5.5 新材料及其应用（教学课件）物理新教材沪粤版八年级上册

该初中物理课件聚焦纳米材料、半导体材料、超导材料的特性及应用，课堂导入从华夏文明材料史（青铜、百炼钢、陶瓷）过渡到现代新材料，搭建历史与科技的学习支架，帮助学生建立材料发展脉络。 其亮点在于融合历史与科技，通过晶体二极管单向导电实验等探究活动和华为mate60芯片等实例分析，强化物理观念和科学态度与责任。采用分类小结（结构、功能、建筑材料），学生能系统掌握知识，教师可提升教学效率，激发学生创新意识。

物理八年级上册 •沪粤版 第五章 质量与密度 5.5 新材料及其应用 《考工记》有言：“天有时，地有气，材有美，工有巧。” 自古以来，材料便是文明进阶的基石。从青铜铸鼎到百炼成钢，每一次物性的突破，都推动着时代向前。如今，纳米材料、半导体、超导材料等新型材料层出不穷，以超乎想象的特性重塑着生产与生活。 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 了解纳米材料、半导体材料、超导材料的核心特性，熟知三类新材料的典型应用场景，建立物质微观属性与宏观科技应用的关联认知体系。 02 科学思维 通过对比分析三类新材料的特性差异，理解 “材料属性决定应用场景” 的内在逻辑；能结合物理原理解释单向导电、超导零电阻等现象，培养逻辑推理与本质分析能力。 03 科学探究 通过二极管单向导电、纳米涂层吸波等跨学科实践活动，经历方案设计、实验操作、分析论证的完整探究过程，掌握控制变量、现象归纳的科学探究方法。 04 科学态度与责任 认识新材料对社会发展的核心推动作用，了解我国在超导等领域的前沿科研成就，树立科技报国的意识，激发探索前沿物理科技的兴趣。 教学重难点 教学难点 教学重点 01. 特性认知：准确掌握纳米材料、半导体材料、超导材料的核心物理特性。 02. 应用场景：熟知三类新材料在生活、工业、科技中的典型应用实例。 03. 原理理解：理解半导体单向导电性、超导零电阻效应的基本物理原理。 01. 本质理解：深入理解纳米尺度下材料性能突变的物理本质，辨析超导零电阻与普通导体导电的差异。 02. 实验探究：掌握晶体二极管单向导电实验的设计逻辑，能独立设计简单的新材料特性验证实验。 03. 价值认知：能结合物理特性分析新材料的应用前景，建立科技进步与社会发展的深层关联认知。 课堂引入 回望华夏文明史，材料技术始终引领着时代变革：商周的青铜铸造铸就了礼器的雄浑，秦汉的百炼钢术锻造了兵刃的锋芒，唐宋的陶瓷工艺惊艳了世界。每一种新材料的诞生，都拓展着人类改造世界的边界。 如今科技浪潮之下，新材料更是日新月异：纳米尺度下的材料展现出神奇特性，半导体支撑起全球信息产业，超导材料开启了零损耗输电的无限可能。从手机芯片到隐形战机，从高铁列车到医疗设备，新材料早已渗透生活的每一个角落。 “苟日新，日日新，又日新。” 材料的创新永无止境，物理原理则是所有创新的根基。今天，就让我们一同解锁三类前沿新材料的奥秘。 知识点1 纳米材料的特性及其应用 探索新知——纳米材料的特性及其应用 1、纳米是一个长度单位：1nm=10-9m 2、1nm小到什么程度？(10个分子紧密排布 的尺度，大约是一根头发丝的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。 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。 黄金 黄金的纳米颗粒 探索新知——纳米材料的特性及其应用 探索新知——纳米材料的核心特性 纳米陶瓷材料可在室温下任意弯曲，韧性大幅提升；碳纳米管的强度是钢的上百倍，密度却远低于钢材。 力学特性 纳米磁性材料的磁记录密度远高于普通磁性材料，可实现更高密度的信息存储。 磁学特性 纳米复合材料对光的反射率极低，能有效吸收电磁波，可作为隐形飞机的吸波涂层。 光学特性 气体通过纳米材料的扩散速度比普通材料快几千倍，可用于高效气体分离与催化反应。 扩散特性 探索新知——生活中的纳米材料 古代应用：中国墨 纳米材料并非现代独有，中国传统文房四宝中的墨，就是天然的纳米材料。桐油或松油不完全燃烧产生的炭黑微粒达到纳米尺度，因此墨色浓黑、吸附性强，能牢牢附着在纸张上，历经千年不褪色，正是利用了纳米炭黑低反射、高吸附的特性。 