跨学科实践 1、2、3（高效培优讲义）物理沪粤版2024八年级上册

本讲义聚焦电磁波吸收、半导体（二极管单向导电性）、超导材料的特性与应用等核心知识点，通过浓墨涂层实验、二极管探究实验到超导材料调查的脉络，以实验方案设计、现象观察、资料分析为学习支架，帮助学生构建物质观念，理解材料特性与应用的联系。 该资料以跨学科实践为特色，浓墨涂层实验培养科学探究能力（设计方案、分析温度差异），二极管实验训练科学思维（推理单向导电特性），超导材料调查提升科学态度与责任（关注科技进展与国家贡献）。课中辅助教师引导学生动手与思考，课后通过培优练和中考题巩固，弥补知识盲点。

跨学科实践1：浓墨涂层大量吸收电磁波的实验研究 跨学科实践2：探究二极管的单向导电性 跨学科实践3：调查超导材料的研究进展与应用前景 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 跨学科实践1：浓墨涂层大量吸收电磁波的实验研究，跨学科实践2：探究二极管的单向导电性，跨学科实践3：调查超导材料的研究进展与应用前景 1 【能力培优练】 4 【链接中考】 8 【重难题型讲解】 题型1 跨学科实践1：浓墨涂层大量吸收电磁波的实验研究 跨学科实践2：探究二极管的单向导电性 跨学科实践3：调查超导材料的研究进展与应用前景 1．跨学科实践 浓墨涂层大量吸收电磁波的实验研究 1.活动主题：用涂有墨的盐水瓶探究纳米涂层吸收电磁辐射的作用。 2.方案制订与实施：用墨在砚台上研磨出浓墨汁，加入适量胶水，选两个相同的盐水瓶，其中一个用墨汁涂满外壁；待涂抹的墨汁干后，将温度计通过瓶塞分别置于两个空盐水瓶中，放在大功率白炽灯前。经过一段时间，比较两瓶中温度计的示数，分析产生差异的原因。实施过程中应注意用电安全、防止烫伤，注意个人卫生。 3.成果展示与交流：根据探究结果，完成报告。 探究二极管的单向导电性 1.活动主题：晶体二极管可以用来产生、控制、接收、变换和放大电路信号，是电子电路中的重要器件。晶体二极管是否单向导电?半导体材料在生产与生活中有哪些应用? 2.方案制订与实施；针对以上问题，完成以下探究活动： (1)找一个晶体二极管，以及电池、小灯泡、开关和导线，按照图 (a)所示连接电路，接通开关，观察小灯泡是否发光。 (2)按照图 (b)所示，将晶体二极管反向接在电路中，接通开关，观察小灯泡是否发光。 (3)查阅关于半导体材料在生产与生活中应用的资料，写一篇介绍半导体材料特性与应用的短文。 3.成果展示与交流：展示所完成的短文，与同学交流实验探究结果并讨论半导体材料在生产与生活中的应用。 调查超导材料的研究进展与应用前景 1.活动主题：尽管人类发现超导现象已经百余年，但超导一直是物理学 的热门研究领域。超导体在医学成像设备和信息技术等领域都有重要应用。我国超导研究已实现从“起步”“追赶”到“领跑”的跨越。目前全世界研制超导材料的进展如何?我国科学家的研制处于什么水平?超导体的未来应用前景怎样? 2.方案制订与实施：针对上述问题，开展以下调查研究活动： (1)了解目前全世界研制超导材料的进展。 (2)了解我国科学家在超导研究中的奋斗历程与杰出贡献。 (3)查阅并思考未来超导体的应用前景。 结合上述资料，完成一篇关于超导体的科普短文。 3.成果展示与交流：展示撰写的科普短文，与同学交流超导体材料的研 究进展和应用前景。 【典例1-1】为了保护视力，教室里日光灯更换成如图甲所示的LED护眼灯，每个教室里由同一个开关控制的几盏LED护眼灯的连接方式是 （填“串联”或“并联”）的。LED灯发光效率高，其发光部分主要由 材料制成（选填“导体”、“半导体”或“绝缘体”），LED灯必须使电流从某个方向流入时才能亮是因为它有 性。 【典例1-2】中国科学院上海微系统与信息技术研究所经过研发，使我国石墨烯单晶晶圆实现小批量生产，为替代传统硅晶圆创造了条件。如图所示，“硅晶圆”是指集成电路制作所用的硅晶片，是一种 （选填“导体”“半导体”或“超导体”）。在以下，铝的电阻变成了0，这属于 现象。 跟踪训练1 如图所示，水果电池可以使发光二极管发光。若将二极管正负极接线对调后，二极管不发光，说明二极管具有 导电性。 