資源簡介

(共25張PPT)
第二十章　能源、材料與社會
第三節　材料的開發和利用
學習目標-新課導入-新知探究-課堂小結-課堂訓練
學習目標
1.了解一些新材料的特點及其應用。
2.了解新材料的研發與應用對社會發展的影響。
3.了解絕緣體、導體、半導體、超導體的主要特點。展望超導體應用對社會發展的影響。
4.了解納米材料等新型材料的主要特點，以及這些新材料技術的應用對社會發展的影響。
【重點】1.一些新材料的特點及其應用。
2.新材料的研發與應用對社會發展的影響。
新課導入
我們周圍的材料
雖然社會的發展給我們帶來了豐富的物品，但是為了制造物美價廉、性能更好的物品，人們正不斷地研究性能更好、更有價值的新材料。
你知道材料研發與科技發展有怎樣的關系嗎？
人們正在研發哪些材料呢？
知識點 材料與社會
1
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。
書本
黑板
課桌
道路
新知探究
手機
橋梁
電視
冰箱
高樓
新知探究
正如人類開發和利用能源那樣，人類社會的發展與人們對材料的認識、開發和利用密切相關。
原始人類用石材制造的工具
100萬年以前，原始人就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。這是原始人智力發展中賣出的重要一步。隨著制造技能的不斷提高，人類經歷了舊石器和新石器時代。
新知探究
鑄鐘——我國是世界上最早掌握青銅冶煉技術的國家之一
大約在5000年前，人類學會了冶煉金屬銅并用其他來制造工具。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力，人類從此進入了青銅時代。
新知探究
鐵的利用為人類大規模制造機器提供了材料基礎，開創了人類歷史的又一個紀元。以鐵為主發展出的高性能鋼鐵材料，如今已成為材料家族的主體。
蒸汽時代
電器時代
電子信息時代
材料的發展也為科學技術的發展提供了物質基礎。
新知探究
知識點 材料的導電性
2
材料的導電性是物理學研究的一個重要方面。根據材料的導電性能，材料可分為導體、半導體及絕緣體三大類。
電纜內部的導線用來傳導電流，外部的絕緣材料則用來絕緣
材料的導電性是由材料內部電子的運動狀況決定的。金、銀、銅、鐵等金屬材料是導電性能較好的良導體。絕緣體的電阻很大，電流幾乎不能通過，因此，絕緣體常常被用來隔離帶電物體。半導體材料的導電性能介于導體與絕緣體之間，具有一些特殊的物理性質。
新知探究
銅、鋁是最常用的電的良導體，通常被用來制成傳導電流的導線。
一般情況下，玻璃和橡膠等材料都是絕緣體。
半導體材料有硅、鍺和砷化鎵等。
硅材料常用于制造半導體元件
你知道怎么判別導體和絕緣體嗎？
新知探究
實驗探究：導體與絕緣體
實驗材料：電源、燈泡、導線、接線柱、開關、待測材料。
實驗設計：在右邊的方框中，自己設計一個實驗電路，進行實驗，判定待測材料是導體還是絕緣體。
新知探究
半導體材料可以制成二極管、三極管等半導體材料元件和集成電路。
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體元件。
半導體元件
新知探究
半導體元件具有許多獨特的功能。
例如，半導體二極管具有單向導電性，即僅允許電流由一個方向通過元件。半導體三極管可以用來放大電信號。
新知探究
知識點 開發新材料
3
為了創造物美價廉、性能更好的物品，人們正不斷地研究性能更好、更有價值的新材料，如超導材料、納米材料等。
超導材料
納米材料
新知探究
1.超導材料
1991年，昂內斯在研究汞電阻隨溫度的變化時，觀察到在溫度降低到4.2K時汞的電阻值突然降低到幾乎為零，從而發現超導現象。發生超導現象的材料叫超導材料。
汞電阻隨溫度變化的圖線
新知探究
超導材料不僅電阻為零，而且還存在其他引人注目的特性。
1933年，邁斯納和奧森菲爾德發現了超導磁浮現象。
超導磁浮現象
新知探究
超導材料特異的性能，強烈地吸引著人們。
超導材料出現以后，人們首先想到的就是利用超導體的零電阻特性實現遠距離大功率輸電，因為超導輸電線可以無損耗地輸送極大的電流。這意味著用細線就可以輸送強電流。
超導磁浮現象使人們想到可以用超導體來實現交通工具的無摩擦運行，這將會大大提高交通工具的運行速度。
新知探究
2.納米材料
納米材料統指合成材料的基本單元大小限制在1~100nm范圍內的材料，這大約相當于10~1000個原子緊密排列在一起的尺寸。
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，降低燒結溫度，提高材料的磁性等。
新知探究
一種納米尺度機器的局部
人們正在研制納米尺度的微小機器。
由納米材料制成的導線將大大提高計算機的性能，并縮小計算機芯片的體積。
用納米技術做成的磁盤，每平方厘米面積內可以貯存3萬部《紅樓夢》。
計算機芯片中一種直徑為納米級的導線（藍色）
新知探究
課堂小結
一、材料與社會
人們使用材料的種類
二、材料的導電性
三、開發新材料
超導材料、納米材料
導體、半導體、絕緣體
課堂訓練
1.如圖為某款新型折疊屏手機，折疊屏主要部件是柔性發光二極管。制成二極管的材料是（　　）
A.超導體
B.導體
C.半導體
D.絕緣體
C
課堂訓練
2.目前，制造手機芯片的材料主要為（　　）
A.導體
B.絕緣體
C.半導體
D.超導體
C
課堂訓練
3.關于新材料在生產生活的應用，下列說法中正確的是（　　）
A.手機芯片的主要材料是超導體
B.普通領帶的表面經過納米技術處理后，會有很強的自潔性能
C.半導體材料制成的太陽能電池板，主要是將太陽能轉化為內能
D.記憶合金制成的輸電導線，可以避免因輸電線上產生熱量而造成能源的浪費
B
課堂訓練
4.新型材料的發現，讓我們的生活變得更美好，下列有關材料的使用，說法不正確的是（　　）
A.甲圖：制造國產C919大飛機使用了密度較小的材料
B.乙圖：制造冰箱門磁封用到了磁性材料
C.丙圖：制造發光二極管使用了半導體材料
D.丁圖：電熱水壺的電加熱器是由超導體材料制成的
D
課堂訓練
5.LED（發光二極管）燈的主要材料是 （選填“導體”“半導體”或“超導體”），此材料具有 。家用電飯鍋的電阻絲 （選填“可以”或“不可以”）選用超導材料制作。
半導體
單向導電性
不可以

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