沪科版九年级全册第三节 材料的开发和利用教案设计

第3节　材料的开发和利用

教学目标

【知识与技能】

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．

【过程与方法】

了解新材料的特性及应用前景．

【情感、态度与价值观】

了解我国新材料研究的新成果，增强民族自豪感．

重点难点

【重点】

了解新材料的特性及应用前景．

【难点】

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，了解纳米材料的有关知识．

教学过程

知识点一　材料与社会

【自主学习】

阅读课本P205，完成以下问题：

材料的发展为科学技术的发展提供了物质基础.

【合作探究】

1．人类对材料的认识、开发和利用经历了哪些历程？

答：(1)天然材料(石器时代)：100万年以前，原始人就学会利用不同性能的天然材料了，如把木料、石头、动物的皮、骨等制成工具或用作生活用品．随着制造技能的不断提高，人类经历了旧石器和新石器时代．陶器的出现是人类跨入新石器时代的重要标志之一. (2)青铜材料(青铜时代)：大约在5000年前，大量使用青铜来制作工具，青铜的利用提高了社会生产力. (3)钢铁材料：铁的利用为人类大规模制造机器提供了材料基础，开创了人类历史的又一个新纪元.

2．材料的发展与社会的发展有何相互影响？

答：社会的发展带动了材料的研发；新材料的出现也促进了社会的发展．

【教师点拨】

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、青铜时代和钢铁材料时代.

知识点二　材料的导电性

【自主学习】

阅读课本P206－207，完成以下问题：

1．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．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．半导体材料可以制成二极管、三极管等半导体元件和集成电路．半导体元件具有许多独特的功能，例如，半导体二极管具有单向导电性.

【合作探究】

1．决定材料导电性的因素是什么？

答：材料的导电性是由材料内部电子运动状况决定的．

2．根据材料的导电性能可以把材料分为哪几类？

答：材料可分为导体、半导体及绝缘体三大类．

容易导电的材料是导体；不容易导电的材料是绝缘体；半导体的导电性能介于导体与绝缘体之间．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．

铜、铝是常用的电的良导体，通常被用来制成传导电流的导线．

玻璃和橡胶等材料是绝缘体

常见的半导体材料有硅、锗和砷化镓等

探究一　导体与绝缘体

给出以下实验器材：电源、灯泡、导线、接线柱、开关、待测材料(铁钉、橡皮、铜丝等)．自行设计一个实验探究过程来判定待测材料是导体还是绝缘体．

答：实验目的：判定材料是导体还是绝缘体．

实验原理：导体容易导电，绝缘体不导电．

实验设计：如图所示，自己设计了一个实验电路，进行实验，判定待测材料是导体还是绝缘体．

实验过程及结论：如果闭合开关，小灯亮，则待测材料为导体；若小灯不亮，则待测材料为绝缘体．

探究二　半导体二极管单向导电特性

给出以下实验器材：电源、灯泡、导线、接线板、接线柱、开关、半导体二极管．自己设计一个实验电路，探究半导体二极管的单向导电特性．

答：实验目的：探究半导体二极管的导电特性．

实验原理：半导体二极管具有单向导电的特性．

实验器材：电源、灯泡、导线、接线柱、开关、半导体二极管．

实验设计： 如图所示，自己设计了一个实验电路，进行实验，探究半导体二极管的导电特性．

实验过程：如图所示将电路进行连接，在A、B两点间接入半导体二极管，观察小灯泡发光情况．调换半导体二极管的连接方向，再次实验，观察小灯泡的发光情况．

实验结论：两次实验中只有一次小灯泡发光，说明半导体二极管具有单向导电性．

【教师点拨】

1．材料的导电性能是由材料内部电子的运动状况决定的，一般金属材料的导电性能良好，属于导体；玻璃、橡胶和塑料等材料属于绝缘体，硅、锗和砷化镓等属于半导体.

2．半导体材料有一些独特的功能，例如二极管的单向导电性.

【跟进训练】

为了节能，许多体育馆采用二极管照明，二极管的主要材料是 (D)

A．纳米材料　　　　　 B．绝缘体

C．导体   D．半导体

知识点三　开发新材料

【自主学习】

阅读课本P207－209，完成以下问题：

1．超导材料：对于某些材料，当温度降至一定温度时，其电阻会变为零，电流几乎通行无阻，这种现象称为超导现象.这种材料的应用前景非常宽广，若用它来输电，能够无损耗地输送极大的电流．

2．纳米材料统指合成材料的基本单元大小限制在1_nm～100_nm范围内的材料．纳米材料除了其基本单元的尺度小以外，在力、热、声、光、电、磁等方面有许多特殊的性能．

【合作探究】

探究三　超导材料

1．什么现象叫超导现象？

答：一些金属或合金，当其温度降低到一定值时，电阻突然变为零的现象称为超导现象．

2．什么材料叫超导材料？

答：人们把处于超导状态的导体称之为“超导体”；发生超导现象的材料叫做超导材料．

3．超导材料在什么时候具有超导性？

答：只有当温度在某一低温(称转变温度或临界温度)以下才具有超导性．

4．不同材料的转变温度相同吗？

答：不同，如汞(4.15 K)、钨(0.012 K)、锌(0.75 K)等．现在的一些高温超导材料，由一般导体转变为超导体的温度已达到100 K以上．我国研制的超导材料的转变温度已达到134 K.

5．如图所示，超导磁浮现象产生的原理是什么？

答：超导磁浮现象是一个超导体与一个永磁体(或电磁铁)叠放时，由于电磁感应现象，超导体中产生的感应电流激发很强的磁场与永磁体(或电磁铁)周围的磁场相互排斥，当磁力与物体的重力平衡时，就会形成稳定的超导磁浮现象．

6．超导体有怎样的应用及前景？

答：超导体可以应用在输电导线、磁浮列车、电动机、发电机及计算机领域．可以预期，在不久的将来，超导材料的应用将对世界产生巨大的影响．

探究四　纳米材料

1．什么是纳米材料？

答：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10～1 000个原子紧密排列在一起的尺度．

2．纳米材料有何特性？

答：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．如材料的颜色、硬度、导电性、导热性、磁性都会发生很大的变化．

3．纳米材料的应用有哪些？

答：(1)由于纳米材料具有空间尺度小的特点，可用于制作微小机器、纳米尺度的导线及高密度储存的量子磁盘．(2)洗衣机桶的表面上用了纳米尺度的氧化硅微粒和金属离子的组合，就具有抑制细菌生长的功能．(3)普通领带的表面经过纳米方法处理后，会有很强的自洁性能，不沾水，也不沾油．(4)用纳米陶瓷粉制成的陶瓷，具有一定的可韧性，用于制造发动机的缸体，使汽车会跑得更快等．

【教师点拨】

1．纳米是长度单位，符号是nm,1 nm＝10－9 m.

2．不是所有材料达到纳米尺度时就一定是纳米材料，只有当材料到了纳米尺度时性能发生突变，才能称为纳米材料．

【跟进训练】

能源、信息和材料是现代社会发展的三大支柱，下列说法中正确的是(D)

A．半导体具有良好的导电性能

B．超导体是一种电阻很大的材料

C．纳米技术是大尺度范围内的科学技术

D．超导材料用于输送电力可以降低电能损耗

课堂小结

1．材料与社会

2．材料的导电性

(1)材料的分类

(2)实验探究：导体和绝缘体

(3)实验探究：半导体二极管单向导电特性

3．开发新材料

(1)超导材料

(2)纳米材料

练习设计

完成本课对应训练．