第三节 材料的开发和利用 导学案（含答案）

第三节
材料的开发和利用
名师讲堂
学习目标
1．知道材料对人类社会发展的促进作用．
2．知道半导体的特点及作用．（重点）
3．了解超导现象及超导体的特点、作用．（难点）
4．了解纳米材料的应用和发展前景．
【典例精讲】
2014年诺贝尔物理学奖被授予日本科学家赤崎勇、天野浩和日裔美国科学家中村修二，以表彰他们在蓝光LED方面的发现，他们的这项发明实现了利用二极管呈现白光，且发光效率高．LED灯（即发光二极管）不具有的特点是（　　）
A．亮度高
B．能耗低
C．寿命长
D．发热多
【解析】蓝色发光二极管（LED）发热小，90%的电能转化为可见光，无辐射，是一种高效、环保的光源，其特点是亮度高、能耗低、寿命长，不具有的特点是发热多．
【答案】D．
【名师点拨】LED灯与普通白炽灯泡在发光原理的不同，知道发光二极管的效率高，是由于电能直接转化为光能的原因，并且LED灯已广泛地应用于现代生活，注意理论与实际的联系．
课时内容
自主预习
1．半导体的特点及作用：根据材料导电性的不同，材料可以分为导体、半导体和
三大类；在半导体二极管具有
性质；半导体三极管可以用来
．
2．超导现象和超导体：当温度降低到一定程度时，导体的电阻突然变为零，这种现象叫做
，具有这种性质的材料称为
．
纳米材料：纳米材料统指制成材料的基本单元大小限制在
范围的材料，纳米（nm）是
的单位，若一个原子的直径为10-10m，这大约相当于
个原子紧密排列在一起的尺度．
预习后思考
如果我们找到了在常温下具有超导特性的导体，设想，我们现在的生活将会发生什么变化？
课时训练
基础巩固
知识点1
半导体的特点及作用
1．某种材料的电阻值会随着光照射强度的变化而明显改变，该材料是由什么物质组成的（　　）
A．导体
B．绝缘体
C．半导体
D．超导体
2．下列关于发光二极管，说法错误的是（　　）
A．电视机上的指示灯，街道上的红绿灯都用到发光二极管
B．发光二极管只允许电流从它的某一端流入，另一端流出
C．发光二极管是一种半导体电子元件
D．当将发光二极管接入电路中时，电路中电流的方向是负极→发光二极管→正极
知识点2
超导现象和超导体
3．在电厂发电、输送电力等方面要大大降低由于电阻引起的电能损耗，最理想是使用以下材料中的（　　）
A．导体材料
B．绝缘体材料
C．半导体材料
D．超导体材料
4．当温度降低到很低时，某些金属的电阻会突然消失，这种现象称为超导现象，假如所有导体都没有了电阻，当用电器通电时，下列说法正确的是（　　）
A．白炽灯仍能发光
B．电动机仍能转动
C．电饭锅仍能煮饭
D．电熨斗仍能熨衣服
知识点3
纳米材料
5．纳米陶瓷作为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IC卡
B．切割硬物的刀具
C．“嫦娥二号”外表涂层
D．装浓硫酸的容器
能力提升
选择题
1．自动照相机能够根据光的强弱自动调整曝光量，所用的感光元件就是一个用半导体材料制成的光敏电阻．影响光敏电阻导电性能的主要因素是（　　）
A．温度
B．光照
C．电压
D．压力
2．超导是指在一定条件下物质电阻突然消失的现象，超导技术被认为是21世纪最具有战略意义的高新技术．假设现已研制成功可供实用的超导体材料，那么下列设备中可用这种材料来制作的是（　　）
A．电暖炉
B．白炽灯
C．电饭煲
D．发电机
3．石墨烯（Graphene）是一种二维碳材料，是单层石墨烯、双层石墨烯和少层石墨烯的统称．石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈 海姆和康斯坦丁 诺沃肖洛夫成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”，共同获得2010年诺贝尔物理学奖．石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300W/m K，高于碳纳米管和金刚石；电阻比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料．那么，石墨烯材料不适合用来做成（　　）
A．精密仪器中的导线
B．电暖气中的发热元件
C．手机的屏幕保护层
D．房间的玻璃
4．下列关于纳米的叙述错误的是（　　）
A．纳米是一个长度单位，符号是nm
B．人们在纳米尺度内发现很多新的现象，给技术上带来很多新进展
C．纳米技术是现代科学技术的前沿，我国在这方面的研究具有世界先进水平
D．所有的高科技产品都与纳米技术有关
5．关于材料和能源的说法，正确的是（　　）
A．我们日常生活中使用的二极管是由导体制成的
B．如果将来可以利用超导材料制造电子元件，就不必考虑散热问题
C．当前的核电站都是利用核聚变来获取核能的
D．太阳能是不可再生能源
6．LED灯带在装饰材料中被广泛应用．小梅同学在研究其内部结构时发现，灯带中的LED灯串联后经电源适配器接入照明电路，如所示．她取下一只LED灯接在电池两端，灯不亮，对调电池正负极后灯亮了，但用手触摸几乎不发热．以下推断不符合上述事实的是（　　）
