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第二十章 能源、材料與社會
上海科學(xué)技術(shù)出版社
義務(wù)教育物理課程標準實驗教科書編寫組 編著
材料的開發(fā)和利用
第二十章 能源、材料與社會
第三節(jié)
學(xué)習(xí)目標
1. 知道材料對人類社會發(fā)展的促進作用。知道新材料的發(fā)展為科學(xué)技術(shù)發(fā)展提供物質(zhì)基礎(chǔ)的同時，也造成了資源的浪費和環(huán)境的污染。（物理觀念、科學(xué)態(tài)度和責(zé)任）
2. 知道身邊形形色色的材料中按導(dǎo)電性不同可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體三大類，并了解導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的應(yīng)用。（物理觀念、科學(xué)思維）
3. 通過觀察和實驗初步了解半導(dǎo)體的一些特點。（科學(xué)思維、科學(xué)探究）
4. 知道除“電阻為零”是超導(dǎo)材料的特性外，超導(dǎo)磁浮現(xiàn)象是它的另一重要特性。（物理觀念）
5. 收集有關(guān)信息，初步了解納米材料的有關(guān)知識。（物理觀念）
課堂總結(jié)
02
課后作業(yè)全解
03
學(xué)習(xí)新課
01
綜合提升訓(xùn)練
04
目錄導(dǎo)航
導(dǎo)入新課
書本、課桌、黑板，道路、高樓、橋梁，手機、彩電、冰箱……我們周圍大大小小的物品都是由各種材料制成的。
正如人類開發(fā)和利用能源那樣，人類社會的發(fā)展與人們對材料的認識、開發(fā)和利用密切相關(guān)。
集成電路生產(chǎn)線
學(xué)習(xí)新課
01
第三節(jié) 材料的開發(fā)和利用
知識一、材料與社會
1. 人類社會發(fā)展經(jīng)歷的材料時代
（1）舊石器時代和新石器時代
100 萬年以前，原始人就學(xué)會利用不同性能的天然材料了，如把木料、石頭、動物的皮、骨等制成工具或用作生活用品。這是原始人智力發(fā)展中邁出的重要一步。隨著制造技能的不斷提高，人類經(jīng)歷了舊石器和新石器時代。
原始人類用石材制造的工具
知識一、材料與社會
（2）青銅器時代
大約在 5000年前，人類學(xué)會了冶煉金屬銅并用其來制造工具。后來通過在冶煉銅時加入少量的錫，獲得了比純銅更堅硬、密度更小、強度更高的青銅。青銅的利用提高了社會生產(chǎn)力，人類從此進入了青銅器時代。
鑄鐘——我國是世界上最早掌握青銅冶煉技術(shù)的國家之一
知識一、材料與社會
（3）高性能鋼鐵時代
鐵的利用為人類大規(guī)模制造機器提供了材料基礎(chǔ)，開創(chuàng)了人類歷史的又一個新紀元。以鐵為主發(fā)展出的高性能鋼鐵材料，如今已經(jīng)成為材料家族的主體。
2. 材料與社會的關(guān)系
材料的發(fā)展促進了社會的發(fā)展，也為科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。同時，材料的發(fā)展及大量使用也帶來了許多資源和環(huán)境問題。
煉鐵車間
【例題1】下列物品主要從“硬度”這一物理屬性考慮選材的是 （ ）
A . 鋸鐵條的鋼鋸條 B . 包裝盒內(nèi)的泡沫塑料
C. 扎頭發(fā)的橡皮筋 D. 教室窗戶上的玻璃
A．鋸鐵條的鋼鋸條需要硬度較大，故A符合題意；
B．包裝盒內(nèi)的泡沫塑料比較軟，可以減震，故B不符合題意；
C．扎頭發(fā)的橡皮筋需要有彈性，故C不符合題意；
D．教室窗戶上的玻璃需要透明，故D不符合題意。
A
知識一、材料與社會
故選A。
