九年级物理全册20-3材料的开发和利用课件（沪科版）

第三节 材料的开发和利用 1.知道材料对人类社会发展的促进作用。 2.知道导体、绝缘体、半导体导电性能的差异， 知道半导体二极管的单向导电性。 3.知道超导材料是一种电阻为零的材料，知道超 导材料具有超导磁浮的特性。 4.了解纳米材料的有关知识。 我们周围的材料 材料与社会发展 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，人类发展过程中先后经历了石 器时代、青铜器时代和钢铁材料时代。 实物图 材料 灯的亮暗 结 论 塑 料 铜 铁 竹条 铅笔芯（石 墨） 亮 不亮 不亮 亮 亮 根据材料的导电性能：材料可分为 1.导体：容易导电的材料 2.绝缘体：不容易导电的材料 3.半导体：导电性能介于导体与绝缘体之间 的材料 容易导电的材料是导体 不容易导电的材料是绝缘体 半导体可以制成二极管、三极管等半导体元件 和集成电路 半导体二极管有单向导电性，半导体三极管可以 用来放大电信号 半导体 1.半导体材料的导电性能介于导体与绝缘体之 间，具有一些特殊的物理性质。 2.半导体材料有硅、锗和砷化镓等。 实物图 操作 现象 结论 发 光 二 极 管 A接正B接负 A接负B接正 实验探究：发光二极管的独特功能 二 极 管 发 光 二 极 管 不 发 光 发光 二极 管具 有单 向导 电性 其中有一种性能较好的材料叫超导材料 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。 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， 汞的电阻值突然降低到测量 不到的微小值。从而发现超 导现象。 一、超导材料 探索新材料 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，这种现象叫作超导 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，叫作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   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。 很细的超导丝就可 以输送强大的电流 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。 2.1nm小到什么程度？(10个原子紧密排布的长 度，大约是一根头发直径的1%) 3.纳米材料除了其基本单元空间尺度小外，在力、 热、声、光、电、磁等方面还表现出许多特殊的 性能。 二、纳米材料 1.纳米是一个长度单位：1nm=10-9m 4.纳米材料 纳米颗粒材料 碳纳米管 纳米超晶格 想象中的纳米“机器人” 计算机芯片中的纳米导线 纳米机械零件 药物做成纳米颗粒 将来人们可以用纳米技术 一个一个地将原子组装起 来制成各种纳米机器 纳 米 镜 面 纳米衣服不用洗、“纳米水”喝出健康……从20 世纪90年代起，实验室里的尖端科技纳米技术一下子 被媒体推到了市民面前，它神秘又令人憧憬：纳米究 竟是种什么“米”？怎么“种”出来的？对我们的生 活将产生怎样的影响？武汉“种植纳米”的水平如何 ？带着这些问题，本报记者探访了武汉的一些高校和 科研机构，请科学家来揭开“纳米”的面纱。 纳米是种什么“米”？ 近日，中国地质大学（武汉）材料科学与化学工 程学院的纳米研究课题组再次接到了深圳某美容机构 传真的“纳米硫”订单。去年，地大在世界上首次研 制出“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。 “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。 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…… 未来会出现很多自然界并不存在的强度高、对 环境友好、节省能源和资源的新型材料，这一影响 不会低于现在的计算机、微米技术给人类带来的影 响。 纳米，有时也会带来伤害。 不少专家对纳米概念的炒作表示出担心。纳米技 术可能出现负效果，纳米材料是非常小的微粒，如果 应用不得当， 比如在一些药物中任意应用，也可能突 破人体内的一些屏障，对人类的健康造成伤害。 课题组曾在一项中药研究项目中提出纳米的方向， 但有专家表示疑虑：这种药材需要做到那么细吗？具 体微小到什么程度能有最好疗效？……这些都值得商 榷。全面看待纳米技术带来的技术进步和可能出现的 弊端，表明人们对纳米技术的认识更加理性、成熟。 皮教授的观点与近日英国科学家针对纳米危害提 出的一份报告的观点相近。该报告呼吁重视这种微粒 给人类生活带来的影响，建议规范和检验纳米产品， 把纳米产品对人体健康和环境的潜在危害降到最低限 度。 目前的问题是，人们不清楚人造纳米微粒及纳米 管被人体吸入、通过皮肤吸收及在环境中蓄积会给人 体健康和环境带来什么危害。他强调，目前国内对纳 米产品的监控还是一片空白，对于涉及普通市民安全 的纳米产品，人们对应当怎样防护考虑得还不够。纳 米技术是美好的，但我们应该把未来的不确定性和风 险性降到最低，在这样的情况下逐步发挥纳米技术的 应用潜力，为人类造福。 延展性 硬度 弹性 绝缘体 半导体 导体 三极管 二极管 材 料 常见材料 半导体材料 探索新材料 应用 超 导 材 料 纳 米 材 料 2.1933年迈斯纳和奥森菲尔德在实验时发现了 现象。 3.纳米材料统指制成材料的基本单元大小限制在 范围的材料，这大约相当于10～1000 个原子紧密排列在一起的尺度 1.超导材料是一种 为零的材料。 超导体的电阻变为零时的温度，叫作这种物质的 ___ 温度或 _ __ 温度，用 __ 表示。 电阻 超导转变 超导临界 TC 超导磁浮 1～100nm 4.超导输电线利用了超导体 的 特点，其优点是输电线上无 损失。 5. 现象使人们想到可以用 超导体来实现交通工具的无摩擦运行，从 而提高交通运输的速度和安全性能。 电阻为零 电能 超导磁浮 6.波浪蕴含着巨大的能量，如果将波浪具有的能量 充分利用，将会节省大量的煤炭、石油等资源。波 浪具有能量，它属于 能源（选填“可再生” 或“不可再生”）。波浪发电装置如图，它将波浪 具有的 能转化成电能。 可再生 机械 7.激光指示器，又称为激光笔．恶意使用是极为危 险的，会造成暂时性甚至永久性视力损伤．其核心 部件发光二极管的材料是 （  ） A．半导体材料 B．超导体材料 C．纳米材料 D．复合材料 A 聪明出于勤奋，天才在于积累。 ——华罗庚