2020-2021学年九年级物理沪科版全一册 第二十章 第3节 材料的开发和利用（66张PPT）

(共66张PPT)
第二十章
能源、材料与社会
第3节
材料的开发和利用
沪科版物理九年级全一册
材料在人类发展的历史进程中有着极其重要的作用。
原始人利用石材制造的工具。
导入新知
铸钟。我国是世界上掌握青铜冶炼技术的国家之一。
马踏飞燕。我国东汉时期的艺术珍品。
我国出土的铁制工具。
传统拉索桥
南昌赣江八一大桥
美国金门大桥
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。人类社会的发展与人们对材料的认识、
开发和利用密切相关。材料的发展也为科学技术的发
展提供了物质基础。
下面我们学习材料的开发和利用的知识。
1
知识点
材料的导电性
根据材料的导电性能：材料可分为
1.
导体：容易导电的材料
常见导体：
各种金属；酸、碱、盐的水溶液；人体、大地、石
墨、水银等。
2.
绝缘体：不容易导电的材料
常见绝缘体：
陶瓷、玻璃、橡胶、塑料、各种油等。
合作探究
3.半导体：导电性能介于导体与绝缘体之间的材料
常见半导体：
二极管、三极管、热敏电阻、光敏电阻、集成块等
半导体的材料：
硅、锗、砷化镓等
实验探究：发光二极管的独特功能
实验材料：电源、灯泡、开关、导线、接线板、接
线柱、半导体二极管
实物图
操作
现象
结论
发光二极管
A接正B接负
二极管发光
发光二极管具有单向导电性
A接负B接正
二极管不发光
探究：光敏电阻的独特功能
实物图
操作
现象
结论
光敏电阻
1.光敏电阻接入电路
二极
管发
光
光敏电阻的阻值随光照强度而改变
2.再用手指捏住光敏电阻
二极
管变
暗
探究：热敏电阻的独特功能
实物图
操作
现象
结论
热敏电阻
1.
热敏电阻接入电路
灯不亮
热敏电阻的阻值随温度改变而改变。
2.
再用烛焰加热
灯亮
【例1】如图所示，用导线把灯泡、电池和四种物品分别相连，灯泡一定不发光的是（
）
四种材料中，塑料笔外壳是绝缘体，不容易导电，所
以灯泡不能发光。
【解析】
D
对于导体、绝缘体和半导体，可以采用比较法进行学习、理解。
类别
定　义
导电或不导电原因
常见物体
应用
导
体
容易导
电的物体
含有大量可以自由移动的电荷
各种金属、酸碱盐的水溶液、石墨、人体和大地
用来制作传输电能的导线
绝
缘
体
不容易导电的物体
内部电荷几乎全被束缚在原子核附近不能自由移动
玻璃、橡胶、陶瓷、塑料、油、空气、纯净的水
常用来隔离带电体
半
导
体
导电能力介于导体和绝缘体之间的
物体　　　
随光照、温度、压强的不同导电能力不同
硅、锗、砷化镓
广泛应用在现代电子科技中
新知小结
【中考·苏州】
在①陶瓷、②铜、③盐水、④塑料、⑤玻璃、⑥水银六种物质中，通常情况下属于导体的是(　　)
A．①④⑤　
B．①⑤⑥　
C．②③④
　D．②③⑥
1
D
巩固新知
如图是测电笔的结构图，其中由绝缘体构成的部分是(　　)
A．金属体笔尾
B．塑料外壳
C．电阻
D．弹簧
2
B
2
知识点
材料的特性
弹性：材料受力会产生拉长、压
缩或弯曲等形变，除
去外力后，材料又看上去回复原状，这就是弹性。
橡胶是一种很好的弹性材料
合作探究
弹性材料制造的发条用来储存时钟运转所需要的能量
硬度
铅笔的硬度不同，划痕不一样
材料有软有硬，
较硬的材料能
使较软的材料
产生划痕、凹
陷，或切削、
磨损较软的材
料。硬度是描
述材料的坚硬
程度的物理量。
延展性
银锭可以拉制成丝。
具有延展性的材料可以锻打成片、拉成丝，
大部分的金属都具有延展性。
【中考·济南】(多选)小丽家今年新买了一辆轿车。高兴之余，她通过对自己家车的观察和了解，结合所学的物理知识，提出了以下几种说法。其中正确的是(
　
　)
A．轮胎用橡胶制成利用它良好的弹性
B．避震弹簧在被压缩时弹性势能会增加
C．倒车雷达利用超声波探测车后方情况
D．冬天为车加注的防冻液凝固点较高
1
A、B、C
巩固新知
3
知识点
新材料
一、超导材料
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。
其中有一种性能较好的材
料叫超导材料。
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。
合作探究
超导体
1.
