5.5 新材料及其应用（导学案）物理沪粤版2024八年级上册

5.5 新材料及其应用（导学案） 【学习目标】 2022年课程标准 物理素养 5.3.2 结合实例，了解一些新材料的特点及其应用。了解新材料的研发与应用对社会发展的影响。 物理观念：了解纳米材料、半导体材料、超导材料的基本特性（如纳米材料性能显著变化、半导体单向导电、超导材料零电阻）；掌握三种新材料的典型应用场景，建立 “材料特性决定应用” 的认知。 科学思维：通过分析新材料特性与应用的对应关系（如纳米材料吸波性→隐形飞机涂层），培养从特性推导用途的逻辑推理能力；对比三种材料的差异，提升分类归纳能力。 科学探究：参与 “浓墨涂层吸收电磁波”“探究二极管单向导电性” 等跨学科实践活动，掌握实验设计、现象观察、结果分析的基本方法；能通过查阅资料了解新材料研究进展，提升探究能力。 科学态度与责任：认识我国在超导材料等领域的世界先进成果，增强民族自信心；体会新材料对科技发展的推动作用，培养关注科技前沿的意识。 【学习重点】 1．三种新材料的核心特性：纳米材料：微粒达纳米尺寸时性能显著变化；半导体材料：导电性能介于导体与绝缘体之间，晶体二极管具有单向导电性；超导材料：温度降至临界值时电阻接近于零； 2．新材料的典型应用：纳米材料：纳米陶瓷、碳纳米管、隐形飞机涂层等；半导体材料：电子表、计算机、数码设备等电子元器件；超导材料：节能输电、医学成像设备等。 【学习难点】 1．材料特性与微观结构的关联：理解 “纳米尺寸”“临界温度” 等概念对材料性能的影响，如纳米材料微粒尺寸缩小为何导致性能突变； 2．抽象特性的具象化：将 “单向导电”“零电阻” 等抽象特性与实际应用（如二极管整流、超导输电节能）建立直观联系。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1．纳米是长度单位，它与“米”的换算关系为 1nm=10-9 m。当材料的颗粒小到纳米尺寸时，材料的性能就会发生显著变化。 2．导电性能介于导体和绝缘体之间的材料被称为半导体。 3．当温度降低到一定程度时，导体的电阻突然接近于零，电流几乎通行无阻，材料的这种特性称为超导性，具有这种性质的材料称为超导体。 【课堂探究】 探究一、新材料及应用 1．纳米是长度单位，大小为10－9米(10－9m)。 2．当材料的微粒小到纳米尺寸时，材料的性能就会发生显著变化。 知识链接： 纳米颗粒具有优良的光、力、电、热、磁性质，应用前景极为广泛。预计纳米技术将超过计算机工业，成为未来信息技术时代的核心。到那时，纳米电子学将用量子元件代替微电子器件，巨型计算机可以装入口袋里；通过纳米技术，现在几吨重的卫星将可被制成仅有几克；微型机器人可进入人体血管进行工作。纳米技术将使人类进一步掌握物质的规律。 3.关于纳米，下列说法错误的是( D ) A．纳米是一个长度单位，符号为nm B．人们在纳米尺度内发现很多新的现象，给技术带来很多新进展 C．纳米技术是现代科学技术的前沿，我国在这方面的研究具有世界先进水平 D．所有的高科技产品都与纳米技术有关 4．有些材料，它的导电性能介于导体和绝缘体之间，这类材料被称为半导体材料。 5．半导体元件具有许多独特的功能，如半导体二极管具有单向导电性，只允许电流从一个方向通过，不允许电流反方向通过。 6．五光十色的LED灯点缀着这个多姿多彩的城市，甚是美观。LED灯是一种新型的高效节能光源，它的核心元件是发光二极管。现在用的二极管主要是由下列哪种材料制成的(　C　) A．陶瓷材料 B．金属材料 C．半导体材料 D．纳米材料 7．1911年，荷兰物理学家昂内斯，在实验中发现，当温度降至4.2K时，汞的电阻会突然接近于零。 8．当温度降到一定时，材料的电阻接近于零，材料的这种特性被称为超导性，若在常温下具有超导性能，其应用前景非常宽广。 9．超导材料的应用前景非常广阔，若用它来输电可以大大节约能源和材料。 10．“隐形飞机”可以有效避开雷达的探测，秘密之一在于它的表面有一层特殊材料，这种材料能够增强(选填“增强”或“减弱”)对电磁波的吸收作用；秘密之二在于它的表面制成特殊形状，这种形状能够减弱(选填“增强”或“减弱”)电磁波反射回雷达设备。 