生活领域：纳米防水布料、纳米抗菌餐具、防晒化妆品中的纳米二氧化钛 科技领域：碳纳米管复合材料、纳米级芯片制程、隐形战机吸波涂层 医疗领域：纳米药物载体、纳米级高精度诊疗设备 现代应用领域 典例分析 例1 雕刻刀能够雕刻玉石，说明刻刀比玉石的______大，室温下外形相同的纳米铜比普通铜可多拉长50倍而不断裂，这表明纳米铜具有较好的____________，窗户安装玻璃是因为玻璃______性好。 【解析】[1]硬度是材料局部抵抗硬物压入其表面的能力，通过相互刻画的方式可以比较硬度大小，刻刀能在玉石上留下划痕，说明刻刀的硬度比玉石大。 [2]延展性是物质的一种机械性质，表示材料在受力而产生破裂之前，其塑性变形的能力，延展性分延性和展性。物体在外力作用下能延伸成细丝而不断裂的性质叫延性；在外力作用下能碾成薄片而不破裂的性质叫展性。纳米铜比普通铜可多拉长50倍而不断裂，体现了纳米铜具有较好的延展性。 [3]在窗户安装玻璃，是因为玻璃有良好的透光性。 硬度 延展性 透光 知识点2 半导体材料的特性及其应用 探索新知——半导体材料的特性及其应用 此时闭合开关，小灯泡不会亮。 改变电流的方向，再闭合开关，小灯泡就会亮起来了。 介于导体和绝缘体之间的物体，锗、硅、砷化镓等都是半导体材料 半导体材料做成的晶体二极管具有单向导电性 探索新知——半导体材料的特性及其应用 数字电视机 选择数字电视便是选择了一种高品质，新时代的生活方式。 半导体材料的发展历程及应用领域 半导体材料是半导体工业的基础，是信息技术和产业发展的“粮食”。 半导体材料应用已经成为衡量一个国家经济发展科技进步和国防实力的重要标志。 探索新知——半导体材料的特性及其应用 探索新知——半导体的广泛应用 手机、电脑、电视机的核心芯片均由半导体制成。 消费电子领域 LED 发光二极管利用半导体特性实现高效节能发光。 照明领域 自动化机床、新能源汽车的电控系统大量使用半导体器件。 工业领域 太阳能光伏电池利用半导体的光电效应实现清洁发电。 能源领域 半导体是现代电子信息产业的基石，小到电子手表、数码产品，大到计算机、通信基站、航空航天设备，都离不开半导体元器件。 典例分析 例2 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。 【解析】[1]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。 [2]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。 半导体 单向导电 知识点3 超导材料的特性及其应用 探索新知——超导现象与超导材料 1911 年，荷兰物理学家昂内斯在实验中发现：当温度降至4.2K（约-269℃）时，汞的电阻会突然接近于零，电流可以几乎毫无阻碍地通过。材料的这种零电阻特性称为超导性，具有超导性的材料称为超导材料。 核心特性：零电阻效应—— 超导状态下材料的电阻几乎为零，电流通过时几乎不产生热量，没有电能损耗。 探索新知——超导材料的应用前景 01 输电领域：应用价值高 用超导材料制作输电线，可彻底消除输电过程中的电能损耗，大幅节约能源与线路材料。 02 医疗领域：应用价值高 利用超导材料制成的核磁共振成像设备，能产生强且稳定的磁场，实现高精度无创伤医学检测。 03 交通领域：应用价值高 超导磁悬浮列车利用超导磁体实现悬浮运行，速度快、噪音小、能耗低。 04 科研领域：应用价值高 超导材料是粒子加速器、可控核聚变等大科学装置的核心关键材料。 典例分析 例3 新材料广泛应用于社会的各个领域，关于新材料的应用，下列说法中错误的是（　　） A．使用记忆合金弹簧制作的淋浴恒温阀门，实现了智能调节水温 B．超导材料用于制作电饭锅的发热体，可提高发热效率 C．硅光电池能够把太阳能直接转化为电能，且完全不会造成污染 D．纳米陶瓷具有一定的韧性，可以制造发动机缸体 【解析】A．记忆合金弹簧制作的淋浴阀门，在温度升高到一定程度时，它可伸长将阀门关闭，从而防止热水将人烫伤；在温度降低到一定程度时，它可缩短将阀门打开，从而实现了智能调节水温，故A正确； B．超导材料电阻值为0，根据焦耳定律，电流通过这种材料时产生的热量为0，故不能用超导材料用于制作电饭锅的发热体，故B错误； C．硅光电池是一种能把太阳能直接转化为电能的半导体器件，且完全不会造成污染，故C正确； D．