滬科版九年級物理 （材料的開發(fā)和利用）能源、材料與社會教育教學(xué)課件

20.3材料的開發(fā)和利用

情境導(dǎo)入

書本、課桌、黑板、等等，我們周圍大大小小的物品都是由各種材料制成的。盡管社會的發(fā)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，人們正不斷研究性能更好、更容易制造的新材料。今天我們就先來研究：材料的開發(fā)和利用（1）知道材料對人類社會發(fā)展的促進作用。（2）知道導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的差異，知道半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦?。?）知道超導(dǎo)材料是一種電阻為零的材料，知道超導(dǎo)材料具有超導(dǎo)磁懸浮的特性。（4）了解納米材料的有關(guān)知識。本節(jié)目標預(yù)習(xí)反饋2.導(dǎo)體:善于導(dǎo)電的物體,良導(dǎo)體具有較好的_____性能,如金、銀、銅、鐵等。1.人類經(jīng)歷了_______時代、_______時代和_____時代。3.絕緣體:被用來_____帶電物體。如玻璃、橡膠等。舊石器新石器青銅導(dǎo)電隔離課堂探究一、材料與社會發(fā)展課堂探究人類社會的發(fā)展與人們對材料的認識、開發(fā)和利用密切相關(guān)，人類發(fā)展過程中先后經(jīng)歷了石器時代、青銅時代和鋼鐵材料時代。典例分析例1：關(guān)于材料和能源的說法，正確的是（）A．我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫亩O管是由導(dǎo)體制成的B．如果將來可以利用超導(dǎo)材料制造電子元件，就不必考慮散熱問題C．當(dāng)前的核電站都是利用核聚變來獲取核能的D．太陽能是不可再生能源解：A、常用的各種二極管是由半導(dǎo)體材料制成的，在社會各領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，所以A錯誤；B、超導(dǎo)材料的特點就是在溫度很低時電阻為零，制造電子元件時，由于沒有電阻，不必考慮散熱問題，所以B正確；C、核電站是利用核裂變釋放的能量發(fā)電的，所以C錯誤；D、太陽能屬于可再生能源，所以D錯誤．故選B．B課堂探究二、材料的導(dǎo)電性根據(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。容易導(dǎo)電的材料是導(dǎo)體不容易導(dǎo)電的材料是絕緣體半導(dǎo)體可以制成二極管、三極管等半導(dǎo)體元件和集成電路半導(dǎo)體二極管有單向?qū)щ娦?，半?dǎo)體三極管可以用來放大電信號課堂探究半導(dǎo)體材料讓我們來看兩組半導(dǎo)體的圖片課堂探究半導(dǎo)體照明裝飾天花板繼白熾燈，熒光燈之后的新一代電光源——半導(dǎo)體照明燈，它極為安全，身體接觸無任向危險、也可用水清洗等、非常節(jié)能，由于光譜中沒有紫外線和紅外線、故沒有很高的熱量、屬于新型綠色照明光源，使用壽命長。課堂探究數(shù)字電視機選擇數(shù)字電視便是選擇了一種高品質(zhì)，新時代的生活方式。課堂探究半導(dǎo)體材料的發(fā)展歷程及應(yīng)用領(lǐng)域

半導(dǎo)體材料是半導(dǎo)體工業(yè)的基礎(chǔ)，是信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“糧食”。半導(dǎo)體材料應(yīng)用已經(jīng)成為衡量一個國家經(jīng)濟發(fā)展科技進步和國防實力的重要標志。典例分析例2：2014年諾貝爾物理學(xué)獎被授予日本科學(xué)家赤崎勇、天野浩和日裔美國科學(xué)家中村修二，以表彰他們在藍光LED方面的發(fā)現(xiàn)，LED燈是一種高效的節(jié)能光源，其核心元件是發(fā)光二極管．發(fā)光二極管的主要材料是（）A．超導(dǎo)材料B．合金材料C．半導(dǎo)體材料D．磁性材料解：發(fā)光二極管具有單向?qū)щ娦?，主要材料是半?dǎo)體．故選C．C課堂探究1.超導(dǎo)材料