【例题1】随着科技的发展，新材料广泛应用于社会的各个领域，极大地促进了社会的进步。关于新材料的应用，下列说法中正确的是（　　） A．电饭锅的发热体常用超导体材料制作，可提高发热效率 B．我国的J20战斗机常采用低强度、高密度新型复合材料制成 C．炒菜锅手柄利用新型陶瓷制作，说明它有良好的导热性 D．LED灯的核心部件材料是半导体，它的导电性能介于导体与绝缘体之间 【答案】D 【解析】A．超导体的电阻为零，电流流过超导体时，超导体不能发热，超导体不能用来制作电饭锅的发热体，故A错误； B．战斗机在保证安全的前提下，要尽可能的轻，所以要选用高强度、低密度的材料，故B错误； C．炒菜锅的手柄是用来防止人的手被烫到，所以炒菜锅的手柄应该用热的不良导体制作，故C错误； D．容易导电的物体叫导体，不易于导电的物体叫绝缘体，LED灯的核心部件材料是半导体，它的导电性能介于导体与绝缘体之间，故D正确。 故选D。 【归纳整理】 5.5 新材料及其应用 【课堂练习】 考点01 纳米材料 1．石墨烯是目前最薄、最坚硬的纳米材料，它还具有出色的导电性及导热性。由以上信息可推断，石墨烯不适合用来制作（　　） A．高压输电线 B．炒菜铁锅手柄 C．冲击钻的钻头 D．电饭锅的锅胆 【答案】B 【解析】A．石墨烯的导电性好，可以用来做高压输电线，故A不符合题意； B．石墨烯具有出色的导热性，不可以用来做炒菜铁锅手柄，故B符合题意； C．石墨烯是目前最薄、最坚硬的纳米材料，可以用来做冲击钻的钻头，故C不符合题意； D．石墨烯具有出色的导热性，可以用来做电饭锅的锅胆，故D不符合题意。 故选B。 2．现在的宝妈妈对宝宝使用的物品都是要求好的，宝宝喝奶用的奶瓶是纳米抗菌奶瓶，那么纳米抗菌奶瓶采用的是（　　） A．纳米技术 B．记忆合金 C．绿色能源 D．石墨烯 【答案】A 【解析】生活中，纳米抗菌奶瓶采用的是纳米技术，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 3．纳米技术及其应用。 “纳米（nm）”是长度的度量单位，假设一根头发的直径是0.05mm，把它径向平均剖成5万根，每根的厚度大约就是一纳米。 nm。纳米技术，是研究结构尺寸在1纳米的材料，强度和硬度大大高于原来的材料，且有良好的韧性。如图是纳米陶瓷刀、合金钢刀、普通菜刀磨损程度随时间变化的曲线，其中反映纳米陶瓷刀磨损特点的是曲线 （选填字母“a”或“b”或“c”）；由于纳米尺度的特殊性，则纳米粒子进入人体的途径可能是 。（选填字母“A”“B”或“C”“D”）①皮肤直接接触纳米粒子②呼吸时把纳米粒子吸入肺部③进食含有纳米粒子的食物 A．只有①和②    B．只有①和③    C．只有②和③    D．①、②和③ 【答案】 5×104 c D 【解析】[1]因 故 0.05mm=0.05×106nm=5×104nm [2]由题意可知，纳米材料的强度和硬度较大，分析图中曲线可知，在相同的时间时，c曲线的刀被磨损的程度最小，即其硬度最大，所以它代表的就是纳米陶瓷刀磨损过程。 [3]纳米粒子尺度较小，皮肤直接接触纳米粒子、呼吸、进食含有纳米粒子的食物均可让纳米粒子进入人体。故①②③均正确，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 考点02 半导体材料 4．2024年跨年夜，南昌在江边举办了烟火大会，如图所示。我们看到水面上滕王阁的倒影是由于光的 而形成的。两岸美丽的灯光秀采用了LED灯，制作LED灯的发光二极管主要使用的是 材料。 【答案】 反射 半导体 【解析】[1]水面上滕王阁的倒影属于平面镜成像，是由于光的反射而形成的。 [2]制作LED灯的发光二极管主要使用的是半导体材料，具有单向导电性。 5．2022年2月4日冬奥会开幕式，北京将一张亮丽的科技名片交给了世界，如图所示。 开幕式上，400名演员手持发光杆进行表演，发光杆中的光源是LED，它发出的白光其实是由红、绿、 三种光混合而成的，LED是 材料。 