跟踪训练2 2023年3月8日，某科学团队宣称研制出室温超导。如果这项技术成功，它将可以用于下列哪个用电器（ ） A．电热毯 B．电熨斗 C．电动机 D．电热水器 跟踪训练3 下列关于各种材料的说法中正确的是（ ） A．陶瓷、橡胶、水银、碳都是很好的绝缘材料 B．金、银、铜等都是很好的导体 C．铝、碳、铁、玻璃都是很好的磁性材料 D．超导体是一种电阻很大的材料 【能力培优练】 1．如图是在第十五届中国航展上首次亮相的空天概念战机——白帝，它不仅可在大气层内外执行任务，还可由人工智能操控实现全无人化作战，而它强大的“大脑”则是AI芯片。制造芯片的主要材料是（ ） A．导体 B．半导体 C．绝缘体 D．超导体 2．2023年8月30日，中国移动发布国内首款可重构5G射频收发器芯片，填补了该领域的国内空白。如图所示，芯片是指含有集成电路的硅片，制造芯片的主要材料是（ ） A．超导材料 B．半导体材料 C．纳米材料 D．绝缘材料 3．“新材料”是相对于传统材料而言的，新材料的使用对推动社会的进步正在发挥着越来越大的作用。下列关于“新材料”的描述错误的是（ ） A．可采用密度更小、硬度更高的新材料来制作飞机 B．“超导材料”可以在常温下应用于任何用电器并使其效率提高 C．“纳米材料”是指材料的几何尺寸达到纳米量级，并且具有特殊性能的材料 D．“半导体材料”广泛应用于手机、电视机、电脑的元件及芯片 4．科技改变生活，创新引领未来！如图所示的智能手表可以显示时间、体温、心率等信息，方便监测身体状态。下列关于该智能手表说法正确的是（ ） A．橡胶表带是绝缘体，绝缘体在任何条件下都不导电 B．铁的导电性能比铜弱，铁更适合做手表内部的导线 C．手表屏幕使用的发光二极管主要是半导体材料制成的 D．手表里的芯片采用超导粉末冶金技术，超导材料制成的元件电阻很大 5．2024年，海南省光伏发电累计并网容量达740.8万千瓦。制作太阳能电池板的主要材料是（ ） A．导体 B．绝缘体 C．超导体 D．半导体 6．条形码能够表示各种信息，如商品的生产国、制造商、商品名称、生产日期等，通过扫描条形码，可以快速准确地获取并读取这些信息，提高效率。如图所示，中考实行网上阅卷，要求每份试卷必须贴上条形码，条形码扫描装置中有发光二极管、光敏二极管等元件，它们是由 （选填“导体”“半导体”或“超导体”）材料构成的。 7．将四个插有锌片和铜片的柠檬与发光二极管按如图所示连接，二极管发光。发光二极管主要是由 材料制成，若对调其两个管脚的接线，二极管不发光，这是因为发光二极管具有 的性质。 8．汞（俗称水银），可用于温度计、气压计、压力计、血压计等装置，汞的熔点是-38.83℃。漠河冬天的最低气温可达-50℃，使用汞温度计已无法测量，是因为汞在该环境下将会 （填物态变化名称）；在温度降至4.2K时，汞的电阻值会突然降低到几乎为零，具有这种性质的材料被称为 （选填“纳米材料”、“超导材料”或“半导体材料”）。 【链接中考】 1．（2024·黑龙江·中考真题）关于材料的应用，下列说法正确的是（ ） A．电饭锅中的电热丝是用超导材料制成的 B．用半导体材料制作输电线能够减少电能的损失 C．激光在光导纤维内多次折射将信息传到远方 D．拍电影时的石头道具使用密度小的材料制成 2．（2025·山东济南·三模）2025年4月24日，“神舟二十号”飞船成功发射并完成与空间站的交互对接，它们进入预定轨道后，太阳能帆板顺利展开。下列属于制作太阳能帆板的主要材料是（ ） A．超导材料 B．半导体材料 C．纳米材料 D．绝缘体材料 3．（2025·云南昆明·二模）爸爸的手机充电器坏了，爱探究的小腾将充电器拆开，发现充电器的集成线路板上分布着很多二极管，如图所示，二极管是由 （选填“半导体”或“导体”）材料制成，充电器中二极管的作用之一就是利用其 性，将方向交替变换的交流电转换为单一方向的直流电。