為了制造物美價廉、性能更好的物品，人們正在不斷地研究性能更好、更容易制造的材料。其中有一種性能較好的材料叫超導(dǎo)材料1911年，昂內(nèi)斯在研究汞電阻隨溫度的變化時，觀察到在測試溫度降低到4.2K時，汞的電阻突然降低到測量不到的微小值。從而發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。三.開發(fā)新材料課堂探究超導(dǎo)材料

1、特點當(dāng)溫度降到一定時，材料的電阻變?yōu)榱愕奶匦苑Q為超導(dǎo)體課堂探究超導(dǎo)材料不僅電阻為零，而且還有其他令人注目的特性。

超導(dǎo)磁懸浮現(xiàn)象使人們想到可以利用超導(dǎo)體來實現(xiàn)交通工具的無摩擦運行，大大提高交通工具的安全性能和運行速度。課堂探究

2、超導(dǎo)材料的應(yīng)用：（１）利用超導(dǎo)零電阻特性實現(xiàn)遠距離大功率輸電可無損耗輸送強電流。（２）超導(dǎo)材料種類多，應(yīng)用廣泛。如：超導(dǎo)磁懸浮列車：用超導(dǎo)實現(xiàn)交通工具的無摩擦運行。如圖：典例分析例3：物理知識是從實際中來的，又要應(yīng)用到實際中去，沒有物理學(xué)就不會有今天的科技發(fā)展，下列技術(shù)及其應(yīng)用中說法正確的是（）A．新型電熱毯的電阻絲是用超導(dǎo)體材料制成的B．LED燈中的發(fā)光二極管主要是由半導(dǎo)體材料制成的C．人們利用超聲波的反射制成的聲吶來測量地球到月球的距離D．現(xiàn)代遙感衛(wèi)星可以利用紫外線拍攝照片發(fā)現(xiàn)地面火情解：A、由于超導(dǎo)體的電阻為零，電流流過超導(dǎo)體時，導(dǎo)體不會發(fā)熱，故A錯誤；B、二極管是由半導(dǎo)體做成的器件，它具有單向?qū)щ娦裕蔅正確；C、由于聲音不能在真空中傳播，所以不能利用超聲波的反射制成的聲吶來測量地球到月球的距離，故C錯誤；D、現(xiàn)代遙感衛(wèi)星可以利用紅外線拍攝照片發(fā)現(xiàn)地面火情，不是利用紫外線，故D錯誤．故選B．B課堂探究2.納米材料

納米是一個長度單位：1nm=10-9m②1nm小到什么程度？(10個分子緊密排布的長度，大約是一根頭發(fā)絲的1%)③納米材料除了其基本單元空間尺度小外，在力、熱、聲、光、電、磁等方面還表現(xiàn)出許多特殊的性能。課堂探究4.納米材料納米顆粒材料碳納米管課堂探究納米超晶格想象中的納米“機器人”計算機芯片中的納米導(dǎo)線課堂探究納米機械零件課堂探究（2）、應(yīng)用工業(yè)、農(nóng)業(yè)、能源、環(huán)境保護、醫(yī)療、國家安全等方面藥物做成納米顆粒納米鏡面將來人們可以用納米技術(shù)一個一個地將原子組裝起來制成各種納米機器課堂探究

