【物理】跨学科：材料的利用与开发课件-2025-2026学年沪科版（2024）物理九年级全一册

第3节

跨学科：材料的利用与开发第二十一章

能源、材料与社会

书本、课桌、黑板，道路、高楼、桥梁，手机、彩电、冰箱……我们周围大大小小的物品都是由各种材料制成的。

正如人类开发和利用能源那样，科学技术的发展离不开材料的开发，科学技术的进步伴随着新材料的出现。集成电路生产线用物理学的视角，看一看材料的利用与开发。一、人类早期对材料的利用人造材料天然材料由人工合成的材料直接取自自然界的材料天然橡胶羊毛棉花尼龙绳塑料树脂合金人类利用材料的历程三星堆遗址出土的青铜面具，距今已有3000余年的历史山西永济黄河铁牛，铸造于724年，重约55t青铜时代铁器时代铝、钛合金等钛合金与人体相容性好，可用于制造人造骨100多万年前，原始人把不同性能的天然材料制成工具或生活用品石器时代二、导电性材料的利用与开发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。1.导体金、银、铜、铁和铝等金属材料是导电性能较好的导体，如铜、铝等常用来制成传导电流的导线。导电性：银>铜>铝>铁绝缘体的电阻很大，电流几乎不能通过，因此常被用来隔离带电物体。2.绝缘体半导体材料的导电性能介于导体和绝缘体之间，具有一些特殊的物理性质，如材料硅、锗、砷化镓等都属于半导体。半导体元件半导体材料可制成二极管、三极管等半导体元件和集成电路。二极管具有单向导电性，三极管可用来放大电信号。3.半导体开关闭合后二极管发光将二极管接入电路中，闭合开关，观察二极管是否发光，探究二极管的单向导电性。开关闭合后二极管不发光探究半导体二极管的单向导电特性视频：二极管三、开发新材料1.超导材料1911年，昂内斯在研究汞电阻随温度的变化时，观察到在温度降低到4.2K

时汞的电阻值突然降低到几乎为零，从而发现超导现象。发生超导现象的材料即为超导材料。汞电阻随温度变化的图像应用：超导输电线可无损耗地输送极大的电流。1933年，迈斯纳和奥森菲尔德发现了超导磁浮现象。超导磁浮现象应用：可用超导体来实现交通工具的无摩擦运行，这将大大提高交通工具的运行速度。超导输电线路超导计算机2.纳米材料纳米材料统指合成材料的基本单元大小限制在1~100nm范围内的材料，这大约相当于10~1000个原子紧密排列在一起的尺度。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。一种纳米尺度机器的局部纳米机器人纳米导线材料的利用和开发利用材料导电性(如半导体的特性)开发新材料(如超导材料、纳米材料)开发1.数千年来，寻找和开发新材料造福社会是人类的核心追求之一、半导体材料的应用促进科技日新月异的发展，这意味着人类已经步入了（）A．石器时代 B．青铜器时代 C．铁器时代 D．“硅器”时代D2.LED灯是一种新型的高效节能光源，不仅在保证亮度的基础上节能90%左右，它的核心元件是发光二极管，二极管由下列哪种材料制成（）A．半导体材料 B．金属材料C．陶瓷材料 D．超导体材料A3.如图所示，酸甜多汁的水果提供的电能点亮了发光二极管，其中水果相当于电路中的_______，发光二极管主要由_______