【答案】 蓝 半导体 【解析】[1]红、绿、蓝三种色光是光的三原色，LED发出的白光其实是由红、绿、蓝三种光混合而成的。 [2]LED本质是发光二极管，是半导体材料制成的。 6．华为Mate60Pro的发布标志着我国在高端制造领域又一次超越，其搭载的麒麟处理器为制程芯片。可换算成 m，芯片的主要材料是 （选填“导体”“半导体”或“绝缘体”）。部分手机的散热材料是石墨烯晶体，用石墨烯做散热材料是因为它具有优良的 （选填“导热”或“导电”）性能。 【答案】 5×10-9 半导体 导热 【解析】[1]因为1m=109nm，所以5nm可换算成5×10-9m。 [2]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，是半导体硅制成的。 [3]由于石墨烯具有非常优良的导热性能，所以手机的散热材料选择石墨烯晶体，以增强散热性能。 考点03 超导材料 7．超导材料具有零电阻、抗磁性等特殊的物理性质，应用领域非常广泛。常温下的超导体最适合制作（　　） A．高压输电线 B．白炽灯的灯丝 C．电熨斗发热体 D．家用保险丝 【答案】A 【解析】A．超导材料的电阻为零，导电能力强，且不产生热量，适合作输电导线，故A符合题意； BCD．超导材料的电阻为零，工作时不能产生热量，则不能作灯丝、电熨斗的发热体、保险丝，故BCD不符合题意。 故选A。 8．1987年，国际科坛的一场冠军争夺战举世瞩目，在激烈的角逐中我国领先的是（　　） A．原子能研究 B．低温超导研究 C．宇航技术研究 D．天体运动研究 【答案】B 【解析】1987年，中国、日本、美国在低温超导研究方面走在其它国家前面；中国在原子能研究、宇航技术研究、天体运动研究方面的科技水平不如在低温超导方面领先。 故选B。 9．关于超导材料，下列说法正确的是（　　） A．是绝缘体材料 B．是半导体材料 C．常温常压下电阻为零 D．用来输电可减少电能损耗 【答案】D 【解析】ABC．现今超导材料需要在很低的温度才能实现超导，超导材料是一种电阻为零的材料，不是绝缘体，也不是半导体，故ABC错误； D．超导体电阻为零，电能不会转化为内能，能够减少电能在传输过程中的消耗，故D正确。 故选D。 考点04 新材料 10．2019年第十一届上海国际新材料展览会上展览了一种新材料，这种材料制成的弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。利用这种弹簧可以控制浴室水管的水温，这种新材料是（　　） A．纳米材料 B．能源材料 C．记忆合金 D．新型陶瓷材料 【答案】C 【解析】这种材料制成的弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。利用这种弹簧可以控制浴室水管的水温，当水温超过某一温度时，它将伸长许多，因此将阀门关闭，及时防止热水烫伤人，这种弹簧的材料应当是形状记忆合金，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 11．垃圾分类，从我做起。下列可回收垃圾属于金属材料的是（　　） A．铝制易拉罐 B．塑料瓶 C．玻璃瓶 D．旧报纸 【答案】A 【解析】A．铝制易拉罐是由铝制成的，故A正确； B．塑料瓶是由塑料制成的，属于有机合成材料，故B错误； C．玻璃瓶是由玻璃制成的，属于无机非金属材料，故C错误； D．旧报纸中含有天然的纤维素，不属于金属材料，故D错误。 故选A。 12．在热水器中有一种性能非常特殊的弹簧，当水温达到80℃时，它可以立即伸长许多，将阀门关闭，及时防止热水烫人，制作这种弹簧的材料是 合金；还有的材料加工到1×10-7~1×10-9m尺度时，其物理性质或化学性能与较大尺度相比，发生了异常的变化，我们称这种材料为 材料。 【答案】 记忆 纳米 【解析】[1]根据形状记忆合金的特点可知，制作这种弹簧的材料是记忆合金。 [2]纳米材料是将某些物质的尺度加工到1~100nm，其物理性质或化学性质发生异常变化的材料。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 5.5 新材料及其应用（导学案） 【学习目标】 2022年课程标准 物理素养 5.3.2 结合实例，了解一些新材料的特点及其应用。