納米衣服不用洗、“納米水”喝出健康……從上世紀90年代起，實驗室里的尖端科技納米技術(shù)一下子被媒體推到了市民面前，它神秘又令人憧憬：納米究竟是種什么“米”？怎么“種”出來的？對我們的生活將產(chǎn)生怎樣的影響？武漢“種植納米”的水平如何？帶著這些問題，本報記者探訪了武漢的一些高校和科研機構(gòu)，請科學(xué)家來揭開“納米”的面紗。課堂探究納米是種什么“米”？近日，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院的納米研究課題組再次接到了深圳某美容機構(gòu)傳真的“納米硫”訂單。去年，地大在世界上首次研制出“納米硫磺”，在面膜、膏霜等化妝品中應(yīng)用納米硫材料，對治療脂溢性皮炎、螨蟲、青春痘等有奇效。課堂探究“納米”譯自英文“nanometer”，它并不是什么特殊的物質(zhì)，而是一種度量單位。1納米等于十億分之一米，相當(dāng)于針尖大小的百萬分之一，約相當(dāng)于45個原子串起來那么長。納米技術(shù)就是指在納米尺寸范圍內(nèi)，通過直接操縱單個原子、分子來組裝和創(chuàng)造具有特定功能的新物質(zhì)。當(dāng)物質(zhì)顆粒小到100納米以下，這種物質(zhì)就可被稱為納米材料。其物理性能與化學(xué)性質(zhì)就會較原來有意想不到的巨變，這些“巨變”正在生物學(xué)、材料學(xué)、信息技術(shù)等各個領(lǐng)域展開，它們將對人類未來的生活產(chǎn)生重大影響。課堂探究納米帶來美好生活最近，新加坡科學(xué)家在利用納米技術(shù)治療裂骨方面取得突破。實驗中，專家在大鼠腳骨上制造了大約3毫米的裂縫，然后把用納米材料制成的骨頭構(gòu)架植入裂縫中，結(jié)果5個月后成功讓骨頭完全愈合。這是納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的又一次成功應(yīng)用，但“納米”究竟會給我們帶來怎樣的新生活呢？課堂探究

專家預(yù)言，借助納米技術(shù)，未來我們有可能用基因芯片、蛋白質(zhì)芯片組裝成“納米機器人”，通過血管送入人體去偵察疾?。粩y帶DNA去更換或修復(fù)有缺陷的基因片段。有可能用納米藥物來阻斷血管餓死癌細胞。使用納米診斷儀只需檢測微量血液就可從蛋白質(zhì)和DNA上診斷出各種疾病。利用碳納米管，我們可以搭建強度比鋼高一百倍，但重量只有鋼的六分之一的新型建筑，摩天大樓將修得更高。而用碳納米材料替代硅芯片，將引發(fā)電腦行業(yè)的革命……課堂探究

未來會出現(xiàn)很多自然界并不存在的強度高、對環(huán)境友好、節(jié)省能源和資源的新型材料，這一影響不會低于現(xiàn)在的計算機、微米技術(shù)給人類帶來的影響。典例分析例4：下面有關(guān)“新能源，新材料，電磁波”的多種說法中，正確的是（）A．納米技術(shù)是研究宇宙中的各類天體運行規(guī)律的宏觀技術(shù)B．利用超導(dǎo)體可以制成發(fā)熱效率極高的發(fā)熱管C．當(dāng)前的核電站都是利用核聚變來獲取核能的D．使用無線網(wǎng)卡、3G手機上網(wǎng)都是利用電磁波傳遞信息的解：A、納米技術(shù)是納米尺度內(nèi)的科學(xué)技術(shù)，尺度比較小，只能研究微觀的內(nèi)容，故該選項說法不正確；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)用在電飯鍋、熱水器上，故該選項說法不正確；C、核電站是利用原子核裂變發(fā)生鏈式反應(yīng)時釋放的大量能量來發(fā)電的，這一過程是可以人為控制的；D、無線網(wǎng)卡、3G手機上網(wǎng)也屬于移動電話，所以它傳遞信息是通過電磁波來實現(xiàn)的．故選D．D本課小結(jié)一材料與社會二材料的導(dǎo)電性三開發(fā)新材料超導(dǎo)材料納米材料拓展練習(xí)2.超導(dǎo)樹料的應(yīng)用有著十分誘人的前景．下列不適合使用超導(dǎo)材料的是（）A．電動機的線圈B．遠距離輸電線路上的導(dǎo)線C．滑動變阻器的電阻絲D．超導(dǎo)磁浮列車C1.下列說法中正確的是（）A．為了節(jié)能，電爐絲選擇電阻為零的超導(dǎo)體更好B．電磁波可以用于信息傳遞C．通電螺線管的磁場分布與U形磁鐵磁場分布相似D．導(dǎo)體電阻大小只與導(dǎo)體材料有關(guān)B完成同步練習(xí)冊作業(yè)布置再見第3節(jié)材料的開發(fā)和利用