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。
2.
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。
3.
超导体的两个基本特性：零电阻性、抗磁性。
很细的超导丝就可以输送强大的电流
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。
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。
纳米技术
“纳米”译自英文“nanometer”，它并不是什么特殊的物质，而是一种度量单位。1纳米等于十亿分之一米，相当于针尖大小的百万分之一，约相当于45个原子串起来那么长。纳米技术就是指在纳米尺寸范围内，通过直接操纵单个原子、分子来组装和创造具有特定功能的新物质。当物质颗粒小到100纳米以下，这种物质就可被称为纳米材料。其物理性能与化学性质就会较原来有意想不到的巨变，这些“巨变”正在生物学、材料学、信息技术等各个领域展开，它们将对人类未来的生活产生重大影响。
纳米材料
纳米颗粒材料
碳纳米管
纳米机械零件
计算机芯片中的纳米导线
想象中的纳米“机器人”
纳米超晶格
纳米衣服不用洗、“纳米水”喝出健康。“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。把用纳米材料制成的骨头
构架植入裂缝中，结果5个月后成功让骨头完全愈合。
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从蛋白质和DNA上诊断出各种疾病。
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，摩天大楼将修得更高。而
用碳纳米材料替代硅芯片，将引发电脑行业的革命……
【例2】[中考·陕西]
由于导体存在电阻，电流通过导线时会因电流的________效应而造成大量的能量损耗，1911
年荷兰科学家发现某些导体在极低温度下________会突然消失，这种现象称为超导现象，近年来我国在超导领域取得了举世瞩目的成就，用超导电缆输电，可大大降低能量损耗，有一段输电线路，输电电流为200
A，输电线路的电阻为0.5
Ω，若以超导电缆替代该线路输电1
h，可节约电能________
kW·h。
热
电阻
20
根据焦耳定律Q=I2Rt
知道，导线的电阻越大，产生的
热量就越多，电能在传输过程中损耗就越大；在极低
温度下有些导体电阻变为0，这样就可以降低电能的
损耗；节约的电能W=I2Rt=（200
A）2×0.5
Ω×
1
h
=20
000
W·h=20
kW·h。
【解析】
应用电流的热效应来工作的电器，不能用超导材
料来制作，因为超导材料的电阻为零，电流通过超导
材料时不会产生热量。
新知小结
对于超导材料，下列说法中不正确的是(　　)
A．超导材料在一定条件下的电阻为零
B．超导材料可以用来制造电炉丝
C．利用在临界温度以下的超导材料输电，在输电线路上几乎没有电能损耗
D．超导材料的应用目前主要还在实验阶段
1
B
巩固新知
下列关于纳米材料的说法中，正确的是(　　)
A．纳米材料只是尺寸比较小，它的性能与普通材料相同
B．纳米材料做成的存储磁盘，贮存的信息量很少
C．纳米材料可以降低材料的磁性
D．纳米材料可以大大提高材料的强度和硬度
2
D
1
知识小结
延展性
硬度
弹性
绝缘体
半导体
导体
三极管
二极管
材料的开发和利用
常见材料
半导体材料
探索新材料
应用
超导材料
纳米
材料
归纳新知
1.
善于导电的物体叫导体，如：各种金属、酸碱盐的
水溶液、石墨、人体、大地等；不善于导电的物体
叫绝缘体，如：玻璃、橡胶、陶瓷等；导体和绝缘
体没有明显的界线。
2.
由半导体材料制成的二极管的导电性能很特殊，具
有单向导电性，它只允许电流从正极流向负极。
3.
物质的电阻变为零时的温度叫做这种物质的超导临
界温度。物质的温度高于超导临界温度时失去超导
性，低于或等于超导临界温度时才具有超导性。
1.