材料的導(dǎo)電性是物理學(xué)研究的一個重要方面。根據(jù)材料的導(dǎo)電性能，材料可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體及絕緣體三大類。
知識二、材料的導(dǎo)電性
用導(dǎo)線將一只燈泡連接到電源兩端，閉合開關(guān)，燈泡發(fā)光。這說明電流通過導(dǎo)線經(jīng)過了燈泡，因此我們知道導(dǎo)線是可以導(dǎo)電的。那么，是不是所有的材料都可以導(dǎo)電呢
1. 實驗探究：不同材料的導(dǎo)電性有何不同
【提出問題】硬幣、鉛筆芯、橡皮、塑料尺等材料，它們的導(dǎo)電性能相同嗎
【設(shè)計并進行實驗】設(shè)計如圖所示的電路，分別將硬幣、鉛筆芯、橡皮、塑料尺接入電路A、B之間，觀察燈泡是否發(fā)光。
知識二、材料的導(dǎo)電性
【實驗現(xiàn)象及分析】
觀察到當硬幣和鉛筆芯接入電路后燈泡發(fā)光，說明硬幣和鉛筆芯可以導(dǎo)電。當橡皮和塑料尺接入電路后燈泡不發(fā)光，說明橡皮和塑料尺不能導(dǎo)電。
【探究結(jié)論】不同材料的導(dǎo)電能力一般是不同的。
如圖所示是常溫下一些材料的導(dǎo)電性能和絕緣性能的排列順序。從左到右，絕緣能力越來越強；從右到左，導(dǎo)電能力越來越強。
根據(jù)材料導(dǎo)電性能的不同可以把材料分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體三類。
知識二、材料的導(dǎo)電性
（1）基本概念
①導(dǎo)體
容易導(dǎo)電的物體，內(nèi)部有大量可自由移動的電荷。金、銀、銅、鐵等金屬材料是導(dǎo)電性能較好的良導(dǎo)體，導(dǎo)體，通常被用來制成傳導(dǎo)電流的導(dǎo)線。
②絕緣體
不容易導(dǎo)電的物體，內(nèi)部幾乎沒有能自由移動的電荷。一般情況下，玻璃和橡膠等材料都是絕緣體，常用來隔離帶電體。
電纜內(nèi)部的導(dǎo)線用來傳導(dǎo)電流，外部的絕緣材料則用來絕緣
2. 導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體
材料的導(dǎo)電性能是由材料內(nèi)部電子的運動狀況決定的。
知識二、材料的導(dǎo)電性
③半導(dǎo)體
導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體。自由電荷數(shù)量受光、溫度、壓強等因素的影響。 硅、鍺、砷化鎵等是常用到的半導(dǎo)體材料，由于其特殊性被廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代電子科技產(chǎn)品中。
硅材料常用于
制造半導(dǎo)體元件
知識二、材料的導(dǎo)電性
2. 半導(dǎo)體元件
半導(dǎo)體材料可以制成二極管、三極管等半導(dǎo)體元件和集成電路。
從常用的電器，如收音機、錄音機、電視機、 電腦等中，都可以找到大量的半導(dǎo)體元件。
半導(dǎo)體元件—三極管
集成電路
常用電器中的半導(dǎo)體元件
知識二、材料的導(dǎo)電性
（1）二極管
外形及電路圖中的符號：有兩根引線，如圖甲所示，一根是正極，一根是負極；二極管在電路圖中的符號如圖乙所示。
（2）二極管的單向?qū)щ娦?br/>【實驗材料】電源、燈泡、開關(guān)、導(dǎo)線、接線板、 接線柱、半導(dǎo)體二極管。
+
-
實驗探究
實驗現(xiàn)象
實驗結(jié)論 【設(shè)計并進行實驗】
將二極管連入電路，使電流從二極管的正極流入，從負極流出；
將二極管連入電路，使電流從二極管的負極流入，從正極流出。
燈泡發(fā)光
燈泡不發(fā)光
二極管僅允許電流從一個方向通過（單向?qū)щ娦裕?
