、橡胶等材料。
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
新课讲授
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。
新课讲授
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。
新课讲授
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
新课讲授
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。
课堂巩固
例：关于半导体导电的下列说法正确的是（ ）
A．半导体材料一半能导电另一半不能导电
B．半导体完全不能导电
C．半导体完全没有自由移动的电荷
D．半导体的导电性介于导体和绝缘体之间
D
新课讲授
三、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。
新课讲授
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
新课讲授
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。
新课讲授
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个院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。
新课讲授
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》。
纳米颗粒材料
新课讲授
纳米材料杀死癌细胞
纳米超材料
纳米钛黑在化妆品中应用
新课讲授
纳米材料衣物
纳米镜面
新课讲授
中国地质大学（武汉）材料科学与化学工程学院的纳米研究课题组再次接到了深圳某美容机构传真的“纳米硫”订单。去年，地大在世界上首次研制出“纳米硫磺”，在面膜、膏霜等化妆品中应用纳米硫材料，对治疗脂溢性皮炎、螨虫、青春痘等有奇效。
纳米是种什么“米”？
新课讲授
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。
新课讲授
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。”
课堂巩固
例、超导材料是一种电阻为零的材料，将在人们的生产和生活中得到越来越广泛的应用．下列各种应用中，你认为超导材料适合用来（ ）
A．制作电炉的电炉丝
B．制作白炽灯泡的灯丝
C．作为远距离输电的导线
D．制作电热孵化器的电阻丝
C
课堂练习
1、纳米材料统指合成材料的基本单元大小限制在 范围内的材料，这大约相当于10——1000个院子紧密排列在一起的尺度。
1——100nm
2、超导输电线利用了超导体的 实现远距离大功率输电，其优点是输电线上无 损耗。
零电阻性
能量
课堂练习
3、 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。
超导磁悬浮
4、半导体二极管有 性，半导体三极管可以用来 。
单向导电
放大电信号
课堂小结
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21世纪教育网 –中小学教育资源及组卷应用平台
沪科版物理九年级课时教学设计
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：知道材料可分为导体、半导体及绝缘体三大类 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
重点 新材料：超导材料、纳米材料的理解
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：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：金、银、铜、铁。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：关于半导体导电的下列说法正确的是（ ）A．半导体材料一半能导电另一半不能导电B．半导体完全不能导电C．半导体完全没有自由移动的电荷D．半导体的导电性介于导体和绝缘体之间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。课堂巩固例、超导材料是一种电阻为零的材料，将在人们的生产和生活中得到越来越广泛的应用．下列各种应用中，你认为超导材料适合用来（ ）A．制作电炉的电炉丝B．制作白炽灯泡的灯丝C．作为远距离输电的导线D．制作电热孵化器的电阻丝纳米材料统指合成材料的基本单元大小限制在 范围内的材料，这大约相当于10——1000个院子紧密排列在一起的尺度。超导输电线利用了超导体的 实现远距离大功率输电，其优点是输电线上无 损耗。 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。半导体二极管有 性，半导体三极管可以用来 。 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 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
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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《材料的开发和利用》练习
一、填空题