陶瓷在通常情况下较脆，而用纳米超微颗粒制成的纳米陶瓷具有良好的韧性，可以制造发动机缸体，故D正确。故选B。 B 课堂小结 课堂小结 课堂练习 课堂练习 探究新知 1．如图所示的闸刀开关通过动、静触头的通、断来控制电路。由此可知（　　） A．瓷柄是绝缘体 B．胶盖是导体 C．动触头是超导体 D．静触头是绝缘体 【解析】A．闭合和断开闸刀开关时，瓷柄是为防止触电，是绝缘体，故A符合题意； B．胶盖暴露在外面，为防止触电，用绝缘体，故B不符合题意； C．当闸刀开关闭合时，使电路形成通路，动触头不需要用超导体，故C不符合题意； D．当闸刀开关闭合时，使电路形成通路，静触头是导体，故D不符合题意。 故选A。 A 课堂练习 探究新知 2．各种新材料的应用正在改变我们的生活，坚硬的纳米材料——石墨烯，就是其中的一种。石墨烯是人类已知强度最高的物质，它几乎是完全透明的，并有着出色的导电性和导热性，许多方面可以用来替代硅材料，下列物体中不适合使用石墨烯制作的是（　　） A．冰箱的保温层 B．防弹衣的防弹夹层 C．电脑元件的散热器 D．太阳能电池的电极 【解析】由材料知石墨烯具有坚硬、透明、导电性、导热性等物理性质； A．保温层要求导热性能差，而石墨烯具有优良的导电性和导热性，不适合做冰箱的保温隔热材料，故A符合题意； B．防弹衣要求强度高，石墨烯是人类已知强度最高的物质，可用于制作防弹衣的防弹夹层，故B不符合题意； C．石墨烯有着出色的导热性，可应用于电脑元件散热器，故C不符合题意； D．石墨烯可用于制造更耐热的太阳能电池，故D不符合题意。 故选A。 A 课堂练习 探究新知 3．2023 年8月29日，横空出世的华为新手机 mate60 向世界展示了中国高科技企业的集体实力。手机、智能家用电器、军事领域等都离不开芯片，芯片核心主要是由____________材料制成的；科学家发现，铝在-271.76℃以下时，电阻变成了零，这就是______现象。 【解析】[1]半导体在介于导体和绝缘体之间的物质，芯片核心主要是由半导体材料制成的。 [2]当降到一定温度时，导体的电阻变为零，叫做超导现象。 半导体 超导 课堂练习 探究新知 4．（湖北宜昌·中考真题）下列有关材料的说法错误的是（　　） A．家庭电路中保险丝的导电性比导线好 B．LED灯中的发光二极管是用半导体材料做成的 C．撑杆跳高时使用的撑杆具有强度高、弹性好的特点 D．密度非常小、隔热性非常好的气凝胶可以用来做航天服 【解析】A．家庭电路中保险丝的导电性会稍差一点，电阻比导线会大一些，这样才容易发热，当电路发生短路或过载时，保险丝温度上升较快，就能够及时熔断以保障电路安全，故A错误，A符合题意； B．发光二极管是用只能单方向导通的材料生产的，这些材料是半导体材料，故B正确，B不符合题意； C．撑杆跳高时，人要借助撑杆的弹力跃的更高，撑杆要产生形变还不能断，所以使用的撑杆需要具有强度高、弹性好的特点，故C正确，C不符合题意； D．密度非常小，同样的体积时质量比较小，人会感觉很轻；隔热性非常好，有很优良的保暖作用，所以，气凝胶可以用来做航天服，故D正确，D不符合题意。 故选A。 A 结束语 同学们，格物致知的旅程已然启碇。这一学期，我将始终伴你们左右，一同探寻物理世界藏于万象背后的深层秩序。我愿以同道之姿，倾听你们的疑惑，共享求索的欣喜。遇解题之困时不必惶然，我们一同拆解逻辑、循理推导，循着规律的脉络找到破局的路径；有新知之得时我亦为你们击节，愿你们循着好奇的光，往更幽深的物理天地里持续探寻。 我也期许与诸位彼此成就。课堂之上，但请畅抒己见，你们每一个独到的思考，都可能成为照亮彼此的星火。教与学本是双向的奔赴，正如力的作用总是相互，我们在知识的洋流里互为舟楫，相携而行，共同生长。 我始终相信，同心而行则远近可至。这一学期，你们定能在物理学习中收获令自己欣慰的进益。愿你们永怀探本求源的热忱，于万象之中识规律，于细微之处见真知，一步步解锁天地万物的无穷精彩。 课后作业 探究新知 作业 内容 同步作业 完成课后作业：“自我评价与作业” 自主安排 配套同步分层作业 谢谢聆听 谢谢聆听 古人云 “革故鼎新，笃行致远”。从纳米之微到超导之妙，材料的边界不断拓展，科技的步伐永不停歇。物理是解锁材料奥秘的钥匙，创新是推动文明前行的动力。愿我们以格物之心探物性之理，以创新之志赴时代之约，在材料科技的广阔天地中，见证更多中国智慧与中国创造。 Lavf58.12.100 $