知識二、材料的導(dǎo)電性
+
+
知識二、材料的導(dǎo)電性
（3）發(fā)光二極管
發(fā)光二極管（簡稱為LED）在導(dǎo)電時發(fā)光，它的外形和普通二極管有所不同，在電路中的符號如圖所示。
①一般發(fā)光二極管的正常工作電流約為10mA，但在3 mA左右時就能發(fā)光，而一般小燈泡、氖燈要幾百毫安才能發(fā)光，這比使用小燈泡要省電，而且更靈敏。
②不同的發(fā)光二極管可以發(fā)出不同顏色的光，這主要與構(gòu)成發(fā)光二極管的材料有關(guān)。有的城市街道上的紅綠燈就是用發(fā)光二極管制作的。在大型平板上嵌入許許多多發(fā)光二極管可以制成大屏幕，用來顯示圖像和文字。
【例題2】如圖所示，先后將不同材料接在電路的A、B兩點間，閉合開關(guān)，能使小燈泡發(fā)光的是（ ）
A．干木條 B．銅絲
C．塑料棒 D．陶瓷棒
A. 干木條屬于絕緣體，所以，不能使小燈泡發(fā)光，故A錯誤；
B. 銅絲是導(dǎo)電，能使小燈泡發(fā)光，故B正確；
C. 塑料袋不易導(dǎo)電，屬于絕緣體，不能使小燈泡發(fā)光，故C錯誤；
D. 陶瓷棒不易導(dǎo)電，屬于絕緣體，不能使小燈泡發(fā)光，故D錯誤．
B
故選B。
知識二、材料的導(dǎo)電性
【例題3】LED燈是一種新型的高效節(jié)能光源，不僅在保證亮度的基礎(chǔ)上節(jié)能90%左右，它的核心元件是發(fā)光二極管，二極管由下列哪種材料制成（　　）
A．半導(dǎo)體材料 B．金屬材料
C．陶瓷材料 D．超導(dǎo)體材料
LED燈的核心元件是發(fā)光二極管，發(fā)光二極管的主要材料是半導(dǎo)體材料。
A
故選A。
知識二、材料的導(dǎo)電性
知識三、開發(fā)新材料
1. 超導(dǎo)材料
（1）超導(dǎo)現(xiàn)象
1911年，昂內(nèi)斯（H. K. Onnes）在研究汞電阻隨溫度的變化時，觀察到在溫度降低到 4.2K（-268.8℃）時汞的電阻值突然降低到幾乎為零，從而發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的材料叫超導(dǎo)材料。
汞電阻隨溫度變化的圖線
（2）超導(dǎo)臨界溫度
物質(zhì)的電阻變?yōu)榱銜r的溫度叫做這種物質(zhì)的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度或超導(dǎo)臨界溫度。不同物質(zhì)的超導(dǎo)臨界溫度不同。
知識三、開發(fā)新材料
（3）超導(dǎo)材料的特性和應(yīng)用前景
① 超導(dǎo)輸電：超導(dǎo)材料處于超導(dǎo)狀態(tài)時電阻為零，能夠無損耗地傳輸電能，這意味著用細電線就可以輸送極大的電流。
② 超導(dǎo)磁浮：用超導(dǎo)磁浮特性可以實現(xiàn)交通工具的無 摩擦運行，可以大大提高交通工具的運行速度。
超導(dǎo)磁浮現(xiàn)象
③ 超導(dǎo)發(fā)電機、電動機：用超導(dǎo)材料做導(dǎo)線制作發(fā)電機 、電動機的線圈，線圈不會發(fā)熱，可以大大提高發(fā)電 機和電動機的效率。
④超導(dǎo)計算機：將超導(dǎo)體應(yīng)用于電子工業(yè)，在低溫環(huán)境中大大減小這些電子元件的體積和能耗（因不必考慮散熱問題，超導(dǎo)電子元件可以做得很小）。
知識三、開發(fā)新材料
2. 納米材料
（1）概念
納米材料統(tǒng)指合成材料的基本單元大小限制在1～100nm范圍內(nèi)的材料，這大約相當于10～1000個原子緊密排列在一起的尺度。
（2） 特性
納米材料除了其基本單元的尺度小以外，在力、 熱、聲、光、電、磁等方面還表現(xiàn)出許多特殊的性能， 如它可以大大提高材料的強度和硬度，降低燒結(jié)溫度，提高材料的磁性等。
知識三、開發(fā)新材料
（3）應(yīng)用
①研制納米尺度的微小機器；
②用納米材料制作的導(dǎo)線能大大提高計算機的性能，縮小計算機芯片的體積；
③用納米技術(shù)做成的所謂量子磁盤能増大存儲容量。
一種納米尺度機器的局部
計算機芯片中一種直徑
為納米級的導(dǎo)線（藍色）
【例題4】石墨烯是一種高分子構(gòu)成的片狀結(jié)構(gòu)材料，這種材料在一定條件下電阻可以降為零，它是由我國少年科學(xué)家曹原發(fā)現(xiàn)的，這一特點可以在生活中用于______________（選填“電飯鍋發(fā)熱絲”、“電動機線圈”或“小燈泡的燈絲”）。
石墨烯在一定條件下電阻可以降為零，這樣的材料叫做超導(dǎo)體；超導(dǎo)體的電阻為0，電飯煲發(fā)熱絲、小燈泡的燈絲都是利用電流熱效應(yīng)工作的，它們不能使用超導(dǎo)體；電動機線圈與電流的熱效應(yīng)無關(guān)，可以使用超導(dǎo)體，降低電流通過線圈產(chǎn)生的熱量。
電動機線圈
知識三、開發(fā)新材料
【例題5】華為智能手機所搭載的7納米制造工藝麒麟980芯片，“在指甲蓋大小的尺寸上塞進69億個晶體管”，實現(xiàn)了性能與能效提升的新突破，這都得益于一種新型材料的研發(fā)。這種新型材料是（　　）
A．超導(dǎo)材料 B．磁性材料
C．納米材料 D．絕緣材料
由“在指甲蓋大小的尺寸上塞進69億個晶體管”知，這些零件所占空間體積極小，空間尺度在納米級，所以屬于納米材料。
C
故選C.
