資源簡(jiǎn)介

(共42張PPT)
5.5 新材料及其應(yīng)用
第五章 質(zhì)量與密度
知識(shí)點(diǎn)
納米材料的特性及其應(yīng)用
知1－講
1
1. 納米
納米是長度單位，它和米之間的換算關(guān)系是1 nm=10-9m。
2. 納米材料及特點(diǎn)
納米材料指制成材料的基本單元大小限制在1~100 nm范圍的材料。當(dāng)材料的微粒小到納米尺寸時(shí)，材料的性能就會(huì)發(fā)生顯著變化，具有一些奇異和反常的性質(zhì)。
知1－講
3. 納米科學(xué)技術(shù)
納米科學(xué)技術(shù)是以許多現(xiàn)代先進(jìn)科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)的科學(xué)技術(shù)。納米科技象征著人類對(duì)世界的認(rèn)識(shí)和改造能力進(jìn)入了一個(gè)新的層次，為人類揭示了一個(gè)可見的原子、分子世界。它能直接利用原子和分子制成具有特定功能的產(chǎn)品。
知1－講
其實(shí)，中國書法與繪畫的“文房四寶”中的墨就是納米材料。當(dāng)我們讓桐油或松油不完全燃燒，并將黑煙生成的大量超微粒炭收集起來，便可以制成墨。墨的黑色是因?yàn)樗饕展饣蛴行╇姶挪ǖ哪芰浚瓷渎史浅５汀?br/>知1－講
科學(xué)之窗
納米技術(shù)正成為各國科技界所關(guān)注的焦點(diǎn)，正如錢學(xué)森院士所預(yù)言的那樣，納米和納米以下的結(jié)構(gòu)將是下一階段科技發(fā)展的重點(diǎn)，會(huì)是一次技術(shù)革命，從而將引起21 世紀(jì)的又一次產(chǎn)業(yè)革命。
知1－練
例 1
[多選]關(guān)于納米材料，下列說法正確的是(　　)
A. 納米材料就是尺寸很小的材料
B. 廚師穿的工作服用納米材料制成會(huì)易清洗
C. 納米陶瓷更易破碎
D. 隱形技術(shù)用到了納米材料
解題秘方：物質(zhì)在納米尺度時(shí)，原有的物理屬性會(huì)發(fā)生比較顯著的變化。
知1－練
解析：納米材料是指長度為納米級(jí)的材料，不是所有材料達(dá)到納米尺度時(shí)就一定是納米材料，只有材料到了納米尺度時(shí)性能發(fā)生突變，才能稱為納米材料，故A 錯(cuò)誤；用納米材料制成的廚師穿的工作服自潔性能好，不沾水也不沾油，會(huì)易清洗，故B 正確；陶瓷材料在通常情況下呈脆性，然而由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料卻具有良好的韌性，不易碎，故C 錯(cuò)誤；
知1－練
有些金屬細(xì)化到納米級(jí)時(shí)能吸收電磁波，可用作“隱形”飛機(jī)的涂料，所以隱形技術(shù)用到了納米材料，故D 正確。
答案：B、D
知1－練
1. 石墨烯是目前最薄、最堅(jiān)硬的納米材料，它還具有出色的導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性。由以上信息可推斷，石墨烯不適合用來制作(　　)
A．防彈衣 B．輸電導(dǎo)線
C．冰箱隔熱材料 D．沖擊鉆的鉆頭
C
知2－講
知識(shí)點(diǎn)
半導(dǎo)體材料
2
1. 半導(dǎo)體
導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料，稱為半導(dǎo)體，鍺、硅、砷化鎵等都是半導(dǎo)體材料。(圖1)
知2－講
知識(shí)鏈接
半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能受溫度、光照、壓強(qiáng)聲音等影響很大，可以利用此特點(diǎn)制成熱敏電阻、光敏電阻、壓敏電阻、聲敏電阻等。如圖3 為半導(dǎo)體的一些應(yīng)用。
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2. 觀察判斷晶體二極管(圖2)
知2－講
二極管朝某方向接入電路中，閉合開關(guān)，燈泡不亮；二極管反接，燈泡亮了。這說明該二極管只允許電流從一個(gè)方向通過。歸納得出：晶體二極管具有單向?qū)щ姷奶匦浴?br/>知2－講
3. 半導(dǎo)體的應(yīng)用
