1、第二十章 能源、材料與社會 第三節 材料的開發和利用1.常識性了解人類社會發展中人們對材料的認識、開發和利用情況。2.知道材料的分類，了解導體、半導體及絕緣體的性能和用途。3.了解超導材料和納米材料，并知道其相關應用。 我們周圍大大小小的物品都是由各種材料制成的。一、材料與社會人類社會的發展與人們對材料的認識、開發和利用相關。按照制造技能的劃分，人類經歷了舊石器、新石器時代和青銅器時代。舊石器時代：這段時期的人類開始制作出石制工具，掌握了制造簡單的組合工具的能力，學會了鉆木取火的技能。 新石器時代：人類已經能夠制作陶器，開始進行紡織。工具則以磨制石器為主。 青銅器時代：這個時期是使用青銅器為標

2、志的人類物質文化發展階段。青銅是紅銅(純銅)與錫或鉛的合金，因為顏色青灰，故名青銅。在冶煉銅時，為什么要加入少量的錫？思 考 加入少量的錫，可以獲得比純銅更堅硬、密度更小、強度更高的青銅。人類大規模制造機器的基礎是什么？如今，什么已經成為材料家族的主體？生鐵鋼鐵 生鐵的利用；以鐵為主發展出的高性能鋼鐵材料。 討論 1.材料在人類社會發展的歷史進程中具有極其重要的作用。舊石器新石器青銅器鐵器，材料的發展推動了社會的進步與發展。 2.利用材料所具有的電、光、磁、熱等功能和物理效應，按材料的用途分類，如建筑材料、耐火材料、電工材料、光學材料、感光材料等。歸 納二、材料的導電性根據材料的導電性能：材料

3、可分為1. 導體：容易導電的材料。 常見導體：各種金屬；酸、堿、鹽的水溶液；人體、大地、石墨、水銀等。2. 絕緣體：不容易導電的材料。 常見絕緣體：陶瓷、玻璃、橡膠、塑料、各種油等。3. 半導體：導電性能介于導體與絕緣體之間的材料。 常見半導體：二極管、三極管、熱敏電阻、光敏電阻、集成塊等。 半導體的材料：硅、鍺、砷化鎵等。實驗探究：發光二極管的獨特功能實驗材料：電源、燈泡、開關、導線、接線板、接線柱、半導體二極管 實物圖 操作現象 結論發光二極管A接正B接負二極管發光發光二極管具有單向導電性A接負B接正二極管不發光探究：光敏電阻的獨特功能實物圖操作現象 結論光敏電阻1.光敏電阻接入電路二極管

4、發光光敏電阻的阻值隨光照強度而改變2.再用手指捏住光敏電阻二極管變暗探究：熱敏電阻的獨特功能 實物圖操作現象 結論熱敏電阻1.熱敏電阻接入電路燈不亮熱敏電阻的阻值隨溫度改變而改變2.再用燭焰加熱燈亮典例分析例如圖所示，用導線把燈泡、電池和四種物品分別相連，燈泡一定不發光的是（ ）【解析】四種材料中，塑料筆外殼是絕緣體，不容易導電，所以燈泡不能發光。D 三、開發新材料超導材料 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材料。 1911年，昂內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

5、不到的微小值。從而發現超導現象。O4.2溫度T/K電阻R/汞電阻隨溫度變化的圖線超導體 1.超導現象和超導體：當溫度降低到絕對零度附近時，某些材料的電阻率突然減小到無法測量的程度，可以認為其電阻率突然變為零，這種現象叫做超導現象，能夠發生超導現象的物質稱為超導體。 2.轉變溫度TC ：材料由正常狀態轉變為超導狀態的溫度，叫做超導材料的轉變溫度。 3.超導體的兩個基本特性：零電阻性、抗磁性。超導材料出現以后，人們首先想到的是利用超導體的零電阻性實現遠距離大功率輸電。很細的超導絲就可以輸送強大的電流邁斯納和奧林菲爾德發現的超導磁浮現象有什么重大意義？ 用超導體可以實現交通工具的無摩擦運行，大大提高

6、了交通工具的運行速度。討論一下取向碳納米管材料 什么是納米材料？納米材料有哪些特殊性能？思 考 合成材料的基本單元大小限制在1100nm范圍內的材料是納米材料，其基本單元的尺度小，可以大大提高材料的強度和硬度，降低燒結溫度，提高材料的磁性等。納米機器人納米導線歸 納(1)“納米”是長度單位，1nm = 10-9m。(2)納米材料統指合成材料的基本單元大小限制在 1100nm范圍的材料。(3)特性：特殊的力學性質、熱學性質、光學性質和磁學性質等。(4)應用：大大提高材料的強度、硬度，降低燒結溫度，提高材料的磁性等。典例分析例由于導體存在電阻，電流通過導線時會因電流的_效應而造成大量的能量損耗，1

7、911 年荷蘭科學家發現某些導體在極低溫度下_會突然消失，這種現象稱為超導現象，近年來我國在超導領域取得了舉世矚目的成就，用超導電纜輸電，可大大降低能量損耗，有一段輸電線路，輸電電流為200 A，輸電線路的電阻為0.5 ，若以超導電纜替代該線路輸電1 h，可節約電能_ kWh。【解析】考查超導現象、焦耳定律、電能計算等知識。熱電阻20常見材料彈性延展性超導材料納米材料材料的開發和利用半導體材料探索新材料硬度1. 有關導體和絕緣體，下列說法正確的是() A導體中有多余的電子，而絕緣體中沒有 B導體對電荷的移動沒有阻礙作用，而絕緣體有 C絕緣體中幾乎沒有自由移動的電荷 D絕緣體不容易導電是因為絕緣

8、體內部沒有電荷C2. 如圖所示的電子體溫計通過流過半導體制成的感溫頭的電流來反映 人的體溫，這利用了半導體() A良好的導電特性 B良好的絕緣特性 C電阻隨溫度變化而變化的特性 D電阻隨光照變化而變化的特性C3. (多選)關于導體和絕緣體的說法錯誤的是( )A金屬和酸堿鹽的水溶液都能導電是因為它們內部都有自由移動的電荷B導體能導電而絕緣體不容易導電是因為導體內有電子，而絕緣體沒有C碳棒主要靠自由電子導電，而酸堿鹽的水溶液主要靠陰陽離子D人體、大地、所有金屬、酸堿鹽的水溶液都是靠自由電子導電的BD4. 下列關于半導體的說法中，正確的是() A半導體二極管可以放大電信號 B半導體三極管具有單向導電

9、性 C家用電器上的電源指示燈常用發光二極管 D半導體的導電性比導體的導電性強C5. 關于半導體的說法錯誤的是() A半導體的導電性能受溫度、光照、壓力等外界因素的影響比較大 B收音機的二極管是半導體制成的 C鹽水的濃度對導電性能有很大的影響，調節鹽水濃度就可以使鹽 水成為半導體 D自動照相機里的光敏電阻就是半導體C 納米衣服不用洗、“納米水”喝出健康。“納米硫磺”，在面膜、膏霜等化妝品中應用納米硫材料，對治療脂溢性皮炎、螨蟲、青春痘等有奇效。把用納米材料制成的骨頭構架植入裂縫中，結果5個月后成功讓骨頭完全愈合。專家預言，借助納米技術，未來我們有可能用基因芯片、蛋白質芯片組裝成“納米機器人”，通過血管送入人體去偵察疾病；攜帶D