21.3 跨学科：材料的利用与开发-课件（共19页PPT）2025-2026学年沪科版九年级物理全一册

(课件网) 跨学科：材料的利用与开发 沪科版·九年级物理全一册 新课导入 科学技术的发展离不开材料的开发，科学技术的进步伴随着新材料的出现。 从石英中提取的硅可用于电子(半导体)、能源(太阳能电池)、建筑(玻璃、水泥)、化工(硅胶)等领域，是现代工业和科技发展的关键材料之一。 碳化硅衬底 单晶硅 太阳能板 药用低硼硅玻璃管 液态硅胶 探究新知 知识点1 人类早期对材料的利用 人造材料 天然材料 由人工合成的材料 直接取自自然界的材料 天然橡胶 羊毛 棉花 尼龙绳 塑料树脂 合金 人类利用材料的历程 三星堆遗址出土的青铜面具，距今已有3000余年的历史 山西永济黄河铁牛，铸造于724年，重约55t 青铜时代 铁器时代 铝、钛合金等 钛合金与人体相容性好，可用于制造人造骨 100多万年前，原始人把不同性能的天然材料制成工具或生活用品 石器时代 知识点2 导电性材料的利用与开发 根据材料的导电性能，材料可分为导体、半导体及绝缘体三大类。 1. 导体 金、银、铜、铁和铝等金属材料是导电性能较好的导体，如铜、铝等常用来制成传导电流的导线。 导电性： 银 > 铜 > 铝 > 铁 绝缘体的电阻很大，电流几乎不能通过，因此常被用来隔离带电物体。 2. 绝缘体 半导体材料的导电性能介于导体和绝缘体之间，具有一些特殊的物理性质，如材料硅、锗、砷化镓等都属于半导体。 半导体元件 半导体材料可制成二极管、三极管等半导体元件和集成电路。二极管具有单向导电性，三极管可用来放大电信号。 3. 半导体 开关闭合后二极管发光 将二极管接入电路中，闭合开关，观察二极管是否发光，探究二极管的单向导电性。 开关闭合后二极管不发光 探究半导体二极管的单向导电特性 知识点3 开发新材料 1. 超导材料 1911年，昂内斯在研究汞电阻随温度的变化时，观察到在温度降低到 4.2 K 时汞的电阻值突然降低到几乎为零，从而发现超导现象。发生超导现象的材料即为超导材料。 汞电阻随温度变化的图像 应用：超导输电线可无损耗地输送极大的电流。 1933年，迈斯纳和奥森菲尔德发现了超导磁浮现象。 超导磁浮现象 应用：可用超导体来实现交通工具的无摩擦运行，这将大大提高交通工具的运行速度。 超导输电线路 超导计算机 2. 纳米材料 纳米材料统指合成材料的基本单元大小限制在 1~100 nm 范围内的材料，这大约相当于10~1000个原子紧密排列在一起的尺度。 纳米材料除了其基本单元的尺度小以外，在力、热、声、光、电、磁等方面还表现出许多特殊的性能。 一种纳米尺度机器的局部 利用扫描隧道显微镜操纵原子将48个铁原子逐个移动并排列成一直径只有14.26nm的圆形量子栅栏结构 纳米机器人 纳米导线 随堂练习 1. 如图所示，在 A、B 两点间先后接入下列物体，选择闭合开关后不能使小灯泡发光的选项，并说明理由。 铝线 铜线 玻璃棒 铅笔芯 √ 铝线、铜线、铅笔芯都是导体，玻璃棒是绝缘体。 2. 如图所示，酸甜多汁的水果提供的电能点亮了发光二极管，其中水果相当于电路中的_____，发光二极管主要由_____材料制成。如果其中一个二极管熄灭，另一个依然发光，说明熄灭的二极管与另一个二极管是_____（选填“串联”或“并联”）的。 电源 半导体 并联 3. 查阅资料，了解人类对超导材料、纳米材料的利用与开发的新动态，完成一篇相关的科普报道，与大家分享。 课堂小结 材料 利用 材料导电性(半导体、超导体的特性) 开发新材料(如超导材料、纳米材料) 开发 ... ...