半導(dǎo)體材料還可以用來制造晶體三極管。半導(dǎo)體材料被廣泛應(yīng)用在集成電路中，像電子表、收錄機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、電視機(jī)、電腦以及現(xiàn)代化機(jī)床、火車、飛機(jī)等，都要應(yīng)用各種半導(dǎo)體元器件，沒有半導(dǎo)體就沒有我們今天的現(xiàn)代化生活。
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[鄧州二模]中考實(shí)行網(wǎng)上閱卷，要求每份試卷必須貼上條形碼。條形碼黑白相間，白色條紋能夠反射______色光，黑色條紋不反射光。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光照射到條形碼上時(shí)，光敏二極管接收到被條形碼反射回來的光，將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再輸送到電腦里來獲取考生信息。二極管是用________材料制成的。
例 2
所有
半導(dǎo)體
知2－練
解題秘方：白色物體能反射所有的色光，黑色物體能吸收所有的色光。二極管是由半導(dǎo)體材料制成的。
解析：白色物體能反射所有的色光，黑色物體能吸收所有的色光，因此，白色條紋能夠反射所有色光，黑色條紋不反射光。二極管是用半導(dǎo)體材料制成的。
知2－練
2. [海南模擬] 我國科學(xué)家成功創(chuàng)制了極化激元“晶體管”，顯著提升了納米尺度的光操控能力。納米是_______(填“ 長度”“質(zhì)量”或“密度”)單位；樓道里煙霧報(bào)警器中的發(fā)光二極管主要是由______(填“ 超導(dǎo)體”“絕緣體”或“半導(dǎo)體”)材料制成的。
長度
半導(dǎo)體
知3－講
知識(shí)點(diǎn)
超導(dǎo)材料
3
1. 當(dāng)溫度降到一定程度時(shí)，材料的電阻接近于零的特性稱為超導(dǎo)性。(圖4)
知3－講
2. 具有超導(dǎo)性的材料稱為超導(dǎo)材料。
3. 用超導(dǎo)材料制成的物體稱為超導(dǎo)體。
4. 超導(dǎo)材料的應(yīng)用 超導(dǎo)材料不僅電阻接近于零，而且還存在其他引人注目的特性。超導(dǎo)材料出現(xiàn)以后，人們首先想到的就是利用超導(dǎo)體的零電阻特性實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離大功率輸電，因?yàn)槌瑢?dǎo)輸電線可以無損耗地輸送極大的電流，這就意味著用細(xì)電線就可以輸送強(qiáng)電流。
知3－講
超導(dǎo)磁懸浮現(xiàn)象使人們想到可以利用超導(dǎo)體來實(shí)現(xiàn)交通工具的無摩擦運(yùn)行，這樣將會(huì)大大提高交通工具的運(yùn)行速度。20世紀(jì)末，人們分別對(duì)超導(dǎo)列車、超導(dǎo)船進(jìn)行了可行性實(shí)驗(yàn)。可以預(yù)期，在將來，超導(dǎo)材料的應(yīng)用將對(duì)世界產(chǎn)生巨大的影響。
知3－講
知識(shí)拓展
隱形材料：能強(qiáng)烈地吸收電磁波的材料。常用于飛機(jī)、坦克等軍事裝備上，涂有隱形材料的物體能將雷達(dá)發(fā)射出的電磁波大部分吸收掉，反射回去的卻很少，使雷達(dá)變成了“睜眼瞎”。
知3－練
[多選]當(dāng)溫度降到一定程度時(shí)，某些物體的電阻會(huì)接近于零，這些物體叫超導(dǎo)體。下列物體可以用超導(dǎo)體來制作的是(　　)
A. 電腦元件 B. 電熱毯
C. 電飯鍋 D. 輸電導(dǎo)線
例 3
知3－練
解題秘方：超導(dǎo)材料要用在人們不需要電熱的地方，如：輸電導(dǎo)線、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的線圈、磁浮列車、家庭中的電風(fēng)扇、洗衣機(jī)等；不能用在人們需要電熱的地方，如電飯鍋、電水壺等電熱器。
知3－練
解析：電腦元件若用超導(dǎo)體制作，將減少電腦元件的發(fā)熱，故A 符合題意；電熱毯、電飯鍋若使用超導(dǎo)體制作，就幾乎不能產(chǎn)生熱量，不能工作，故B、C 不符合題意；輸電導(dǎo)線若用超導(dǎo)體制作，將降低輸電過程中的電能損耗，節(jié)約能源，故D 符合題意。