知識三、開發(fā)新材料
02
課堂總結(jié)
第三節(jié) 材料的開發(fā)和利用
課堂總結(jié)
材料的開發(fā)和利用
①人類社會發(fā)展經(jīng)歷的材料時代：
舊石器和新石器時代→青銅器時代→高性能鋼鐵時代.
②材料與社會：促進社會的發(fā)展，也帶來資源和環(huán)境問題.
①導(dǎo)電性：導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體.
②半導(dǎo)體元件：二極管及單向?qū)щ娦裕蝗龢O管；集成電路.
③半導(dǎo)體的應(yīng)用：自動控制系統(tǒng)、收音機、電視機、電腦.
①超導(dǎo)材料：溫度降到某一值時，電阻變?yōu)榱?
應(yīng)用：輸送電能、超導(dǎo)磁浮、電動機線圈.
②納米材料：提高材料的強度和硬度，降低燒結(jié)溫度，提高材料的磁性。應(yīng)用：微小機器、計算機導(dǎo)線、量子磁盤等.
開發(fā)新
材料
材料的
導(dǎo)電性
材料與
社會
03
課后作業(yè)全解
第三節(jié) 材料的開發(fā)和利用
1．收集有關(guān)超導(dǎo)材料、納米材料的一些資料。
超導(dǎo)材料
定義：超導(dǎo)材料是在一定溫度條件下電阻為零且能完全抗磁性的材料。其特性包括零電阻效應(yīng)和完全抗磁性。
發(fā)展歷史 ：超導(dǎo)現(xiàn)象自1911年被發(fā)現(xiàn)以來，科學(xué)家們不斷探索新材料，如鈮鍺合金、鋇-釔-銅氧化物等，不斷提高臨界溫度。
應(yīng)用 ：超導(dǎo)材料在電機、高能粒子加速器、磁懸浮運輸?shù)阮I(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，能顯著減少能量損耗。
課后作業(yè)全解
納米材料
定義 ：納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度（1-100nm）或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料。
特性 ：納米材料具有獨特的物理、化學(xué)和機械性質(zhì)，如量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)等。
應(yīng)用 ：納米材料在醫(yī)學(xué)、能源、環(huán)保、電子信息等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，如藥物輸送、太陽能電池、污水處理等。
2．寫一篇小論文，談?wù)勀銓媚承┎牧系男阅軄砀倪M人們生活的設(shè)想與建議。
利用新材料改進人們生活的設(shè)想主要集中在提高生活質(zhì)量、促進健康、增強安全性以及推動環(huán)保等方面。以下是一些具體的設(shè)想和建議：
提高生活質(zhì)量 ：通過使用高性能纖維復(fù)合材料，可以制造更輕便、耐用的家具和電子產(chǎn)品，提高使用的舒適度和耐用性。例如，碳纖維復(fù)合材料可以用于制造更輕便的自行車和運動器材，提高運動體驗 。
促進健康 ：在醫(yī)療領(lǐng)域，使用生物可降解材料可以減少對環(huán)境的污染，同時這些材料在醫(yī)療器械和藥物載體中的應(yīng)用，能夠提高醫(yī)療技術(shù)的安全性和有效性。例如，生物可降解材料可以用于手術(shù)縫合線，避免二次手術(shù)取出。
課后作業(yè)全解
課后作業(yè)全解
1. 可以用納米材料制造進入人體內(nèi)，吃掉病毒的機器人嗎？
答：可以用納米材料制造進入人體內(nèi)，吃掉病毒的機器人。 納米材料制成的機器人體積很小，可以進入人體內(nèi)，并且具有吃掉病毒的能力 。
納米材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。例如，納米機器人可以用于藥物傳遞、生物成像、催化劑等領(lǐng)域。它們可以到達人體內(nèi)的特定目標，如病毒、細菌等，并進行有效的治療或清除。
