【 物理 】跨学科：材料的开发与利用课件-2025-2026学年物理沪科版九年级全一册

第二十一章

能源、材料与社会跨学科：材料的利用与开发第3节

物理沪科版九年级全一册1.掌握材料发展的四个关键阶段，了解各阶段核心材料及特点；2.能区分导体、绝缘体、半导体的定义与导电特性，熟记三类材料的典型实；3.理解半导体的特殊性质，明确二极管单向导电、三极管放大电信号的核心功能；4.知晓超导材料的超导现象、零电阻性和抗磁性两大特性，以及超导磁浮等应用方向；5.掌握纳米的长度单位换算（1nm=10⁻⁹m），了解纳米材料的尺度特点及特殊性能。学习目标难点重点重点新课引入你知道下列物品都是用什么材料制成的吗？我们周围大大小小的物品都是由各种材料制成的。石器时代

人类历史最早、历时最长的文明阶段，以制造和使用石器为核心标志新课引入青铜器时代

人类掌握铜锡（铅）合金冶炼、铸造技术，生产出硬度更高的青铜工具钢铁材料时代

以铁与钢材为核心生产、基建、军事材料的文明阶段新材料时代

代表有高分子合成材料、半导体硅基材料、纳米材料你知道材料发展的历程吗？一、人类早期对材料的利用知识构建100多万年以前，原始人就学会利用不同性能的天然材料了，如把木料、石头、动物的皮和骨等制成工具或用作生活用品。这是原始人智力发展中迈出的重要一步。随着制造技能的不断提高，人类经历了旧石器时代和新石器时代。1.石器时代一、人类早期对材料的利用2.青铜器时代

大约在5000年前，人类学会了冶炼金属铜并用其制造工具。我国有着举世闻名的青铜文化，如三星堆出土的青铜器文物，其造型、工艺以及蕴含的深意等让世界惊叹！

后来通过在冶炼铜时加人少量的锡，人们获得了比纯钢更坚硬、密度更小、强度更高的青铜。青铜的利用提高了社会生产力，人类从此进人了青铜器时代。一、人类早期对材料的利用3.钢铁材料时代

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。以铁为主发展出的高性能钢铁材料，如今已经成为材料家族的主体。二、导电材料的开发与利用根据材料的导电性能：材料可分为1.导体：容易导电的材料2.绝缘体：不容易导电的材料3.半导体：导电性能介于导体与绝缘体之间的材料导体和绝缘体之间没有明显的界限，在一定条件下，导体和绝缘体可以互相转化。二、导电材料的开发与利用1.容易导电的材料是导体

例如：金、银、铜、铁。其中铜、铝是最常用的电的良导体，常用来制成导线。铜线银线铝线二、导电材料的开发与利用2.不容易导电的材料是绝缘体例如：塑料、橡胶、玻璃、陶瓷、干燥木材、石英、石蜡等。二、导电材料的开发与利用3.半导体材料是导电性能介于导体和绝缘体之间的材料例如：硅、锗、砷化镓等。知识构建演亦文化课堂小游戏——想想做做二极管的单向导电特性迷你实验室◆导线若干◆电源1个◆半导体二极管1个◆接线板◆开关1个◆接线柱材料

将准备好的器材按照右图进行组装，用两根导线分别与电池组的正负极相连，割开导线一端的橡胶外皮，裸露铜线，然后，铜线分别与发光二极管的引线相连。探究半导体二极管的单向导电特性观察：二极管的两条引线分别和电池的正负极怎样连接，它才能发光？二、导电材料的开发与利用1.半导体材料有：硅、锗和砷化镓等。2.半导体具有一些特殊的物理性质：半导体材料的导电性能介于导体与绝缘体之间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+-电流要从我的长腿进去，短腿出来，我才可以发光哦！三、开发新材料知识构建（4）转变温度TC：材料由正常状态转变为超导状态的温度。1.超导材料（1）超导现象：当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率突然变为零的现象。（2）超导体：发生超导现象的物质。（3）超导体的两个基本特性：零电阻性、抗磁性电阻R/Ω温度T/K4.2汞电阻随温度变化的图像三、开发新材料2.超导应用1933年迈斯纳和奥森菲尔德发现了超导磁浮现象很细的超导丝就可以输送强大的电流，且无损耗。

超导磁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。

三、开发新材料3.纳米材料（1）纳米是一个长度单位：1nm=10-9m（2）1nm小到什么程度？(10个原子紧密排布的长度，大约是一根头发直径的1%)（3）纳米材料除了其基本单元空间尺度小外，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二、开发新材料3.纳米材料的应用纳米颗粒材料碳纳米管1.（2025秋·罗湖区校级期末）2025年诺贝尔物理学奖颁给约翰·克拉克、米歇尔·德沃雷特、约翰·马丁尼斯，他们利用超导体构建了电路，实现不同量子态之间的隧穿。下列不能用超导体材料制作的是（

）A.输电线B.电动机线圈C.电热丝D.发电机线圈知识迁移A.输电线在输送电能时因为导线有一定的电阻，要有一部分电能转化为内能，如果输电线的电阻变成O，没有电阻就没有能量损耗，所以，可以用超导材料制作输电线，故A不符合题意；B.电动机工作时，因为线圈存在电阻，会有一部分电能变成内能，电动机会发热，如果线圈没有电阻，线圈就不会发热，电动机也不会过热而烧坏，所以，可以用超导材料制作电动机线圈，故B不符合题意；C.电热丝是利用电流的热效应工作的，如果电热丝阻值为零，它就不会发热了，所以不能用超导材料制作电热丝，故C符合题意；D.发电机工作时，因为线圈有一定的阻值，线圈也会发热，如果线圈没有电阻，它就不会发热，线圈永远不会被烧坏，所以可以用超导材料制作发电机线圈，故D不符合题意。故选：C。C知识迁移2.（2026·邵阳县二模）2023年1月31日，中国第一条量子芯片生产线通过央视新闻客户端首次向公众亮相。量子计算机被看做是未来技术的制高点，这足以证明我国拥有的弯道超车实力。芯片是指含有集成电路的硅片，制造芯片的主要材料是（

）A.半导体材料B.超导体材料

C.绝缘材料D.磁性材料常见的半导体材料有：硅、锗、砷、镓等。芯片的核心部件是其中的电子芯片，是半导体材料硅制成的。故A正确，BCD错误。故选：A。A科学世界超轻固态材料气凝胶

凝胶是由石墨烯和碳纳米管两种纳米材料的水溶液在低温环境下经冻干、去除水分、保留骨架而制成的，它是一种超轻的固态材料。将一个马克杯大小的气凝胶放在狗尾草上，纤细的草须也不会被压弯。“全碳气凝胶”的结构韧性也十分出色，在数千次被压缩至原体积的20%之后也能迅速复原。它还是吸油能力最强的材料之一，吸收量可高达自身质量的900倍。目前科学家正在对这一材料的性能做进一步的应用性研究。请查阅资料，从跨学科视角综合了解气凝胶的物质结构及应用前景，写一篇相关的小论文。””狗尾巴草须托起的气凝胶科学世界材料的疏水性

另外，许多昆虫的翅膀表面具有纳米粒子，只要一抖动翅膀就可将雨水和灰尘抖落，从而不影响飞行。

实上，纳米材料并不神秘，也不是人类的专利，纳米材料存在于自然界之中。例如，莲花之所以能出淤泥而不染，是因为莲叶表面结构与粗糙程度皆为纳米尺度，使其能够达到不沾水的