有关导体和绝缘体，下列说法正确的是(　　)
A．导体中有多余的电子，而绝缘体中没有
B．导体对电荷的移动没有阻碍作用，而绝缘体有
C．绝缘体中几乎没有自由移动的电荷
D．绝缘体不容易导电是因为绝缘体内部没有电荷
2
易错小结
C
易错点：不能正确理解物体是否容易导电的实质
2.
(多选)关于导体和绝缘体的说法错误的是(
　　)
A．金属和酸碱盐的水溶液都能导电是因为它们内部都有自由移动的电荷
B．导体能导电而绝缘体不容易导电是因为导体内有电子，而绝缘体没有
C．碳棒主要靠自由电子导电，而酸碱盐的水溶液主要靠阴阳离子
D．人体、大地、所有金属、酸碱盐的水溶液都是靠自由电子导电的
B、D
易错点：不能正确理解物体是否容易导电的实质
收集有关超导材料、纳米材料的一些资料。
1
解：超导材料的应用十分广泛，涉及输电、电机、交通运输、微电子和电子计算机、生物工程、医疗、军事等领域。
纳米材料在以下领域中正显示出越来越广阔的应用前景：材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农业等。
课堂练习
写一篇小论文，谈谈你对利用某些材料的性能来改进人们生活的设想与建议。
2
解：略。提示：论文的内容并不一定是生活实际，但必须符合科学、尊重事实，论点要正确，且有一定的高度，论据可以是实例，也可以是物理中的理论知识或科学推测等。在尊重事实和科学的基础上，进行大胆的想象和推理，相信你能写出一篇好文章，记得要互相交流哟！
关于半导体的说法错误的是(　　)
A．半导体的导电性能受温度、光照、压力等外界因素的影响比较大
B．收音机的二极管是半导体制成的
C．盐水的浓度对导电性能有很大的影响，调节盐水浓度就可以使盐水成为半导体
D．自动照相机里的光敏电阻就是半导体
3
C
下列关于半导体的说法中，正确的是(　　)
A．半导体二极管可以放大电信号
B．半导体三极管具有单向导电性
C．家用电器上的电源指示灯常用发光二极管
D．半导体的导电性比导体的导电性强
4
C
如图所示的电子体温计通过流过半导体制成的感温头的电流来反映人的体温，这利用了半导体(　　)
A．良好的导电特性
B．良好的绝缘特性
C．电阻随温度变化而变化的特性
D．电阻随光照变化而变化的特性
5
C
1．下列关于材料与社会发展之间关系的说法中，不正确的是(　　)
A．材料的发展为科学技术的发展提供了物质基础
B．材料的发展促进了社会生产力的提高
C．新材料的发现离不开科学技术作保障
D．新材料的利用对社会的发展始终是有益的
D
课后练习
2．【中考·河南】下列物品中，在通常情况下都是绝缘体的是(　　)
A．玻璃棒、橡胶棒
B．铅笔芯、硬币
C．金属勺、塑料尺
D．陶瓷碗、盐水
A
3．在铜、塑料、橡胶、人体、干木材、大地等几种物质中，下列四组选择中都是导体的一组是(　　)
A．铜、人体、大地
B．人体、干木材、大地
C．塑料、橡胶、干木材
D．铜、塑料、人体
【点拨】铜、人体、大地是导体，故A符合题意；干木材是绝缘体，人体、大地是导体，故B不符合题意；塑料、橡胶、干木材都是绝缘体，故C不符合题意；铜和人体是导体，塑料是绝缘体，故D不符合题意。
【答案】A
4．在超导体研究领域，我国取得了令人瞩目的成就，关于超导状态下的超导体，下列说法错误的是(　　)
A．超导体的电阻为零
B．使用超导体制成的导线，将降低远距离输电线中的电能损耗
C．超导体适合制作滑动变阻器中的电阻丝
D．超导体适合制作电动机的线圈
C
5．【中考·山东济南】华为Mate20系列智能手机所搭载的国产7纳米制造工艺麒麟980芯片，“在指甲盖大小的尺寸上塞进69亿个晶体管”，实现了性能与能效提升的新突破。计算机芯片、智能手机芯片等体积的微型化及性能的代际提升，都得益于一种新型材料的研发。这种新型材料是(　　)
A．超导材料
B．磁性材料
C．纳米材料
D．半导体材料
C