課后作業(yè)全解
答： 目前還沒有開發(fā)出能夠完全吸收電磁波的新材料。 盡管科學(xué)家們一直在努力研發(fā)高性能的吸波材料，但這些材料通常只能在一定程度上吸收電磁波，而無法完全吸收所有頻率的電磁波。例如，碳納米管、鐵氧體、金屬復(fù)合材料等都是常見的電磁波吸收材料，但它們都有一定的局限性 。
2. 示例：人類能否開發(fā)一種新材料，使這種材料能夠完全吸收電磁波
04
綜合提升訓(xùn)練
第三節(jié) 材料的開發(fā)和利用
1. 太空中的溫度能達到 270℃左右，我國科技人員研制了一種衛(wèi)星保暖用的特殊材料，將這種材料制成我們可以穿著的衣服，與同款羽絨服相比，質(zhì)量可以減輕 ，保暖性可以提高，且機洗后不易變形。關(guān)于該材料的特性，以下說法中錯誤的是（　　）
A．密度大 B．彈性好
C．耐低溫 D．隔熱性好
A．由題意可知，質(zhì)量可以減輕40%，即密度小，故A錯誤，符合題意；
B．機洗后不易變形，即彈性好，故B正確，不符合題意；
CD．保暖性可以提高 30% ，能在太空 270℃環(huán)境中使用，即隔熱性好，能耐低溫，故CD正確，不符合題意。
A
綜合提升訓(xùn)練
故選A。
2. 以下說法正確的是（ ）
A．半導(dǎo)體具有良好的導(dǎo)電性能
B．超導(dǎo)體是一種電阻很大的材料
C．納米技術(shù)是大尺度范圍內(nèi)的科學(xué)技術(shù)
D．超導(dǎo)材料用于輸送電力可以降低電能損耗
D
A．半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能比導(dǎo)體的導(dǎo)電性能要差，但它有一些特殊的電學(xué)性質(zhì)，故A不符合題意；
B．超導(dǎo)材料是一種電阻為零的材料，故B不符合題意；
C．納米技術(shù)是小尺度范圍內(nèi)的科學(xué)技術(shù)，故C不符合題意；
D．用超導(dǎo)體做輸電導(dǎo)線，可以減小由電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的損耗，提高傳輸效率，故D符合題意。
所以選D.
綜合提升訓(xùn)練
綜合提升訓(xùn)練
3．關(guān)于新材料的說法，正確的是（　　）
A．納米材料只是縮小了物體的尺寸，在其他方面沒有特殊的性能
B．利用超導(dǎo)體可制成發(fā)熱效率更高的電熱器
C．發(fā)光二極管的核心材料是由半導(dǎo)體制成的
D．冶煉合金是為了提高金屬的密度、硬度及強度
A．納米材料能縮小物體的尺寸，在其他方面也有特殊的性能，故A錯誤；
B．超導(dǎo)體是零電阻，所有利用電流熱效應(yīng)工作的電器設(shè)備都不能用超導(dǎo)材料制作，所以超導(dǎo)體不能應(yīng)用在電熱器上，故B錯誤；
C．常用的發(fā)光二極管是由半導(dǎo)體材料制成的，故C正確；
D．合金可以提高金屬的密度、硬度及強度，也可以降低金屬的密度、硬度和強度，不同的合金有不同的用途，故D錯誤。
C
故選C。
綜合提升訓(xùn)練
4. 氣凝膠是一種多孔狀類似海綿結(jié)構(gòu)的硅元素固體，是目前世界上密度最小的固體。密度只有每立方厘米 毫克，作為“世界上密度最低的固體”入選《吉尼斯世界紀錄》。這種新材料具有耐高溫、隔熱、絕緣能力強、堅固耐用、彈性好等特點。這種材料不適合制作（　　）
A．用電器絕緣外殼 B．導(dǎo)線
C．宇航服 D．網(wǎng)球拍
B
A．用電器絕緣外殼要用絕緣能力強、堅固耐用的材料制成，氣凝膠符合要求，故A不符合題意；
B．導(dǎo)線是用導(dǎo)電能力強的材料制成的，而氣凝膠的絕緣能力強，即導(dǎo)電能力差，所以不能用來制作導(dǎo)線，故B符合題意；
C．宇航服需要用隔熱能力強的材料制成，氣凝膠符合要求，故C不符合題意；
D．網(wǎng)球拍需要用彈性好的的材料制成，氣凝膠符合要求，故D不符合題意。
所以選B。
綜合提升訓(xùn)練