答案：A、D
知3－練
3. 對(duì)于超導(dǎo)材料，下列說法中不正確的是( )
A. 超導(dǎo)材料一定條件下的電阻接近于零
B. 超導(dǎo)材料可以用來制造電爐絲
C. 利用在臨界溫度以下的超導(dǎo)材料輸電，在輸電線路上幾乎沒有電能損耗
D. 超導(dǎo)材料的應(yīng)用目前主要還在實(shí)驗(yàn)階段
B
知4－講
知識(shí)點(diǎn)
跨學(xué)科實(shí)踐
4
1. 跨學(xué)科實(shí)踐 濃墨涂層大量吸收電磁波的實(shí)驗(yàn)探究
(1)活動(dòng)內(nèi)容：用涂有墨的鹽水瓶探究納米涂層吸收電磁輻射的作用。
(2)活動(dòng)小組成員組成：本班同學(xué)。。
知4－講
(3)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂方案 用墨在硯臺(tái)上研磨出濃墨汁，加入適量膠水，選兩個(gè)相同的鹽水瓶，其中一個(gè)用墨汁涂滿外壁；待涂抹的墨汁干后，將溫度計(jì)通過瓶塞分別置于兩個(gè)空鹽水瓶中，放在大功率白熾燈前。
(4)獲取與處理信息 經(jīng)過一段時(shí)間，比較兩瓶中溫度計(jì)的示數(shù)，分析產(chǎn)生差異的原因。
(5)成果展示與交流 根據(jù)探究結(jié)果，完成報(bào)告。
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2. 跨學(xué)科實(shí)踐 探究二極管的單向?qū)щ娦?br/>(1)活動(dòng)內(nèi)容：探究二極管的單向?qū)щ娦浴?br/>(2)活動(dòng)小組成員組成：本班同學(xué)。
(3)活動(dòng)前的準(zhǔn)備工作：① 查閱關(guān)于半導(dǎo)體材料在生產(chǎn)與生活中的應(yīng)用的相關(guān)資料，加深對(duì)半導(dǎo)體材料的認(rèn)識(shí)。② 請(qǐng)教老師簡(jiǎn)單的電路連接方式。
知4－講
(4)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂方案：
① 找一個(gè)晶體二極管，將其按照?qǐng)D5 甲所示接入電路中，接通電路，觀察小燈泡是否發(fā)光。
② 按照?qǐng)D5 乙所示，將晶體二極管
反向接入電路中，接通電路，觀
察小燈泡是否發(fā)光。
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(5)活動(dòng)后續(xù)：
①寫一篇介紹半導(dǎo)體材料特性與應(yīng)用的短文。
②展示所完成的短文，與同學(xué)交流實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果并討論半導(dǎo)體材料在生產(chǎn)與生活中的應(yīng)用。
知4－講
3. 跨學(xué)科實(shí)踐 調(diào)查超導(dǎo)材料的研究進(jìn)展與應(yīng)用前景
(1)活動(dòng)內(nèi)容：調(diào)查超導(dǎo)材料的研究進(jìn)展與應(yīng)用前景。
(2)活動(dòng)小組成員組成：本班同學(xué)。
(3)需要展開的調(diào)查活動(dòng)：
①了解目前全世界研制超導(dǎo)材料的進(jìn)展。
②了解我國科學(xué)家在超導(dǎo)研究中的奮斗歷程與杰出貢獻(xiàn)。
知4－講
(4)活動(dòng)后續(xù)：
①查閱并思考未來超導(dǎo)體的應(yīng)用前景。
②結(jié)合上述資料，完成一篇關(guān)于超導(dǎo)體的科普短文。
③ 展示撰寫的科普短文，與同學(xué)交流超導(dǎo)體材料的研究進(jìn)展和應(yīng)用前景。
知4－講
知識(shí)鏈接
本次跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)的目的與意義：通過多途徑認(rèn)識(shí)新材料，知道物理學(xué)推動(dòng)人類社會(huì)進(jìn)步，激發(fā)民族自豪感，樹立學(xué)以致用的意識(shí)，科學(xué)辯證地認(rèn)識(shí)人類歷史發(fā)展的進(jìn)程。