A．LED灯具有单向导电性
B．LED灯带主要将电能转化为光能
C．一只LED灯的正常工作的电压是220V
D．灯带中一只LED灯断路后其它灯不能亮
7．下列关于新材料的说法正确的是（　　）
A．由于磁悬浮列车是在悬浮状态下行驶，因而一定做匀速直线运动
B．半导体、纳米材料等新材料的开发和利用，正在日益改变我们的生活方式
C．常见的半导体材料有铜、硅、锗、砷化镓等
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
二、填空题
8．利用导电性能比金属差，比非金属强的　　　　　　材料可制成二极管和三极管等电子元件．某些物质在温度很低时，电阻变为　　　　　　，这就是超导现象．如果能制造出常温下的超导体，它可以在下列哪些情境得到应用　　　　　　（选填序号）．①用作电动机的线圈
②用作白炽灯的灯丝
③用作电吹风的电热丝．
9．某同学为测一物体质量，找到一个力电转换器，该转换器的输出电压正比于受压面的压力，如图，测量时先调节输入电压，使转换器空载时输出电压为0，而后在其上放一物体，即可测得物体质量
成正比的输出电压．该力电转换器中的主元件是　　　　　　（选填A光敏材料
B热敏材料
C压敏材料），该装置在称量物体质量时，要水平放置，理由是　　　　　
　．
10．科学家发现某些物质在温度很低（如铅在﹣265.95℃以下）时，电阻就变成了零．这种现象后来被称为超导现象．超导材料用途很多，它的主要优点是　　　　　　，但目前还不能大量应用，主要困难是　　　　
　　．
11．纳米材料具有广泛的应用，纳米铜在室温下可以拉长达50多倍而不出现裂纹，所以它具有　　　　　　性，用纳米陶瓷粉制成的陶瓷，坚硬，“不怕火”，所以硬度　　　
　、熔点　　
　．
12．我国对纳米技术的研究具有世界领先水平．“纳米”实际上是　　　　　　单位，如图是许多同学正在使用的“小手电”，它的发光元件是采用由　　　　　　材料制成的具有单向导电特性的发光二极管；夏天用塑料泡沫箱装运海鲜可达到保鲜目的，利用了塑料泡沫　　　　　　（选填“隔热”、“导热”或“绝缘”）效果较好的特性．
三、解答题
13．纳米是一个能让人产生美好憧憬的词语，“纳米材料”、“纳米技术”不再是科学家或实验室的专有词汇，它已经悄然进入寻常百姓生活，渗透到衣、食、住、行等领域．如涂有纳米材料的炒锅不粘油；用纳米技术制成的机器人可进入人体血管中清除病灶…．请你振起联想的翅膀，去翱翔于纳米的“天空”，说出你最希望应用“纳米技术”实现的两个愿望．
14．小明在科技活动中，了解到有一种用半导体材料制成的热敏电阻，其电阻R随温度t变化的图象如图甲所示．
（1）热敏电阻的阻值随温度的升高而　　　　　　．（选“增大”或“减小”）
（2）小明想利用热敏电阻制成温度报警器，实验室中现有两个完全相同的电阻R1，R2，其中一个为热敏电阻，另一个为定值电阻（阻值不随温度的变化而变化）为了辨别他们，小明设计了乙图的电路．
①接下来小明将如何操作？
②根据观察到的什么现象辨别出热敏电阻？
　
培优选做
请仔细阅读下文，并回答文后问题纳米陶瓷
纳米陶瓷作为高新科技材料应用广泛．贴于“神舟七号”飞船外表面的“太空”纳米陶瓷，具有永久、稳定的防静电性能，且有耐磨、耐腐蚀、耐高温、防渗透等特点，采用氧化锆材料精制而成的纳米陶瓷刀，具有金属刀无法比拟的优点：刀刃锋利，能切割钢铁等物质，能削出如纸一样薄的肉片；硬度高，其耐磨性是金属刀的60倍；完全无磁性；不生锈变色，健康环保；可耐各种酸碱、有机物的腐蚀；为全致密材料，无孔隙、不沾污、易清洁．纳米陶瓷充分体现新世纪、新材料的绿色环保概念，是高新技术为现代人奉献的又一杰作．
（1）“神舟七号”飞船与空气摩擦呈炽热状态时，飞船船舱不至于被烧毁的原因之一是飞船外表面的陶瓷具有　　　　　　的特点．
（2）纳米陶瓷刀　　　　　　（选填“能”或“不能”）被磁化．它的耐磨性好，是因为它的　　　　　　高．
（3）如图是纳米陶瓷刀、合金钢刀、普通菜刀磨损程度随时间变化的曲线，其中反映纳米陶瓷刀磨损特点的是曲线　　　　　　（填字母）．
第三节
材料的开发和利用
自主预习
1．绝缘体
单向导电性
放大电信号
2．超导现象
超导材料
3．1~100nm
长度
10~1000
预习后思考
用超导材料制成输电线，导线不会因为发热而损耗电能；我们不必再用高压输电，同时输电线也不必像现在这样粗．（其他合理即可）
基础巩固
C
2．D
3．D
4．B
5．A
能力提升
B
2．D
3．B
4．D
5．B
6．C
7．B
8．半导体
零
①
C
因水平放置，重力与压力的方向相同，压力的大小与重力的大小才相等
不损耗电能
获得所需低温技术上困难
11．延展
大
高
长度
半导体
隔热
纳米技术处理过的汽油使汽车更省油、更环保；
纳米材料制成的计算机薄如一张纸，更便于携带．
14．（1）减小
（2）①闭合开关，对其中一只电阻加热；
②若电流表示数变化说明被加热的电阻为热敏电阻，若电流表示数不变说明不被加热的电阻为热敏电阻．
培优选做
（1）耐高温
（2）不能
硬度
（3）c