1、根据材料的导电性能，材料可分为 、 、 三大类。
容易导电的材料是 ；不容易导电的材料是 ；半导体材料是导电性能 介于 和 之间的材料21世纪教育网版权所有
2、半导体可以制成 。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。21教育网
3、超导材料是利用超导体的 实现远距离大功率输电，是因为超导输电线可以不损耗 的输送极大地电流。21cnjy.com
4、 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。www.21-cn-jy.com
5、纳米材料统指合成材料的基本单元大小限制在 范围内的材料，这大约相当于10——1000个院子紧密排列在一起的尺度。2·1·c·n·j·y
6、半导体二极管有 ，半导体三极管可以用来 。
7、下列各部分材料属于导体的是 ，属于绝缘体的是
选择题
8、下面有关新材料的说法正确的是（ ）
A．超导体、半导体、纳米材料等新材料的开发和利用，正在日益改变着我们的生活方式
B．常见的半导体材料有铜、硅、锗、砷化镓等
C．纳米材料是一种新材料制成的大米
D．超导体是一种电阻为零的材料，可以用来制造灯丝，灯泡会特别亮
9、超导材料是一种电阻为零的材料，小明预测超导材料将会在以下方面得到应用，你认为其中合理的是（ ）【出处：21教育名师】
A．制而成电饭锅的发热体
B．作为远距离输电导线
C．制成滑动变阻器的电阻线
D．制成白炽灯泡的灯丝
10、下列关于纳米材料的特点和性能的说法中，不正确的是 ( )
A.纳米材料的基本单元空间尺度小
B.纳米材料可以提高材料的强度和硬度
C.纳米材料可以提高材料的烧结温度
D.纳米材料可以提高材料的磁性
简答题
11、人类对能源的需求越来越大，世界能源危机日益突出。如何充分利用和开发新能源，实现低碳减排，已成为世界各国共同关注的问题。6月5日是世界环境日，2010年我国的主题是“低碳减排，绿色生活”。目前，我国在开发、利用太阳能方面发展最快、最具潜力。
(1)你认为利用太阳能有哪些好处？
(2)太阳能路灯已成为许多城镇、乡村的一道靓丽的风景线(如图所示)。太阳能路灯的太阳能电池板一般是由晶体态硅制成的，它能直接把太阳能转化成电能，其主要材料是 ( )
A．磁性材料 B.纳米材料 C.半导体 D.超导体?
《材料的开发和利用》练习答案
答案：导体、半导体及绝缘体 导体 绝缘体 导体 绝缘体
【解析】：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。容易导电的材料是导体，例如：金、银、铜、铁。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、橡胶等材料。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。【来源：21·世纪·教育·网】
2、答案： 二极管、三极管等半导体元件和集成电路
【解析】：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。21·世纪*教育网
答案：零电阻性 能量
【解析】：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。www-2-1-cnjy-com
答案：超导磁悬浮现象
【解析】：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。2-1-c-n-j-y
答案：1——100nm
【解析】：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个院子紧密排列在一起的尺度。21*cnjy*com
答案：单向导电性 放大电信号
【解析】：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。
答案：A、B、C D
【解析】：容易导电的材料是导体
不容易导电的材料是绝缘体
8、答案：A
【解析】：超导体、半导体、纳米材料等新材料的开发和利用，正在日益改变着我们的生活方式
9、答案：B
【解析】：A、发热体是电阻较大的材料制成，把电能转化为内能，若用超导体材料就不能产生热量，不能工作，该选项说法不正确；【来源：21cnj*y.co*m】
B、用超导体做输电导线，可以减小由电能到内能的损耗，提高传输效率，该选项说法正确；
C、滑动变阻器的作用是改变电阻的大小，若用超导体电阻为零，就不能起到改变电阻的作用，该选项说法不正确；【版权所有：21教育】
D、白炽灯泡的灯丝是电阻很大，熔点特别高的钨制成，若用超导体材料灯丝不能产生热量，就不能发光，该选项说法不正确．21·cn·jy·com
故选B．
10、答案：C
【解析】：①纳米材料可大大提高材料的强度和硬度；②纳米材料可提高材料的磁性；③纳米材料能制作高贮存密度的量子磁盘，能作高密度的磁记录；④纳米技术能制造出纳米机器人“医生”能进入人体杀死癌细胞；⑤纳米是长度单位．故选C．21教育名师原创作品
思路分析：①纳米是长度单位，符号“nm”，1nm=10-9m；②不是所有材料达到纳米尺度时就一定是纳米材料，只有材料到了纳米尺度时性能发生突变，才能称为纳米材料；③只有产品的主导技术或主要材料是由纳米结构单元构成的，才是真正的纳米产品；④纳米材料的性能包括提高材料的强度、硬度、改变颜色、增强磁性等．纳米技术能制造出纳米“机器人”，进入人体杀死病毒细胞，制作的量子磁盘，能作高密度的磁记录21*cnjy*com
试题
答案：（1）太阳能无污染、环保、可再生 （2）C
【解析】：太阳能电池板是晶体液态硅制成的，晶体液态硅是半导体材料
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