實(shí)踐過程中應(yīng)注意用電安全、防止?fàn)C傷，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中可能產(chǎn)生的傷害要有應(yīng)對(duì)預(yù)案。
知4－講
實(shí)踐活動(dòng)任選一項(xiàng)，完成設(shè)計(jì)方案、查閱資料、動(dòng)手操作和撰寫報(bào)告等。各組在課題研究結(jié)束后，舉行“新材料跨學(xué)科實(shí)踐成果報(bào)告會(huì)”,展示與交流各組的探究方案、探究過程和探究結(jié)果，并在班級(jí)墻報(bào)欄開辟一個(gè)介紹新材料的專欄，發(fā)表各組的課題研究報(bào)告。
知4－練
1911年，荷蘭科學(xué)家昂內(nèi)斯用液氦冷卻汞時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度下降到4.2 K(－268.98 ℃)時(shí)，汞的電阻會(huì)突然接近于零。1913年昂內(nèi)斯在諾貝爾領(lǐng)獎(jiǎng)演說中指出：低溫下金屬電阻的消失“不是逐漸的，而是突然的”，汞在4.2K進(jìn)入了一種新狀態(tài)，由于它的特殊導(dǎo)電性能，可以稱為超導(dǎo)態(tài)。
例 4
知4－練
后來他發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下電阻接近于零的特性，這種性質(zhì)稱為超導(dǎo)電性，產(chǎn)生超導(dǎo)電性時(shí)的溫度稱為臨界溫度，具有超導(dǎo)電性的材料稱為超導(dǎo)材料。
根據(jù)臨界溫度的不同，超導(dǎo)材料可以被分為：高溫超導(dǎo)材料和低溫超導(dǎo)材料。但這里所說的“高溫”只是相對(duì)的，其實(shí)仍然遠(yuǎn)低于冰點(diǎn)0℃，對(duì)常溫而言仍是極低的溫度。
知4－練
解題秘方：對(duì)超導(dǎo)現(xiàn)象以及超導(dǎo)材料應(yīng)用的了解和掌握是解題關(guān)鍵。
知4－練
(1)許多金屬和合金具有在低溫下電阻接近于零的特性，這種性質(zhì)稱為_________，產(chǎn)生這一性質(zhì)時(shí)的溫度稱為_____溫度。
解析：許多金屬和合金具有在低溫下電阻接近于零的特性，這種性質(zhì)稱為超導(dǎo)電性，產(chǎn)生超導(dǎo)電性時(shí)的溫度叫臨界溫度。
超導(dǎo)電性
臨界
知4－練
(2)超導(dǎo)體________(填“可以”或“不可以”)用來制作電熱毯。
解析：超導(dǎo)體的電阻接近于零，通電后幾乎不會(huì)發(fā)熱，因此用超導(dǎo)材料制作的電熱毯不能工作。
不可以
知4－練
4. 小明有兩只二極管，其中一只是發(fā)光二極管，另一只是普通二極管。小明知道二極管只能沿一個(gè)方向通過電流，還知道如果電流方向恰好和二極管能通過的方向相同時(shí)，電流流進(jìn)二極管的那根引線叫做二極管的正極，流出的那根引線叫做二極管的負(fù)極。小明不知道手頭的這兩只二極管的正、負(fù)極，但有一節(jié)電池和幾根導(dǎo)線可以利用，請(qǐng)你幫他設(shè)計(jì)一個(gè)方案，判斷這兩只二極管的正、負(fù)極。
知4－練
解：根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦裕劝寻l(fā)光二極管單獨(dú)接入電路，根據(jù)二極管是否發(fā)光，以及電源的正負(fù)極就能判斷出發(fā)光二極管的正、負(fù)極，即如果二極管發(fā)光，則和電源正極相連的是發(fā)光二極管的正極，反之則是負(fù)極。再把普通二極管和發(fā)光二極管首尾相連接入電路，根據(jù)發(fā)光二極管能否發(fā)光，判斷普通二極管的正負(fù)極，即如果發(fā)光二極管發(fā)光，則和發(fā)光二極管負(fù)極相連的是普通二極管的正極。反之是負(fù)極。
新材料及其應(yīng)用
新材料
及其
應(yīng)用
定義
應(yīng)用
半導(dǎo)體材料
納米
材料
定義
應(yīng)用
超導(dǎo)
材料
定義
應(yīng)用

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