了解新材料的研发与应用对社会发展的影响。 物理观念：了解纳米材料、半导体材料、超导材料的基本特性（如纳米材料性能显著变化、半导体单向导电、超导材料零电阻）；掌握三种新材料的典型应用场景，建立 “材料特性决定应用” 的认知。 科学思维：通过分析新材料特性与应用的对应关系（如纳米材料吸波性→隐形飞机涂层），培养从特性推导用途的逻辑推理能力；对比三种材料的差异，提升分类归纳能力。 科学探究：参与 “浓墨涂层吸收电磁波”“探究二极管单向导电性” 等跨学科实践活动，掌握实验设计、现象观察、结果分析的基本方法；能通过查阅资料了解新材料研究进展，提升探究能力。 科学态度与责任：认识我国在超导材料等领域的世界先进成果，增强民族自信心；体会新材料对科技发展的推动作用，培养关注科技前沿的意识。 【学习重点】 1．三种新材料的核心特性：纳米材料：微粒达纳米尺寸时性能显著变化；半导体材料：导电性能介于导体与绝缘体之间，晶体二极管具有单向导电性；超导材料：温度降至临界值时电阻接近于零； 2．新材料的典型应用：纳米材料：纳米陶瓷、碳纳米管、隐形飞机涂层等；半导体材料：电子表、计算机、数码设备等电子元器件；超导材料：节能输电、医学成像设备等。 【学习难点】 1．材料特性与微观结构的关联：理解 “纳米尺寸”“临界温度” 等概念对材料性能的影响，如纳米材料微粒尺寸缩小为何导致性能突变； 2．抽象特性的具象化：将 “单向导电”“零电阻” 等抽象特性与实际应用（如二极管整流、超导输电节能）建立直观联系。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1．纳米是______单位，它与“米”的换算关系为 1nm=______ m。当材料的颗粒小到______尺寸时，材料的性能就会发生显著变化。 2．导电性能介于导体和绝缘体之间的材料被称为______。 3．当温度降低到一定程度时，导体的电阻突然接近于零，电流几乎通行无阻，材料的这种特性称为______，具有这种性质的材料称为______。 【课堂探究】 探究一、新材料及应用 1．纳米是长度单位，大小为______米(______m)。 2．当材料的微粒小到______尺寸时，材料的性能就会发生显著变化。 知识链接： 纳米颗粒具有优良的光、力、电、热、磁性质，应用前景极为广泛。预计纳米技术将超过计算机工业，成为未来信息技术时代的核心。到那时，纳米电子学将用量子元件代替微电子器件，巨型计算机可以装入口袋里；通过纳米技术，现在几吨重的卫星将可被制成仅有几克；微型机器人可进入人体血管进行工作。纳米技术将使人类进一步掌握物质的规律。 3.关于纳米，下列说法错误的是( ) A．纳米是一个长度单位，符号为nm B．人们在纳米尺度内发现很多新的现象，给技术带来很多新进展 C．纳米技术是现代科学技术的前沿，我国在这方面的研究具有世界先进水平 D．所有的高科技产品都与纳米技术有关 4．有些材料，它的导电性能介于导体和绝缘体之间，这类材料被称为____________。 5．半导体元件具有许多独特的功能，如半导体二极管具有______导电性，只允许电流从____________通过，不允许电流____________通过。 6．五光十色的LED灯点缀着这个多姿多彩的城市，甚是美观。LED灯是一种新型的高效节能光源，它的核心元件是发光二极管。现在用的二极管主要是由下列哪种材料制成的(　 　) A．陶瓷材料 B．金属材料 C．半导体材料 D．纳米材料 7．1911年，荷兰物理学家______，在实验中发现，当温度降至______时，汞的电阻会突然接近于零。 8．当温度降到一定时，材料的电阻接近于零，材料的这种特性被称为______性，若在常温下具有超导性能，其应用前景非常宽广。 9．超导材料的应用前景非常广阔，若用它来输电可以大大节约______和______。 10．“隐形飞机”可以有效避开雷达的探测，秘密之一在于它的表面有一层特殊材料，这种材料能够______(选填“增强”或“减弱”)对电磁波的吸收作用；秘密之二在于它的表面制成特殊形状，这种形状能够______(选填“增强”或“减弱”)电磁波反射回雷达设备。 