6．2019年3月19日，材料领域国际顶级期刊《自然·材料》发表复旦大学修发贤团队最新研究论文《外尔半金属砷化铌纳米带中的超高电导率》，在室温下制备出新型超高导电材料——砷化铌纳米带。关于这种材料的应用，下列说法正确的是(　　)
A．适合制作电饭锅的发热体
B．适合制作输电导线
C．适合制作滑动变阻器的电阻丝
D．适合制作白炽灯的灯丝
【点拨】超高导电材料的电阻极小，根据焦耳定律Q＝I2Rt，当电流和通电时间相同时候，超高电导率的导体产生的热量很小，能够有效减少发热，适合制作输电导线，故B正确，A、C、D错误。
【答案】B
7.二极管由________材料制成，在社会各领域应用广泛。小满在学习了二极管的相关知识后，将二极管与电流表串联起来(如图所示)，对电流表起保护作用，这是利用了二极管的____________。
半导体
单向导电性
8．【中考·甘肃兰州】石墨烯被称为“黑金”“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。如图所示，利用石墨烯制成的只有一个碳原子厚度，约为0.335
nm的二维碳膜，是目前最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料。该二维碳膜的厚度为__________m，按照导电性能划
分，它属于________(填“导体”
或“绝缘体”)。
3.35×10－10
导体
9．【中考·湖南湘潭】如图所示的物品中，通常情况下属于导体的是(　　)
B
10.【模拟·黑龙江】国防科技大学少年班毕业生曹原，发现扭曲后的双层石墨烯中产生两种全新的电子态，可以实现从绝缘体到超导体的转变，为超导研究带来了新思路。下列设备不能使用超导体的是(　　)
A．电动机线圈
B．电热毯中的电热丝
C．电磁起重机中电磁铁的线圈
D．输电导线
【点拨】超导体的电阻为零，电流流过超导体时不会产生热量，凡是利用电流热效应工作的设备，都不能使用超导体，电热毯就是利用电流热效应工作的，它不能使用超导体；电动机线圈、电磁起重机中电磁铁的线圈、输电导线与电流的热效应无关，可以使用超导体。
【答案】B
11．【中考·湖南邵阳】现代生产生活中需要各种各样的材料，下列说法正确的是(　　)
A．超导体是一种电阻超级大的材料
B．橡胶、铝、塑料都是很好的绝缘材料
C．用半导体材料可以制成性能优良的输电导线
D．有些半导体材料对光比较敏感，可以用来制造光敏电阻
D
12．下列关于“新材料”的描述错误的是(　　)
A．人类利用半导体材料的导电特性，研制出的二极管、三极管是电脑必不可少的器件
B．纳米材料为人们制造更小的机械提供物质基础
C．人们利用超导的磁浮现象研制“无摩擦”的磁浮列车
D．人们根据超导零电阻的特点，用超导体制造的电饭锅，提高了电饭锅发热的效率
D
13．【模拟·陕西】美国赖斯大学的科学家利用纳米技术制造出了世界上最小的汽车，和真正的汽车一样，这种纳米车拥有能够转动的轮子，只是它们的体积如此之小，甚至即使有两万辆纳米车并排行驶在一根头发上也不会发生交通拥堵。科学家用它在人工操纵下运输药物分子到病源处释放以杀死癌细胞，下列有关“纳米车”的说法正确的是(　　)
A．人为操纵“纳米车”需要借助分子间的作用力
B．“纳米车”运输药物分子的过程用放大镜可以直接看见
C．“纳米车“研制成功说明
分子的运动不是无规则的
D．由图可以看出”纳米车“分
子之间没有间隙
【答案】A
14．由于导体存在电阻，电流通过导线时会因电流的________效应而造成大量的能量损耗。1911年荷兰科学家发现某些导体在极低温度下________会突然消失，这种现象称为超导现象。有一段输电线路，输电电流为200
A，输电线路的电阻为0.5
Ω，若以超导电缆替代该线路输电2
h，可节约电能________kW·h。
热
电阻
40
15．超导现象是指某些物质在温度很低时电阻变为零的现象，如果某种超导材料能应用于实际，最适合用来制作
(　　)
A．保险丝
B．电炉丝
C．电动机线圈
D．变阻器的电阻丝
C
再见