探索新材料

沪科版《19.3 探索新材料》学案 学习目标 （1）知道“电阻为零”是超导材料的特性外，超导磁悬浮现象是它的另一个重要特性之一。 （2）初步了解纳米材料的有关知识；能收据有关超导材料、纳米材料的一些资料，并进行交流。 释疑解难 1、磁悬浮列车是怎样运行的呢 我国在上海建成世界上第一条商用磁悬浮列车线(2001年3月1日开工)，列车时速可超过300km。上 海磁悬浮列车在2003年元旦前一天运行成功，这标志着我国在这个领域已达到了世界先进水平，倍受世人瞩目。那么，磁悬浮列车到底是怎样运行的呢 我们知道磁极间的相互作用原理是：“同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引”。磁悬浮列车就是利用了这一原理的高科技交通工具，即排斥力使列车悬浮起来，吸引力让列车开动。磁悬浮列车车箱上装有超导磁铁，铁路底部安装线圈。通电后．地面线圈产生的强磁的极性与车箱的电磁铁的极性总保持相同，两者“同名磁极相互排斥”，排斥力使列车悬浮起来。与常规的动力来自于机车头的火车不同，磁悬浮列车的动力来自于轨道。轨道两侧装有线圈，交变电流使线圈变为电磁铁，它与列车上的磁铁相互作用。列车行驶时，车头的磁铁(N极)被轨道上靠前一点的电磁铁(S极)所吸引，同时被轨道上稍后一点的电磁铁(N极)所排斥。这一结果就造成对列车前面“拉”，后面“推”的局面，使列车前进。当列车到达目标位置时，线圈中的电流就反转过来了，即原来的S极线圈，现在变成N极线圈了；反之亦然。这样，列车由于电磁极性的转换而得以持续向前高速奔驰。 高速奔驰的磁悬浮列车在运行中若高度发生了偏差，岂不十分危险吗 磁悬浮列车是怎样调节控制的 磁悬浮列车运行时，车与轨道始终保持10cm的间隙。磁悬浮列车发生的任何偏差，都由磁场来解决。 由于在轨道底端的磁体与车厢的磁体是同一极性，它们之间总有排斥力。若由于某种事故使得列车悬浮高于10cm，它得到的悬浮力减少，这样列车又回落到10cm的高度。相反，如果车厢大靠近轨道，将得到较大的排斥力，这就使列车又能与轨道保持正常距离。这样就没有必要去监控悬浮的高度了。 2、有趣的低温和超导现象。 0K到120K为低温物理学研究的温度范围，在这个温度范围里，物质会表现出许多奇特的现象。例如， 鲜嫩的花瓣变得像玻璃一样脆，弹性很好的橡胶制品会一敲就碎，铅皮制作的小铃能发出清脆的响声，等等。除此之外，在极低温度下，物质还能呈现出更奇特的性质。 超流动性 液体流动时，由于液体各部分之间以及液体跟器壁之间有摩擦力，通常液体很难通过很长的毛细管。例如，在4K时，把液氦盛放在中间用很细的管子连接的左侧容器中，液氦不能流过毛细管，如图甲所示；但当温度降到2.172K时，液氦竟可以从连通器的左侧通过毛细管射向右侧的容器中，如图乙所示。科学家们还发现，这个温度下的液氦可以流过直径为0.00001cm(头发丝直径的1/10)的小孔。可以说，在2K的温度时，液氮没有过不去的孔。液体在极低温度下的这种性质，叫做超流动性。 超导电性 金属的电阻随着温度的降低会减小，在温度接近绝对零度时，电阻会怎么样呢 1911年昂尼斯在测量低温下汞的电阻时发现：在4．2K时汞的电阻突然完全消失。这时汞中的电流，不需要外电压来维持，长期保持着，永不衰减。像低温下汞那样，电阻完全消失的导体，叫超导体。现在已经知道，元素周期表中约占半数的金属元素以及相当多的化合物和合金，都能在一定的温度下转变成超导体。 超导体具有的超导电性，对科学技术的发展有很大的意义。 产生强磁场的电磁铁工作时，需要很大的电流，由于线圈电阻的作用，使得通电导线产热，把电能消耗掉。较大的电磁铁工作时，消耗的功率达几千瓦甚至更多。但是，如果用超导线圈，只需要一个40kW左右的电源，就可以发挥同样的作用，大 ... ...