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 跨学科实践1：浓墨涂层大量吸收电磁波的实验研究 跨学科实践2：探究二极管的单向导电性 跨学科实践3：调查超导材料的研究进展与应用前景 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 跨学科实践1：浓墨涂层大量吸收电磁波的实验研究，跨学科实践2：探究二极管的单向导电性，跨学科实践3：调查超导材料的研究进展与应用前景 1 【能力培优练】 4 【链接中考】 8 【重难题型讲解】 题型1 跨学科实践1：浓墨涂层大量吸收电磁波的实验研究 跨学科实践2：探究二极管的单向导电性 跨学科实践3：调查超导材料的研究进展与应用前景 1．跨学科实践 浓墨涂层大量吸收电磁波的实验研究 1.活动主题：用涂有墨的盐水瓶探究纳米涂层吸收电磁辐射的作用。 2.方案制订与实施：用墨在砚台上研磨出浓墨汁，加入适量胶水，选两个相同的盐水瓶，其中一个用墨汁涂满外壁；待涂抹的墨汁干后，将温度计通过瓶塞分别置于两个空盐水瓶中，放在大功率白炽灯前。经过一段时间，比较两瓶中温度计的示数，分析产生差异的原因。实施过程中应注意用电安全、防止烫伤，注意个人卫生。 3.成果展示与交流：根据探究结果，完成报告。 探究二极管的单向导电性 1.活动主题：晶体二极管可以用来产生、控制、接收、变换和放大电路信号，是电子电路中的重要器件。晶体二极管是否单向导电?半导体材料在生产与生活中有哪些应用? 2.方案制订与实施；针对以上问题，完成以下探究活动： (1)找一个晶体二极管，以及电池、小灯泡、开关和导线，按照图 (a)所示连接电路，接通开关，观察小灯泡是否发光。 (2)按照图 (b)所示，将晶体二极管反向接在电路中，接通开关，观察小灯泡是否发光。 (3)查阅关于半导体材料在生产与生活中应用的资料，写一篇介绍半导体材料特性与应用的短文。 3.成果展示与交流：展示所完成的短文，与同学交流实验探究结果并讨论半导体材料在生产与生活中的应用。 调查超导材料的研究进展与应用前景 1.活动主题：尽管人类发现超导现象已经百余年，但超导一直是物理学 的热门研究领域。超导体在医学成像设备和信息技术等领域都有重要应用。我国超导研究已实现从“起步”“追赶”到“领跑”的跨越。目前全世界研制超导材料的进展如何?我国科学家的研制处于什么水平?超导体的未来应用前景怎样? 2.方案制订与实施：针对上述问题，开展以下调查研究活动： (1)了解目前全世界研制超导材料的进展。 (2)了解我国科学家在超导研究中的奋斗历程与杰出贡献。 (3)查阅并思考未来超导体的应用前景。 结合上述资料，完成一篇关于超导体的科普短文。 3.成果展示与交流：展示撰写的科普短文，与同学交流超导体材料的研 究进展和应用前景。 【典例1-1】为了保护视力，教室里日光灯更换成如图甲所示的LED护眼灯，每个教室里由同一个开关控制的几盏LED护眼灯的连接方式是 （填“串联”或“并联”）的。LED灯发光效率高，其发光部分主要由 材料制成（选填“导体”、“半导体”或“绝缘体”），LED灯必须使电流从某个方向流入时才能亮是因为它有 性。 【答案】 并联 半导体 单向导电 【解析】如图所示的LED护眼灯，每个教室里的每盏LED护眼灯是互不影响的，所以它们之间的连接方式是并联的。 LED是发光二极管做成的，发光二极管是半导体材料制成的。 LED灯必须使电流从正极流入，负极流出时才能亮是因为它有单向导电性。 【典例1-2】中国科学院上海微系统与信息技术研究所经过研发，使我国石墨烯单晶晶圆实现小批量生产，为替代传统硅晶圆创造了条件。如图所示，“硅晶圆”是指集成电路制作所用的硅晶片，是一种 （选填“导体”“半导体”或“超导体”）。在以下，铝的电阻变成了0，这属于 现象。 【答案】半导体 超导 【解析】硅是制作集成电路的重要材料，属于半导体。半导体的导电性介于导体和绝缘体之间，常用于电子元件，如芯片的制造。 当某些材料的温度降低到某一临界温度以下时，电阻突然变为0，这种现象叫做超导现象。题目中铝在-271.76℃以下电阻变为0，符合超导现象的定义。 跟踪训练1 如图所示，水果电池可以使发光二极管发光。若将二极管正负极接线对调后，二极管不发光，说明二极管具有 导电性。 【答案】单向 【解析】将二极管正负极接线对调后，二极管不发光，是因为它的正负极接反了，说明二极管具有单向导电性。 跟踪训练2 2023年3月8日，某科学团队宣称研制出室温超导。