《材料的開(kāi)發(fā)和利用》優(yōu)教

第三節(jié)材料的開(kāi)發(fā)和利用第二十章能源、材料與社會(huì)我們周?chē)牟牧?/p>

雖然社會(huì)的發(fā)展給我們帶來(lái)了豐富的物品，但是為了制造物美價(jià)廉、性能更好的物品，人們正不斷地研究性能更好、更有價(jià)值的新材料。1.了解物質(zhì)的屬性對(duì)科技進(jìn)步的影響；2.初步了解半導(dǎo)體、超導(dǎo)體、納米材料的應(yīng)用和對(duì)社會(huì)的發(fā)展；3.有保護(hù)環(huán)境和合理利用資源的意識(shí)。學(xué)習(xí)目標(biāo)原始人類用石材制造的工具鑄鐘——我國(guó)是世界上最早掌握青銅冶煉技術(shù)的國(guó)家之一材料與社會(huì)一

人類發(fā)展過(guò)程中先后經(jīng)歷了石器時(shí)代、青銅時(shí)代和鋼鐵材料時(shí)代。

人類使用材料的歷史已經(jīng)歷了以下幾個(gè)時(shí)代：石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代、蒸汽時(shí)代、電氣時(shí)代、電子信息時(shí)代。1.石器時(shí)代（400,000~4,500）人類主要以石頭、骨頭、木制作簡(jiǎn)單的工具陶器的出現(xiàn)是人類跨入新石器時(shí)代的重要標(biāo)志之一。2.青銅器時(shí)代（4,500~1,000）大量使用青銅作為第一種合金做工具、青銅禮器的時(shí)期。3.鐵器時(shí)代（1000—）人類使用鐵來(lái)制造工具和武器。4.蒸汽時(shí)代（18世紀(jì)60年代）人類開(kāi)始了第一次工業(yè)革命，并創(chuàng)造了巨大的生產(chǎn)力，人類進(jìn)入“蒸汽時(shí)代”。5.電氣時(shí)代（19世紀(jì)70年代）今天所使用的電燈、電話都是在在第二次工業(yè)革命中被發(fā)明出來(lái)的，人類由此進(jìn)入“電氣時(shí)代”。6.電子信息時(shí)代（20世紀(jì)四五十年代）以原子能技術(shù)、航天技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)用為代表的第三次科技革命開(kāi)始興起，它將人類社會(huì)帶入了電子信息時(shí)代。

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。1.容易導(dǎo)電的材料是導(dǎo)體，例如：金、銀、銅、鐵。其中銅、鋁是最常用的電的良導(dǎo)體，常用來(lái)制成導(dǎo)線。材料的導(dǎo)電性二2.不容易導(dǎo)電的材料是絕緣體，例如：玻璃、橡膠等材料。3.半導(dǎo)體材料是導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料，例如：硅、鍺、砷化鎵等。硅材料用于制作半導(dǎo)體元件實(shí)驗(yàn)探究：導(dǎo)體與絕緣體實(shí)驗(yàn)材料：電源、燈泡、導(dǎo)線、接線柱、開(kāi)關(guān)、待測(cè)材料。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：

在右邊方框中，自己設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)電路，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，判定待測(cè)材料是導(dǎo)體還是絕緣體。實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)論：

綠色為待測(cè)材料，如果閉合開(kāi)關(guān)，小燈亮，則待測(cè)材料為導(dǎo)體，若小燈不亮，則為絕緣體。

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(lái)放大電信號(hào)。半導(dǎo)體元件

從常用電器，如收音機(jī)、錄音機(jī)、電視機(jī)、電腦等中，都可以找到大量的半導(dǎo)體元件。實(shí)驗(yàn)探究：半導(dǎo)體二極管單向?qū)щ娞匦詫?shí)驗(yàn)材料：電源、燈泡、導(dǎo)線、接線柱、開(kāi)關(guān)、半導(dǎo)體二極管。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：

在右邊方框中，自己設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)電路，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，判定半導(dǎo)體二極管導(dǎo)電特性。圖1圖2實(shí)驗(yàn)過(guò)程：將半導(dǎo)體二極管分別如圖所示進(jìn)行連接，閉合開(kāi)關(guān)，觀察小燈是否亮起。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：如圖1所示燈泡亮起，如圖2所示，燈泡不亮，說(shuō)明半導(dǎo)體二極管具有單向?qū)щ娦浴?.超導(dǎo)材料汞的電阻隨溫度變化情況1911年，昂內(nèi)斯在研究汞電阻隨溫度的變化時(shí)，觀察到在測(cè)試溫度降低到4.2K時(shí)，汞的電阻突然降低到測(cè)量不到的微小值，從而發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象。開(kāi)發(fā)新材料三超導(dǎo)材料出現(xiàn)以后，人們首先想到的就是利用超導(dǎo)體的零電阻特性實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離大功率輸電，因?yàn)槌瑢?dǎo)輸電線可以無(wú)損耗地輸送極大的電流。這意味著用細(xì)電線就可以輸送強(qiáng)電流。很細(xì)的超導(dǎo)絲就可以輸送強(qiáng)大的電流超導(dǎo)磁浮現(xiàn)象使人們想到可以用超導(dǎo)體來(lái)實(shí)現(xiàn)交通工具的無(wú)摩擦運(yùn)行，這將會(huì)大大提高交通工具的運(yùn)行速度。20世紀(jì)末，人們分別對(duì)超導(dǎo)列車(chē)、超導(dǎo)船進(jìn)行了可行性實(shí)驗(yàn)。2.納米材料

納米材料統(tǒng)指合成材料的基本單元大小限制在1~100nm范圍內(nèi)的材料，這大約相當(dāng)于10~1000個(gè)原子緊密排列在一起的尺度。

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(xiàn)出許多特殊的性能。

人們正在研制納米尺度的微小機(jī)器，由納米材料制成的導(dǎo)線將大大提高計(jì)算機(jī)的性能，并縮小計(jì)算機(jī)芯片的體積。用納米技術(shù)做成的量子磁盤(pán)，每平方厘米面積內(nèi)可貯存3萬(wàn)部《紅樓夢(mèng)》。納米顆粒材料納米材料殺死癌細(xì)胞納米超材料納米鈦黑在化妝品中應(yīng)用材料的開(kāi)發(fā)和利用材料與社會(huì)導(dǎo)體半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)新材料超導(dǎo)材料納米材料材料的導(dǎo)電性本課小結(jié)通過(guò)本節(jié)課，你學(xué)到了什么？你學(xué)會(huì)了嗎？

一起來(lái)完成課堂作業(yè)吧！優(yōu)教提示打開(kāi)工具欄，點(diǎn)擊課件訓(xùn)練，選取課堂訓(xùn)練-《材料的開(kāi)發(fā)和利用》課堂訓(xùn)練1．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．陶瓷B．半導(dǎo)體C．超導(dǎo)體D．橡膠B2．某種材料的電阻值會(huì)隨著光照射強(qiáng)度的變化而明顯改變，則該材料是由什么物質(zhì)組成的( )A．導(dǎo)體B．絕緣體C．半導(dǎo)體D．超導(dǎo)體C優(yōu)教互動(dòng)答題卡3．某些物質(zhì)在溫度很低時(shí)，電阻就變成了零，這就是超導(dǎo)現(xiàn)象，超導(dǎo)材料比較適合( )A．輸電的導(dǎo)線B．做白熾燈的燈絲C．用作保險(xiǎn)絲D．電飯鍋的發(fā)熱