第20章 第3节 材料的开发和利用-（教案）【木牍教育·课时A计划】2023-2024学年九年级下册物理沪科版（安徽）

第三节　材料的开发和利用 ◇教学目标◇ 【知识目标】 1.了解材料在人类发展历史进程中的作用;认识到合理利用资源,有效保护环境的重要性。 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。 4.知道超导材料具有超导磁浮的特性。 5.了解纳米材料的有关知识。 【能力目标】 1.通过探究实验认识导体、绝缘体、半导体二极管的电气特性。 2.了解超导材料与纳米材料的特性及应用前景。 【素养目标】 了解半导体材料的广泛使用及其对科学、社会的促进作用。 ◇教学重难点◇ 【教学重点】 了解新材料的性能及运用。 【教学难点】 了解更多关于新材料及其应用的信息。 ◇教学过程◇ 一、新课导入 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,当今社会的科技飞速发展离不开新材料的研发。你知道材料研发与科技发展有怎样的关系吗?人们正在研发哪些新材料呢? 二、教学步骤 探究点1　材料与社会 [阅读课本]P205“材料与社会”。 [思考]你知道材料与社会发展的关系吗? [提示]社会的发展带动了材料的研究和开发;新材料的出现又促进了社会的发展。 [思考]你知道哪些以材料应用划分的历史时代呢? [提示]人类经历过旧石器时代、新石器时代和青铜器时代。 [思考]我国在材料发展的历史中有何重要贡献? [提示]我国是最早掌握青铜冶炼技术的国家之一,青铜的利用让人类进入了青铜器时代。 探究点2　材料的导电性 [阅读课本]P206“材料的导电性……锗和砷化镓等。” [思考]根据材料的导电性,材料可分为哪些类呢? [提示]材料可分为导体、半导体和绝缘体三大类。 [思考]根据你对材料的了解,你能列举一些材料,并说出它们所属的类别吗? [提示]金、银、铜、铁等金属属于导体;纸片、干燥的木头、玻璃、橡胶等属于绝缘体;硅、锗和砷化镓等属于半导体。 [归纳提升]材料的导电性是由材料内部电子的运动状况决定的。 [阅读课本]P206~207“导体与绝缘体……将设计的电路画在右边的方框中。” [思考]为了检验待测材料是导体还是绝缘体,需要准备哪些实验器材? [提示]需要组成一个完整的电路,电源、灯泡、导线和开关是必不可少的实验器材。 [思考]实验中常用带导线的金属夹(俗称鳄鱼夹)代替开关,你认为这样做的好处有哪些? [提示]更换待测材料时,只需要将鳄鱼夹夹在待测材料的两端即可,操作方便。 [思考]我们是根据什么现象判断待测材料的? [提示]小灯泡发光,说明电路是通路,待测材料具有导电性,属于导体;相反,小灯泡不发光,说明待测材料属于绝缘体。 [归纳提升]导体是容易导电的物体;绝缘体是不容易导电的物体。 [思考]绝缘体能够变成导体吗? [提示]用酒精灯给玻璃加热到红炽状态,玻璃也可以导电。 [归纳提升]导体和绝缘体并没有绝对界限,在一定的条件下绝缘体也可以变成导体。 [思考]半导体材料在日常生活中有哪些应用呢? [提示]半导体二极管、光电二极管、热敏电阻、发光二极管等。 [思考]取一个电阻和一个半导体二极管,串联接入电路中,闭合开关,观察半导体二极管发光情况;对调电源的正负极,再次观察半导体二极管的发光情况,你发现了什么? [提示]半导体二极管第一次发光,第二次不发光。 [思考]这一现象说明了什么? [提示]实验中其他因素都没有改变,只是改变了电路中的电流方向,说明半导体的导电性与电流的方向有关。 [归纳提升]半导体二极管具有单向导电性,即仅允许电流从一个方向通过元件。 [习题]阅读下面材料,回答问题。 第四代光源——LED光源 如图甲是时下较为流行的LED手电筒和LED吸顶灯,它的主要部分是高亮度白色发光二极管,这种发光二极管主要由硅、砷等半导体材料制成,具有光效高、耗电少、寿命长、易控制、免维护、安全环保等优点,是继白炽灯、卤素灯和节能荧光灯后新兴的第四代电光源,是极具发展前途的新光源。与白炽灯先发热后发光的原理不同,LED的发光原理是直接把电能转换成光能的器件,因而其发光效率较高,是新一代固体冷光源,将逐步取代传统光源。图乙是LED的元件实物及符号。 由于二极管具有单向导电性,使用时必须将它的正极与电源正极相连,二极管才能处于导通状态,否则处于截止状态。利用图丙所示电路可以研究发光二极管的工作特性:把一个额定电压为3 V的LED灯接入电源电压恒为4.5 V的电路,闭合开关S,LED即处于导通状态,调节滑动变阻器滑片,改变LED灯两端的电压和电路中电流,记录多组电压、电流数据,可以得到电压表与电流表示数关系,如图丁所示。 (1)LED灯主要由　　　　(选填“导体”“半导体”或“超导体”)材料制成;它之所以节能,被称为冷光源,是因为电热转换损耗的能量较白炽灯　　　　(选填“高”或“低”);  (2)在图丙中,闭合S,