5．如圖所示是常溫下各種物質(zhì)的導(dǎo)電能力的排列順序，常用導(dǎo)線有內(nèi)外層之分，外層一般用________（選填“橡膠”或“碳”）材料制成，起到絕緣作用；不考慮溫度對電阻的影響，長度、橫截面積相同的銅線和鋁線，銅線的電阻較______（選填“大”或“小”）。
橡膠
小
綜合提升訓(xùn)練
容易導(dǎo)電的物體叫導(dǎo)體，不容易導(dǎo)電的物體叫絕緣體。由上圖可知，越靠左的物質(zhì)導(dǎo)電性能越好，越靠右的物質(zhì)導(dǎo)電性能越差。常用導(dǎo)線具有內(nèi)外層，外層由不容易導(dǎo)電的橡膠料制成，起到絕緣作用。
用電阻表示導(dǎo)體對電流的阻礙作用的大小。絕緣體對電流的阻礙作用大，導(dǎo)體對電流的阻礙作用小。電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)，它由導(dǎo)體的材料、長度、橫截面積決定，不考慮溫度對電阻的影響，結(jié)合上圖知，長度、橫截面積相同的銅線和鋁線，銅的導(dǎo)電性能比鋁好，故銅線的電阻較小。
綜合提升訓(xùn)練
6. 近年來，國家大力提倡使用LED燈，它的主要部分是高亮度白色發(fā)光二極管，這種發(fā)光二極管主要由硅、砷等半導(dǎo)體材料制成，具有光效高、耗電少，壽命長、易控制、免維護、安全環(huán)保等優(yōu)點。LED燈是新一代固體冷光源，可以直接把電能轉(zhuǎn)換成光能的器件，因而其發(fā)光效率較高。
利用圖甲所示電路可以研究發(fā)光二極管的工作特性：把一個額定（正常發(fā)光）電壓為3V的LED接入電源電壓恒為4.5V的電路，閉合開關(guān)S，LED即處于導(dǎo)通狀態(tài)，調(diào)節(jié)變阻器滑片，改變LED兩端的電壓和電路中電流，記錄多組電壓、電流數(shù)據(jù)，得到電壓表與電流表示數(shù)關(guān)系，如圖乙所示圖像，然后斷開開關(guān)，改變電源正負極再閉合開關(guān)，LED處于斷電狀態(tài)。
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（1）LED燈主要由_________（導(dǎo)體/半導(dǎo)體/超導(dǎo)體）材料制成；它之所以節(jié)能，被稱為冷光源，是因為電熱轉(zhuǎn)換損耗的能量較白熾燈_____（高/低）；
（2）在圖甲中，閉合S，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使LED正常發(fā)光；斷開S，改變電源的正負極后再閉合S，LED______（能/不能）發(fā)光；此時兩電表的示數(shù)為 ____
A．4.5V 20mA B．3V 20mA C．4.5V 0mA D．3V 0mA
（3）如圖丙電路，閉合開關(guān)_______ 可以使綠光LED發(fā)光。
半導(dǎo)體
低
C
不能
S1 S4
（1）由材料可知，LED燈主要由硅、砷等半導(dǎo)體材料制成。
LED燈是新一代固體冷光源，可以直接把電能轉(zhuǎn)換成光能的器件，因而其發(fā)光效率較高，所以電熱轉(zhuǎn)換損耗的能量較低。
（2）LED燈是高亮度白色發(fā)光二極管，發(fā)光二極管具有單向?qū)щ姷男再|(zhì)，所以在電路圖甲中，閉合S，調(diào)節(jié)滑動變阻器，能使LED正常發(fā)光，LED即處于導(dǎo)通狀態(tài)，如果改變改變電源的正負極后再閉合S，LED處于斷電狀態(tài)，所以LED不能發(fā)光。
此時電壓表與滑動變阻器、電流表串聯(lián)，根據(jù)串聯(lián)電路有分壓的作用，而且由于電壓表的電阻非常大，所以電壓表的示數(shù)為電源電壓，電路中的電流非常小，電流表的示數(shù)幾乎為0，故選C。
（3）發(fā)光二極管具有單向?qū)щ姷男再|(zhì)，由圖丙可知，電流必須從發(fā)綠光的二極管右邊流進去，二極管才能發(fā)光，故應(yīng)該閉合開關(guān)S1、S4。
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