如果这项技术成功，它将可以用于下列哪个用电器（ ） A．电热毯 B．电熨斗 C．电动机 D．电热水器 【答案】C 【解析】超导体的电阻接近于0，所以只能运用于电动机，减小能量损耗，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 跟踪训练3 下列关于各种材料的说法中正确的是（ ） A．陶瓷、橡胶、水银、碳都是很好的绝缘材料 B．金、银、铜等都是很好的导体 C．铝、碳、铁、玻璃都是很好的磁性材料 D．超导体是一种电阻很大的材料 【答案】B 【解析】A．陶瓷、橡胶是很好的绝缘材料，但水银是导体。而碳是否为导体，取决于其具体结构，其中石墨是良好导体，金刚石则是绝缘体，故A错误； B．各种金属都是很好的导体，故B正确； C．磁性材料指的是能够吸引铁、钴、镍等物质的性质，故C错误； D．超导体是一种温度降低到一定值后，电阻为0的材料。故D错误。 故选B。 【能力培优练】 1．如图是在第十五届中国航展上首次亮相的空天概念战机——白帝，它不仅可在大气层内外执行任务，还可由人工智能操控实现全无人化作战，而它强大的“大脑”则是AI芯片。制造芯片的主要材料是（ ） A．导体 B．半导体 C．绝缘体 D．超导体 【答案】B 【解析】芯片实际就是集成电路，其主要材料为硅、锗等半导体材料。半导体具有独特的导电性，可快速精准控制其导电性能，满足芯片对信号处理和存储的需求。而导体导电性过强、绝缘体完全不导电、超导体需极低温度才能实现零电阻，均无法适配芯片的工作原理。故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 2．2023年8月30日，中国移动发布国内首款可重构5G射频收发器芯片，填补了该领域的国内空白。如图所示，芯片是指含有集成电路的硅片，制造芯片的主要材料是（ ） A．超导材料 B．半导体材料 C．纳米材料 D．绝缘材料 【答案】B 【解析】芯片的核心是集成电路，而集成电路是由大量晶体管构成的。晶体管的工作原理依赖于材料的半导体特性，也就是材料的导电能力可以通过施加电压等方式来精确控制。故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 3．“新材料”是相对于传统材料而言的，新材料的使用对推动社会的进步正在发挥着越来越大的作用。下列关于“新材料”的描述错误的是（ ） A．可采用密度更小、硬度更高的新材料来制作飞机 B．“超导材料”可以在常温下应用于任何用电器并使其效率提高 C．“纳米材料”是指材料的几何尺寸达到纳米量级，并且具有特殊性能的材料 D．“半导体材料”广泛应用于手机、电视机、电脑的元件及芯片 【答案】B 【解析】A．采用密度更小的新材料来制作飞机，在飞机体积相同的情况下，飞机的质量更小，重力更小，越容易飞起来，而新材料的硬度更高，这样飞机更加坚固，所以说可采用密度更小、硬度更高的新材料来制作飞机，故A正确，不符合题意； B．“超导材料”不可以应用于利用电流热效应工作的用电器，故B错误，符合题意； C．“纳米材料”是指材料的几何尺寸，它的单位为纳米，尺寸非常小，并且具有特殊性能的材料，故C正确，不符合题意； D．手机、电视机、电脑的元件及芯片广泛应用了“半导体材料”，故D正确，不符合题意。 故选B。 4．科技改变生活，创新引领未来！如图所示的智能手表可以显示时间、体温、心率等信息，方便监测身体状态。下列关于该智能手表说法正确的是（ ） A．橡胶表带是绝缘体，绝缘体在任何条件下都不导电 B．铁的导电性能比铜弱，铁更适合做手表内部的导线 C．手表屏幕使用的发光二极管主要是半导体材料制成的 D．手表里的芯片采用超导粉末冶金技术，超导材料制成的元件电阻很大 【答案】C 【解析】A．橡胶表带是绝缘体，绝缘体并不是在任何条件下都不导电，如潮湿时会导电，故A错误； B．铁的导电性能比铜弱，铜更适合做手表内部的导线，故B错误； C．手表屏幕使用了发光二极管，发光二极管主要是半导体材料制成的，故C正确； D．手表里的芯片采用超导粉末冶金技术，超导材料制成的元件电阻很小，故D错误。 故选C。 5．2024年，海南省光伏发电累计并网容量达740.8万千瓦。