资源简介

20.3 材料的开发和利用 教案
教学目标
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悬浮的特性。
核心素养
实践创新
1.劳动意识：收集有关信息，初步了解纳米材料有关的一些认识。
2.技术运用：通过本节内容的学习，学生有合理利用资源、保护环境的意识，能在个人力所能及的范围内对社会的可持续发展有所作为。
教学重点
了解纳米材料的有关知识
教学难点
了解当代的新材料发现及应用
教学过程
一、导入新课
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。
原始人类用石材制造的工具
铸钟——我国是世界上最早掌握青铜冶炼技术的国家之一
人类使用材料的历史已经历了以下几个时代：石器时代、青铜器时代、铁器时代、蒸汽时代、电气时代、电子信息时代。
1.石器时代 （400,000 ~ 4,500）
人类主要以石头、骨头、木制作简单的工具陶器的出现是人类跨入新石器时代的重要标志之一。
2.青铜器时代 （4,500 ~ 1,000）
大量使用青铜作为第一种合金做工具、青铜礼器的时期。
3.铁器时代（1000 — ）人类使用铁来制造工具和武器。
4.蒸汽时代（18世纪60年代）人类开始了第一次工业革命，并创造了巨大的生产力，人类进入“蒸汽时代”。
5.电气时代（19世纪70年代）今天所使用的电灯、电话都是在在第二次工业革命中被发明出来的，人类由此进入“电气时代”。
6.电子信息时代（20世纪四五十年代）以原子能技术、 航天技术和电子计算机的运用为代表的第三次科技革命开始兴起，它将人类社会带入了电子信息时代。
二、新课讲解
1、超导材料
新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的材料
是电阻率为零的材料
21世纪科技发展的主要方向之一是新材料的研制和应用。
1911年，昂内斯在研究汞电阻随温度的变化时，观察到在测试温度降低到4.2K时，汞的电阻突然降低到测量不到的微小值。从而发现超导现象。
首先，利用超导体的零电阻性实现远距离大功率输电。因为超导线可以无损耗地输送极大的电流，
另外，超导磁浮现象联想到可以来实现列车的无摩擦运行。
超导材料研究的难题是突破"温度障碍"，即寻找高温超导材料。
2、纳米材料
指合成材料的基本单元在1-100nm的…
纳米是长度单位：1nm=10-9m
(约10个原子紧密排列的长度，约是头发丝1%)
在力、热、声、光、电、磁等方面还表现出许多特殊的性能。
1991年碳纳米管被人类发现，它密度是钢的六分之一，强度却是钢的100倍。
科学家认为它将是未来最佳的纤维材料，也将被广泛用于超微导线、超微开关等。
在力、热、声、光、电、磁等方面还表现出许多特殊的性能。
纳米尺寸物质
熔点大大降低；
有极强的吸光性
金属低温下呈电绝缘性
……
开发新材料
隐形材料
能将雷达发射出的电磁波大部分吸收，反射回去很少。
拓展感受
新能源材料、先进复合材料、生态环境材料、新型功能材料、生物医用材料、高性能结构材料、智能材料……
1、热敏变色：颜色随温度的变化而改变
2、形状记忆性：改变形状后，受热会恢复原来的形状
3、吸附撞击冲击力：能吸收撞击力，减少对物体的撞击
3、电致玻璃：通过电控制玻璃的透明度
4、环保材料：室内装修，吸附甲醛，如：硅藻泥
三、合作探究
知识点：新材料
超导材料
为了制造物美价廉、性能更好的物品，人们正在不断地研究性能更好、更容易制造的材料。其中有一种性能较好的材料叫超导材料。
1911年，昂内斯在研究汞电阻随温度的变化时，观察到在测试温度降低到4.2K时，汞的电阻突然降低到测量不到的微小值。
从而发现超导现象。
超导体
1. 超导现象和超导体：当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然减小到无法测量的程度，可以认为其电阻率突然变为零，这种现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质称为超导体。
2. 转变温度TC ：材料由正常状态转变为超导状态的温度，叫做超导材料的转变温度。
3. 超导体的两个基本特性：零电阻性、抗磁性。
超导材料出现以后，人们首先想到的是利用超导体的零电阻性实现远距离大功率输电。
超导材料不仅电阻为零，而且还有其他令人注目的特性。
超导磁悬浮现象使人们想到可以利用超导体来实现交通工具的无摩擦运行，大大提高交通工具的安全性能和运行速度。
纳米技术
“纳米”译自英文“nanometer”，它并不是什么特殊的物质，而是一种度量单位。1纳米等于十亿分之一米，相当于针尖大小的百万分之一，约相当于45个原子串起来那么长。纳米技术就是指在纳米尺寸范围内，通过直接操纵单个原子、分子来组装和创造具有特定功能的新物质。当物质颗粒小到100纳米以下，这种物质就可被称为纳米材料。其物理性能与化学性质就会较原来有意想不到的巨变，这些“巨变”正在生物学、材料学、信息技术等各个领域展开，它们将对人类未来的生活产生重大影响。
超导材料
1、特点
当温度降到一定时，材料的电阻变为零的特性称为超导体
超导材料不仅电阻为零，而且还有其他令人注目的特性。
超导磁悬浮现象使人们想到可以利用超导体来实现交通工具的无摩擦运行，大大提高交通工具的安全性能和运行速度。
2、超导材料的应用：
（１）利用超导零电阻特性实现远距离大功率输电可无损耗输送强电流。
（２）超导材料种类多，应用广泛。如：超导磁悬浮列车：
用超导实现交通工具的无摩擦运行。如图：
四、本课小结
通过本节课，你学到了什么？
材料的开发和利用
1.材料与社会
2.材料的导电性
导体
半导体
开发新材料
1.超导材料
2.纳米材料

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