學(xué)習(xí)目標【學(xué)習(xí)目標】1．知道材料對人類社會發(fā)展的促進作用。2．知道材料的導(dǎo)電性，并可將材料分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體。3．知道常見的導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體及其應(yīng)用。4．知道超導(dǎo)材料和納米材料。

情境導(dǎo)入

生成問題一、材料與社會發(fā)展

新知探究

新知探究人類社會的發(fā)展與人們對材料的認識、開發(fā)和利用密切相關(guān)，人類發(fā)展過程中先后經(jīng)歷了石器時代、青銅時代和鋼鐵材料時代。

新知探究材料的導(dǎo)電性根據(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。二、材料的導(dǎo)電性容易導(dǎo)電的材料是導(dǎo)體不容易導(dǎo)電的材料是絕緣體半導(dǎo)體可以制成二極管、三極管等半導(dǎo)體元件和集成電路半導(dǎo)體二極管有單向?qū)щ娦?，半?dǎo)體三極管可以用來放大電信號

新知探究讓我們來看兩組半導(dǎo)體的圖片半導(dǎo)體材料

新知探究繼白熾燈，熒光燈之后的新一代電光源——半導(dǎo)體照明燈，它極為安全，身體接觸無任向危險、也可用水清洗等、非常節(jié)能，由于光譜中沒有紫外線和紅外線、故沒有很高的熱量、屬于新型綠色照明光源，使用壽命長。半導(dǎo)體照明裝飾天花板路燈采LED與電源模塊分離式設(shè)計易于往后維修保固。最佳化散熱管理技術(shù)，有效將燈具光衰現(xiàn)象降至最低。燈具防塵防水保護等級IP66。

半導(dǎo)體交通信號燈數(shù)字電視機選擇數(shù)字電視便是選擇了一種高品質(zhì)，新時代的生活方式。

半導(dǎo)體材料的發(fā)展歷程及應(yīng)用領(lǐng)域半導(dǎo)體材料是半導(dǎo)體工業(yè)的基礎(chǔ)，是信息技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“糧食”。半導(dǎo)體材料應(yīng)用已經(jīng)成為衡量一個國家經(jīng)濟發(fā)展科技進步和國防實力的重要標志。

新知探究超導(dǎo)材料

1、特點當(dāng)溫度降到一定時，材料的電阻變?yōu)榱愕奶匦苑Q為超導(dǎo)體超導(dǎo)材料不僅電阻為零，而且還有其他令人注目的特性。超導(dǎo)磁懸浮現(xiàn)象使人們想到可以利用超導(dǎo)體來實現(xiàn)交通工具的無摩擦運行，大大提高交通工具的安全性能和運行速度。2、超導(dǎo)材料的應(yīng)用：（１）利用超導(dǎo)零電阻特性實現(xiàn)遠距離大功率輸電可無損耗輸送強電流。（２）超導(dǎo)材料種類多，應(yīng)用廣泛。如：

新知探究超導(dǎo)磁懸浮列車：用超導(dǎo)實現(xiàn)交通工具的無摩擦運行。如圖：

新知探究納米材料納米是一個長度單位1nm=10-9m納米材料尺度:1～100個納米三、開發(fā)新材料1、特點當(dāng)材料的微粒小到納米尺寸時，材料的性能就會發(fā)生顯著變化。黃金黃金的納米顆粒2、應(yīng)用工業(yè)、農(nóng)業(yè)、能源、環(huán)境保護、醫(yī)療、國家安全等方面

新知探究將煤炭中的原子重新排列鉆石向沙子中加入一些微量元素，并將原子重新排列電腦芯片土壤、水和空氣的原子重新排列馬鈴薯細胞老化時一個分子一個分子地制造出來新細胞生命無限延長

新知探究1、超導(dǎo)體是一種

為零的材料。超導(dǎo)體的電阻變?yōu)榱銜r的溫度，叫做這種物質(zhì)的

溫度。2、1993年邁斯納和奧森菲爾德在實驗時發(fā)現(xiàn)了

現(xiàn)象。3.納米材料統(tǒng)指制成材料的基本單元大小限制在

范圍的材料。這大約相當(dāng)于10～1000個分子緊密排列在一起的尺度。