制作太阳能电池板的主要材料是（ ） A．导体 B．绝缘体 C．超导体 D．半导体 【答案】D 【解析】太阳能电池板的主要材料是硅，硅属于半导体材料。半导体的导电性介于导体和绝缘体之间，在特定条件下（如光照），其导电性能会发生变化，这一特性使得半导体能够有效地将太阳能转化为电能，所以制作太阳能电池板的主要材料是半导体。故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 6．条形码能够表示各种信息，如商品的生产国、制造商、商品名称、生产日期等，通过扫描条形码，可以快速准确地获取并读取这些信息，提高效率。如图所示，中考实行网上阅卷，要求每份试卷必须贴上条形码，条形码扫描装置中有发光二极管、光敏二极管等元件，它们是由 （选填“导体”“半导体”或“超导体”）材料构成的。 【答案】半导体 【解析】条形码扫描装置中有发光二极管、光敏二极管等元件，它们是由半导体材料制成的，具有单向导电性。 7．将四个插有锌片和铜片的柠檬与发光二极管按如图所示连接，二极管发光。发光二极管主要是由 材料制成，若对调其两个管脚的接线，二极管不发光，这是因为发光二极管具有 的性质。 【答案】半导体 单向导电 【解析】二极管与普通发光灯具相比有许多特性，主要是因为它是用半导体材料制作的。 发光二极管具有单向导电性，电流从某个管脚流入时能通过二极管，那么从另外一个管脚流入，二极管不会让电流通过。 8．汞（俗称水银），可用于温度计、气压计、压力计、血压计等装置，汞的熔点是-38.83℃。漠河冬天的最低气温可达-50℃，使用汞温度计已无法测量，是因为汞在该环境下将会 （填物态变化名称）；在温度降至4.2K时，汞的电阻值会突然降低到几乎为零，具有这种性质的材料被称为 （选填“纳米材料”、“超导材料”或“半导体材料”）。 【答案】凝固 超导材料 【解析】已知汞的熔点是−38.83℃，漠河冬天最低气温可达−50℃，−50℃低于汞的熔点。物质从液态变为固态的过程叫凝固，所以汞在该环境下将会凝固。 在温度降至 4.2K 时，汞的电阻值突然降低到几乎为零，具有这种性质的材料被称为超导材料，超导材料是指在一定温度下电阻变为零的材料。 【链接中考】 1．（2024·黑龙江·中考真题）关于材料的应用，下列说法正确的是（ ） A．电饭锅中的电热丝是用超导材料制成的 B．用半导体材料制作输电线能够减少电能的损失 C．激光在光导纤维内多次折射将信息传到远方 D．拍电影时的石头道具使用密度小的材料制成 【答案】D 【解析】A．电饭锅是通过电热丝电流流过时电阻丝发热将电能转化为内能，电阻为零的超导体无法将电能转化为内能，故A错误； B．半导体材料的导电性能在导体和绝燃体之间，且具有单向导电性，不适合做输电线，其物理性能使其不能够减少电能损失，故B错误； C．激光在光导纤维内是经过多次反射而将信息传到远方，故C错误； D．拍电影时的石头道具使用密度小的材料制成，相同体积下质量较小，可避免演员受伤，故D正确。 故选D。 2．（2025·山东济南·三模）2025年4月24日，“神舟二十号”飞船成功发射并完成与空间站的交互对接，它们进入预定轨道后，太阳能帆板顺利展开。下列属于制作太阳能帆板的主要材料是（ ） A．超导材料 B．半导体材料 C．纳米材料 D．绝缘体材料 【答案】B 【解析】太阳能帆板的发电核心是硅基半导体材料，其通过光电效应将太阳能转化为电能。故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 3．（2025·云南昆明·二模）爸爸的手机充电器坏了，爱探究的小腾将充电器拆开，发现充电器的集成线路板上分布着很多二极管，如图所示，二极管是由 （选填“半导体”或“导体”）材料制成，充电器中二极管的作用之一就是利用其 性，将方向交替变换的交流电转换为单一方向的直流电。 【答案】半导体 单向导电 【解析】导电性能介于导体和绝缘体之间的材料称作半导体，二极管是由半导体材料制成的。 二极管具有单向导电性，即只允许电流从正极流入，从负极流出，而阻止电流反向流动。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $