2.3 材料及其应用 课件 -2025-2026学年高二下学期物理鲁科版选择性必修第三册

第二章 固体与液体 第3节 材料及其应用 1 一：材料对人类社会的影响 时代 工具 材料 特点 对生产力的影响 产生年代 石器 时代 石头 石器虽硬却 断裂, 加工 效率低下,生产力发展极其缓慢 原始社会 青铜 时代 青铜 合金材料,制作成本较 ,硬度偏低 给农业和手工业生产以更强大的力量 夏、商、 西周时期 铁器 时代 铁 坚硬、韧性高、锋利,胜过石器和青铜器 带来了相对发达的生产力,促进了中华文明的发展 战国晚期 容易 不易 高 信息 时代 新材料 举例:(1) 材料促进了计算机技术的发展 (2)耐高温 的结构材料推动了航天技术的发展 (3)低消耗的 引领了光纤通信技术的发展 材料已经与信息、能源一起,被当今国际社会公认为现代文明的三大支柱 现代 半导体 高强度 光导纤维 二：材料的种类 ①结构材料主要利用材料的力学特性 ②功能材料主要利用材料的声、光、热、电、磁等特性。 1.按照材料的特性，可将材料分为结构材料和功能材料两类。 2.按照材料的应用领域，又可将材料分为信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料、航空航天材料等。 3.习惯上，人们把材料分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料。 ①金属材料 金属材料一般包括金属与合金。合金是由两种或两种以上的金属，或者金属与非金属结合而成的具有金属特性的材料。 例如，钢是铁和碳的合金，再加上铬就成了不锈钢，不锈钢具有很强的耐腐蚀性，广泛用于制造餐具、外科手术器械及化工设备等。 ②无机非金属材料 无机非金属材料主要有陶瓷和玻璃等。 传统的陶瓷材料主要用于制造碗、碟、卫生洁具等日常生活用品。如今，陶瓷新材料有惊人的耐腐蚀性能，能耐受强碱氢氧化钠、几乎所有的无机酸及有机酸的腐蚀，同时它又是一种高性能的电绝缘材料，在现代工业和航空航天领域得到了广泛的应用。 ③有机高分子材料 有机高分子材料是由含碳、氢、氧、氮、硅、硫等元素的有机化合物构成的材料。塑料、合成纤维和合成橡胶这三大合成高分子材料，已经成为生产和生活中必不可少的重要材料。 例如，人工合成的有机玻璃不但具有玻璃的各种优点，而且非常坚韧，即使受到猛烈撞击也不易破碎，可用于制造飞机的座舱盖及汽车的挡风玻璃，还可用于制造文具、乐器和工艺品等。 ④复合材料 复合材料是由以上几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。它既能保留原组成材料的主要优点，又能通过复合效应获得原组合成分所不具备的性能，还可通过材料设计使各组合成分的性能互相补充并彼此关联，从而获得新的优越性能。 例如，玻璃钢、碳纤维和陶瓷复合材等新型复合材料具有强度高、耐腐蚀、刚性好、质量轻等优良特性，在许多方面都得到了应用。 1.半导体 (1)半导体是具有优异特性的微电子材料。从导电性能上看,半导体的电阻率介于金属导体(电阻率<10-3 Ω·m)和绝缘体(电阻率>1012 Ω·m)之间。 (2)微电子工业中使用的半导体材料主要是硅和砷化镓。硅的机械强度高,结晶性好,在自然界中储量丰富,成本低,是制造晶体管和集成电路的主要材料。 三：材料的应用 2.纳米材料 (1)纳米是长度单位,1 nm=10-9m。粒度在1~100 nm的材料称为纳米材料。  (2)碳纳米管是目前纳米材料研究领域的热点之一。碳纳米管是由碳原子层卷曲而成的碳管,管直径一般为几纳米到几十纳米,管壁厚度仅为几纳米。它的成分和石墨一样,但韧性很高,导电性极强,兼具金属和半导体的特性。 3.石墨烯 (1)石墨烯:由单层原子构成的材料,碳原子之间相互连接成六角网格。 (2)石墨烯的特性:优异的光学、电学、力学特性,是已知强度最高的材料之一,并且能弯曲,有很好的韧性。 (3)用途:①制作传感器;②制作晶体管;③作为柔性显示屏的基础材料。 石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，是已知强度最高的材料之一，并且能弯曲，有很好的韧性。石墨烯可制作传感器，其灵敏度可与单分子检测的极限相比拟；还可用来制作晶体管，这种晶体管在接近单个原子的尺度上依然能稳定地工作。作为柔性显示屏的基础材料，石墨烯的发展前景备受瞩目。石墨烯的研究与应用在化学、材料、物理、生物、环境、能源等众多学科领域已取得了一系列重要进展。 1.纳米晶体材料在现代科技和国防中具有重要的应用。下列关于晶体的说法正确的是(    ) A.晶体内的微观粒子在永不停息地做无规则热运动 B.晶体内的微观粒子间的相互作用很强，使各粒子紧紧地靠在一起 C.晶体的微观粒子在不同方向上排列情况不同 D.晶体的微观粒子在空间排列上没有顺序，无法预测 C 2.半导体掺杂对于半导体工业有着举足轻重的作用，其中一种技术是将掺杂源物质与硅晶体在高温（800到1250摄氏度）状态下接触，掺杂源物质的分子由于热运动渗透进硅晶体的表面，温度越高掺杂效果越显著，下列说法正确的是(    ) A.这种渗透过程是自发可逆的 B.硅晶体具有光学上的各向同性 C.这种渗透过程是分子的扩散现象 D.温度越高掺杂效果越好是因为温度升高时，所有分子的热运动速率都增加 C 3.2010年诺贝尔物理学奖授予安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。他们通过透明胶带对石墨进行反复的粘贴与撕开，使得石墨片的厚度逐渐减小，最终寻找到了厚度只有0.34nm的石墨烯，是碳的二维结构。如图所示为石墨、石墨烯的微观结构，根据以上信息和已学知识判断，下列说法正确的是(    ) A.石墨是晶体，石墨烯是非晶体 B.石墨是单质，石墨烯是化合物 C.石墨、石墨烯与金刚石都是晶体 D.通过物理变化的方法无法获得石墨烯 C Lavf58.9.100 $