第三节 跨学科：材料的利用与开发
课前预习

|知识点|我会问|测测我|
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|材料的导电性|根据材料的导电性能,能对材料进行分类吗?
常见的半导体元件具有哪些特点?|根据导电性能的不同,材料可以分为、、三大类。
半导体二极管具有;半导体三极管用来。|
|开发新材料|超导材料有哪些特异的性能?
怎样的材料可以称为纳米材料?
能说出超导材料和纳米材料的应用吗?|超导材料是一种为零的材料,超导材料还有现象。
纳米材料统指合成材料的基本单元大小限制在范围的材料。
超导材料的应用有、等。
纳米材料的应用有等。|

1. 导体
2. 半导体
3. 绝缘体
4. 单向导电性
5. 放大电信号
6. 电阻
7. 磁浮
8. 1～100 nm
9. 远距离大功率输电
10. 超导列车
11. 纳米机器人

【分析】
本题考查材料导电性分类、半导体元件特性、超导材料与纳米材料的基础知识，解题时需回忆课本对应知识点：根据导电性能，材料分为导体、半导体、绝缘体；半导体二极管具有单向导电性，三极管用于放大电信号；超导材料是电阻为零的材料，存在磁浮现象；纳米材料的基本单元大小在1～100nm范围，需准确记忆各概念及应用完成填空。
【解析】
根据导电性能，材料可分为导体、半导体、绝缘体三大类；半导体二极管具有单向导电性；半导体三极管用来放大电信号；超导材料是一种电阻为零的材料，还有磁浮现象；纳米材料统指合成材料的基本单元大小限制在1～100nm范围的材料；超导材料的应用有远距离大功率输电、超导列车等；纳米材料的应用有纳米机器人等。
【答案】
导体；半导体；绝缘体；单向导电性；放大电信号；电阻；磁浮；1～100 nm；远距离大功率输电；超导列车；纳米机器人
【知识点】
材料的导电性；超导材料；纳米材料
【点评】
本题为基础识记类题目，考查对新材料相关基础知识的掌握，需准确记忆课本中的定义、特性及应用，属于易得分题。
【难度系数】
0.8

例1 半导体材料有着广泛的应用，下列物体不需要应用半导体材料的是（）。

A.机器人
B.条形码扫描器
C.电磁铁
D.电脑
解题分析 电磁铁是内部带有铁芯的螺线管，它是利用电流的磁效应来工作的，它没有用到半导体材料。机器人、条形码扫描器、电脑等内部都有使用半导体材料制成的半导体元件，如二极管、三极管和集成电路等半导体元件。
答案 C
关键提示 我们可以看到，在太阳能电池、条形码扫描器、微处理器、机器人等中使用了半导体材料。

1. C 电磁铁是内部带有铁芯的螺线管，它是利用电流的磁效应来工作的，它没有用到半导体材料。机器人、条形码扫描器、电脑等内部都有使用半导体材料制成的半导体元件，如二极管、三极管和集成电路等半导体元件。关键提示 我们可以看到，在太阳能电池、条形码扫描器、微处理器、机器人等中使用了半导体材料。

【分析】要解决这道题，需先明确半导体材料的应用场景：半导体材料常用于制作集成电路、二极管、三极管等电子元件，广泛应用于各类电子设备中。接下来逐一分析选项：A选项机器人是电子设备，内部有控制电路，需要半导体元件；B选项条形码扫描器依靠光电传感功能，需用到半导体材料；C选项电磁铁利用电流的磁效应工作，由螺线管和铁芯组成，不涉及半导体材料；D选项电脑的核心部件如CPU等是半导体集成电路，必须使用半导体材料。由此可判断不需要应用半导体材料的物体。
【解析】对各选项逐一分析：A.机器人内部有电子控制模块，需用到半导体元件；B.条形码扫描器的光电传感部分使用半导体材料；C.电磁铁利用电流的磁效应，由螺线管和铁芯构成，未使用半导体材料；D.电脑的核心集成电路由半导体材料制成。综上，答案为C。
【答案】C
【知识点】半导体材料的应用、电流的磁效应
【点评】本题考查半导体材料的实际应用，属于基础概念类题目，需区分常见设备的元件组成，难度较低。
【难度系数】0.8

例2 超导材料是一种电阻为零的材料，小明同学预测超导材料将会在以下方面得到应用，你认为其中合理的是()。

A.制成电饭锅的发热体
B.制成白炽灯泡的灯丝
C.制成滑动变阻器的电阻丝
D.作为远距离输电导线
解题分析 利用超导体的零电阻特性可以无损耗地输送极大电流，实现远距离大功率输电；而电饭锅的发热体、白炽灯泡的灯丝都是利用电流热效应工作的，制成它们的材料需要有电阻；滑动变阻器就是利用改变导体的长度来改变电阻大小的装置。
答案 D
关键提示 超导材料具有零电阻特性。

2. D 利用超导体的零电阻特性可以无损耗地输送极大电流，实现远距离大功率输电；而电饭锅的发热体、白炽灯泡的灯丝都是利用电流热效应工作的，制成它们的材料需要有电阻；滑动变阻器就是利用改变导体的长度来改变电阻大小的装置。关键提示 超导材料具有零电阻特性。

【分析】
首先明确超导材料的核心特性是电阻为零，电流通过时不会产生热量，也不会有电能损耗。解题时需逐一分析各选项的工作原理，判断是否符合超导材料零电阻的特性：若设备需要利用电流热效应，或需要改变电阻实现功能，则不适合用超导材料；若需减少电能传输损耗，则适合用超导材料。
【解析】
超导材料电阻为零，根据焦耳定律，电流通过超导材料时不会产生热量。A选项：电饭锅发热体利用电流热效应工作，需要电阻产生热量，超导材料无法发热，不合理；B选项：白炽灯泡灯丝依靠电流热效应发光，需要电阻发热，超导材料无法满足，不合理；C选项：滑动变阻器通过改变接入电阻丝的长度改变电阻，超导材料电阻为零，无法变阻，不合理；D选项：远距离输电时，导线电阻会造成电能损耗，用超导材料做导线可避免损耗，合理。
【答案】
D
【知识点】
超导材料的特性与应用、电流的热效应
【点评】
本题考查超导材料的实际应用，核心是掌握超导零电阻的特点，结合各选项工作原理分析即可得出答案，属于基础应用类题目。
【难度系数】
0.7