21.3 跨学科：材料的利用与开发 课件-2025-2026学年沪科版（2024）物理九年级全一册

该初中物理课件围绕“材料的利用与开发”，涵盖材料分类、导电性材料（导体、绝缘体、半导体）及新材料（超导、纳米材料）等核心知识点。从生活物品导入，联系能源开发，按时间历程与性能分类构建知识支架，帮助学生衔接前后内容。 其亮点在于结合生活实例与实验探究，如“探究半导体二极管单向导电特性”实验及配套“二极管”视频，培养科学探究能力。通过超导磁浮、纳米机器人等应用，渗透科学态度与责任，助力物理观念形成。练习题巩固知识，教师使用可提升教学效率，学生能增强应用意识。

第3节 跨学科：材料的利用与开发 第二十一章 能源、材料与社会 书本、课桌、黑板，道路、高楼、桥梁，手机、彩电、冰箱……我们周围大大小小的物品都是由各种材料制成的。 正如人类开发和利用能源那样，科学技术的发展离不开材料的开发，科学技术的进步伴随着新材料的出现。 集成电路生产线 用物理学的视角，看一看材料的利用与开发。 一、人类早期对材料的利用 人造材料 天然材料 由人工合成的材料 直接取自自然界的材料 天然橡胶 羊毛 棉花 尼龙绳 塑料树脂 合金 人类利用材料的历程 三星堆遗址出土的青铜面具，距今已有3000余年的历史 山西永济黄河铁牛，铸造于724年，重约55t 青铜时代 铁器时代 铝、钛合金等 钛合金与人体相容性好，可用于制造人造骨 100多万年前，原始人把不同性能的天然材料制成工具或生活用品 石器时代 二、导电性材料的利用与开发 根据材料的导电性能，材料可分为导体、半导体及绝缘体三大类。 1. 导体 金、银、铜、铁和铝等金属材料是导电性能较好的导体，如铜、铝等常用来制成传导电流的导线。 导电性：银 > 铜 > 铝 > 铁 绝缘体的电阻很大，电流几乎不能通过，因此常被用来隔离带电物体。 2. 绝缘体 半导体材料的导电性能介于导体和绝缘体之间，具有一些特殊的物理性质，如材料硅、锗、砷化镓等都属于半导体。 半导体元件 半导体材料可制成二极管、三极管等半导体元件和集成电路。二极管具有单向导电性，三极管可用来放大电信号。 3. 半导体 开关闭合后二极管发光 将二极管接入电路中，闭合开关，观察二极管是否发光，探究二极管的单向导电性。 开关闭合后二极管不发光 探究半导体二极管的单向导电特性 视频：二极管 三、开发新材料 1. 超导材料 1911年，昂内斯在研究汞电阻随温度的变化时，观察到在温度降低到 4.2 K 时汞的电阻值突然降低到几乎为零，从而发现超导现象。发生超导现象的材料即为超导材料。 汞电阻随温度变化的图像 应用：超导输电线可无损耗地输送极大的电流。 1933年，迈斯纳和奥森菲尔德发现了超导磁浮现象。 超导磁浮现象 应用：可用超导体来实现交通工具的无摩擦运行，这将大大提高交通工具的运行速度。 超导输电线路 超导计算机 2. 纳米材料 纳米材料统指合成材料的基本单元大小限制在 1~100 nm 范围内的材料，这大约相当于10~1000个原子紧密排列在一起的尺度。 纳米材料除了其基本单元的尺度小以外，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 纳米机器人 纳米导线 材料的利用 和开发 利用 材料导电性(如半导体的特性) 开发新材料(如超导材料、纳米材料) 开发 1.数千年来，寻找和开发新材料造福社会是人类的核心追求之一、半导体材料的应用促进科技日新月异的发展，这意味着人类已经步入了（　　） A．石器时代 B．青铜器时代 C．铁器时代 D．“硅器”时代 D 2.LED灯是一种新型的高效节能光源，不仅在保证亮度的基础上节能90%左右，它的核心元件是发光二极管，二极管由下列哪种材料制成（　　） A．半导体材料 B．金属材料 C．陶瓷材料 D．超导体材料 A 3. 如图所示，酸甜多汁的水果提供的电能点亮了发光二极管，其中水果相当于电路中的_______，发光二极管主要由_________材料制成。如果其中一个二极管熄灭，另一个依然发光，说明熄灭的二极管与另一个二极管是________（选填“串联”或“并联”）的。 电源 半导体 并联 $