【例题1】随着科技的发展，新材料广泛应用于社会的各个领域，极大地促进了社会的进步。关于新材料的应用，下列说法中正确的是（　　） A．电饭锅的发热体常用超导体材料制作，可提高发热效率 B．我国的J20战斗机常采用低强度、高密度新型复合材料制成 C．炒菜锅手柄利用新型陶瓷制作，说明它有良好的导热性 D．LED灯的核心部件材料是半导体，它的导电性能介于导体与绝缘体之间 【归纳整理】 5.5 新材料及其应用 【课堂练习】 考点01 纳米材料 1．石墨烯是目前最薄、最坚硬的纳米材料，它还具有出色的导电性及导热性。由以上信息可推断，石墨烯不适合用来制作（　　） A．高压输电线 B．炒菜铁锅手柄 C．冲击钻的钻头 D．电饭锅的锅胆 2．现在的宝妈妈对宝宝使用的物品都是要求好的，宝宝喝奶用的奶瓶是纳米抗菌奶瓶，那么纳米抗菌奶瓶采用的是（　　） A．纳米技术 B．记忆合金 C．绿色能源 D．石墨烯 3．纳米技术及其应用。 “纳米（nm）”是长度的度量单位，假设一根头发的直径是0.05mm，把它径向平均剖成5万根，每根的厚度大约就是一纳米。 nm。纳米技术，是研究结构尺寸在1纳米的材料，强度和硬度大大高于原来的材料，且有良好的韧性。如图是纳米陶瓷刀、合金钢刀、普通菜刀磨损程度随时间变化的曲线，其中反映纳米陶瓷刀磨损特点的是曲线 （选填字母“a”或“b”或“c”）；由于纳米尺度的特殊性，则纳米粒子进入人体的途径可能是 。（选填字母“A”“B”或“C”“D”）①皮肤直接接触纳米粒子②呼吸时把纳米粒子吸入肺部③进食含有纳米粒子的食物 A．只有①和②    B．只有①和③    C．只有②和③    D．①、②和③ 考点02 半导体材料 4．2024年跨年夜，南昌在江边举办了烟火大会，如图所示。我们看到水面上滕王阁的倒影是由于光的 而形成的。两岸美丽的灯光秀采用了LED灯，制作LED灯的发光二极管主要使用的是 材料。 5．2022年2月4日冬奥会开幕式，北京将一张亮丽的科技名片交给了世界，如图所示。 开幕式上，400名演员手持发光杆进行表演，发光杆中的光源是LED，它发出的白光其实是由红、绿、 三种光混合而成的，LED是 材料。 6．华为Mate60Pro的发布标志着我国在高端制造领域又一次超越，其搭载的麒麟处理器为制程芯片。可换算成 m，芯片的主要材料是 （选填“导体”“半导体”或“绝缘体”）。部分手机的散热材料是石墨烯晶体，用石墨烯做散热材料是因为它具有优良的 （选填“导热”或“导电”）性能。 考点03 超导材料 7．超导材料具有零电阻、抗磁性等特殊的物理性质，应用领域非常广泛。常温下的超导体最适合制作（　　） A．高压输电线 B．白炽灯的灯丝 C．电熨斗发热体 D．家用保险丝 8．1987年，国际科坛的一场冠军争夺战举世瞩目，在激烈的角逐中我国领先的是（　　） A．原子能研究 B．低温超导研究 C．宇航技术研究 D．天体运动研究 9．关于超导材料，下列说法正确的是（　　） A．是绝缘体材料 B．是半导体材料 C．常温常压下电阻为零 D．用来输电可减少电能损耗 考点04 新材料 10．2019年第十一届上海国际新材料展览会上展览了一种新材料，这种材料制成的弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。利用这种弹簧可以控制浴室水管的水温，这种新材料是（　　） A．纳米材料 B．能源材料 C．记忆合金 D．新型陶瓷材料 11．垃圾分类，从我做起。下列可回收垃圾属于金属材料的是（　　） A．铝制易拉罐 B．塑料瓶 C．玻璃瓶 D．旧报纸 12．在热水器中有一种性能非常特殊的弹簧，当水温达到80℃时，它可以立即伸长许多，将阀门关闭，及时防止热水烫人，制作这种弹簧的材料是 合金；还有的材料加工到1×10-7~1×10-9m尺度时，其物理性质或化学性能与较大尺度相比，发生了异常的变化，我们称这种材料为 材料。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $