21.3 跨学科：材料的利用与开发 2025-2026学年沪科版（2024）九年级物理全一册

该初中物理课件围绕“材料的开发和利用”主题，系统梳理了从石器时代到现代超导与纳米材料的发展脉络，通过实物对比实验引导学生建构导体、绝缘体、半导体的概念模型，再以发光二极管单向导电性探究为切入点，层层递进地建立材料性能与实际应用之间的联系，形成清晰的学习支架。 其亮点在于融合物理观念、科学思维与科学探究三大核心素养，突出“模型建构”“科学推理”和“证据意识”的培养。例如，通过灯亮暗现象直观分类材料，让学生在观察中归纳导电规律，进而理解半导体二极管的单向导电特性，体现真实问题驱动下的探究过程。同时，引入手撕钢、超导磁浮等前沿案例，激发学生对科技发展的兴趣，提升社会责任感。此设计既帮助学生构建结构化知识体系，又助力教师实现情境化教学与跨学科融合，有效提升课堂深度与广度。

21.3 材料的开发和利用 我们周围的材料 赤水河红军大桥：使用了特种钢材 我们周围大大小小的物品都是由各种材料制成的 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 古代石器 四羊方尊 青铜时代 钢铁时代 石器时代、青铜器时代和钢铁材料时代。 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、青铜器时代和钢铁材料时代。 不亮 不亮 亮 亮 亮 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 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 半导体 1.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.半导体材料有硅、锗和砷化镓等。 实验探究：发光二极管的独特功能 二极 管发 光 二极 管不 发光 发光 二极 管具 有单 向导 电性 探索新材料 一、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，汞的电阻值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，这种现象叫作超导现象，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，叫作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。 很细的超导丝就可以输送强大的电流 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。 二、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。 4.纳米材料 纳米颗粒材料 碳纳米管 实物图 材料 灯的亮暗 结论 铜 铁 铅笔芯（石墨） 塑料 竹条 二极管 不亮 不亮 亮 亮 亮 1.导体： 容易导电的材料 2.绝缘体： 不容易导电的材料 单方向亮 3.半导体： 导电性能介于导体与绝缘体之间的材料 （按导电性能分类） 半导体 半导体材料的导电性能介于导体与绝缘体之间 1.半导体材料有：硅、锗和砷化镓等。 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 2.半导体具有一些特殊的物理性质： 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。 (一）、超导材料： 1.超导现象和超导体： 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 发生超导现象的材料 3.超导体的两个基本特性：零电阻性、抗磁性 2.转变温度TC ：材料由正常状态转变为超导状态的温度 超导体：能够发生超导现象的物质 很细的超导丝就可以输送强大的电流 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。 4.超导应用： （二）、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？ 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。 10个原子紧密排布的长度，大约是一根头发直径的1% 4.纳米材料： 纳米颗粒材料 碳纳米管 二、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。 4.纳米材料 纳米颗粒材料 碳纳米管 手撕钢的学名叫不锈钢箔材，薄到可以用手轻易撕开，厚度只有 A4 纸的四分之一。 2021年，中国宝武太钢集团的“手撕钢”研发又有新突破，继厚度从0.02毫米跨越到0.015毫米后，研发人员又继续在性能方面持续探索。 手撕钢： 这种超薄不锈钢是一件特殊“外套”的核心材料，它可以制成一种即时发热的新型复合材料，为飞机机翼快速除冰。这件“外套”成功穿上，不仅能大大降低飞机的能耗，更能大幅降低升空挂冰给飞行带来的巨大安全隐患，这种不锈钢就是用特殊工艺轧制出的“手撕钢”。 它是世界上最薄的不锈钢，可以广泛应用于我国高端制造业领域和军工航天领域。 1、0.015毫米=______米， 2、可以制成一种即时发热的新型复合材料，为飞机机翼快速除 冰，_____能转化成____能。 3、不锈钢是_______，（填“导体”、“半导体”、“绝缘体”） 电 内 导体 漳州市龙海区民族中学 志远学高,身正行笃 Lavf57.62.100 Lavf57.62.100 $