第20章.第一節(jié)能量的轉(zhuǎn)化與守恒和第三節(jié)材料的開發(fā)和利用

第二十章能量和能源第一節(jié)能量的轉(zhuǎn)化與守恒準(zhǔn)備好了嗎？讓我們開始吧！一、多種形式的能量1.能量的表現(xiàn)形式1.能量的表現(xiàn)形式2.自然界的能量類別木材燃燒時產(chǎn)生光和熱就來源于木材里儲存的化學(xué)能。人體運(yùn)動所消耗的能量都來源于食物里儲存的化學(xué)能。機(jī)械能、電磁能、內(nèi)能、化學(xué)能、核能等①化學(xué)能:

由于化學(xué)反應(yīng)，物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)變化而產(chǎn)生的能量②核能由于核反應(yīng)，物質(zhì)的原子核結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而產(chǎn)生的能量核電站的原理②核能秦山核電站我國第一顆原子彈爆炸你能說出下列物體所具有的能量嗎？二、能量的轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化1.各種形式的能量是可以相互轉(zhuǎn)化的內(nèi)能電能機(jī)械能火力發(fā)電機(jī)電爐電動機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)火箭發(fā)動機(jī)摩擦生熱1.各種形式的能量是可以相互轉(zhuǎn)化的內(nèi)能轉(zhuǎn)化成電能電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能1.各種形式的能量是可以相互轉(zhuǎn)化的電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能2.地球上的大多數(shù)能量都來源于太陽光合作用不僅產(chǎn)生氧氣，同時生成葡萄糖太陽能是地球上的主要能源2.地球上的大多數(shù)能量都來源于太陽太陽能發(fā)電生命中的能量轉(zhuǎn)換1.能量守恒定律三、能量守恒定律大量的研究表明：自然界的能量是守恒的能量既不會消滅，也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而能的總量保持不變。能量守恒定律想一想：玩具小丑在跳動過程中，能量是如何轉(zhuǎn)化的？它遵守能量守恒定律嗎？2.“永動機(jī)”是不存在的假想中的永動機(jī)2.“永動機(jī)”是不存在的一種永動機(jī)的設(shè)計模型1、化學(xué)能：由于化學(xué)反應(yīng)，物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)變化而產(chǎn)生的能量。2、核能：由于核反應(yīng)，物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而產(chǎn)生的能量。一、自然界的能量類別機(jī)械能、電磁能、內(nèi)能、化學(xué)能、核能等二、能量的轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化內(nèi)能電能機(jī)械能火力發(fā)電機(jī)電爐電動機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)火箭發(fā)動機(jī)摩擦生熱1.各種形式的能量是可以相互轉(zhuǎn)化的2、能量守恒定律：能量既不會消滅，也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而能的總量保持不變。課堂總結(jié)第三節(jié)材料的開發(fā)和利用當(dāng)今我們的生活中，可以說物質(zhì)極大豐富，我們周圍大大小小的物品都是由各種材料制成的。一、材料與社會發(fā)展1、材料在人類發(fā)展的歷史進(jìn)程中有著極其重要的作用。原始人利用石材制造的工具。（1）舊、新石器時代：原始人利用不同性能的天然材料（木材、石頭、動物的皮、骨做成工具或生活用品鑄鐘。我國是世界上掌握青銅冶煉技術(shù)的國家之一。馬踏飛燕。我國東漢時期的藝術(shù)珍品。（2）青銅時代：人們學(xué)會冶煉人金屬銅，并用它來制造工具........我國出土的鐵制工具。傳統(tǒng)拉索橋（3）鐵器時代：為制造機(jī)器提供了材料基礎(chǔ)，開創(chuàng)了人類的新紀(jì)元.現(xiàn)代拉索橋2、材料的使用與環(huán)保材料的發(fā)展及使用也帶來許多資源和環(huán)境問題，如何合理地利用資源主有效地保護(hù)環(huán)境？我們要用“可持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)”和“環(huán)境保護(hù)的意識”來合理利用資源，有效地保護(hù)環(huán)境開發(fā)和利用材料的各種特性，1、根據(jù)材料的導(dǎo)電性能：材料可分為導(dǎo)體、

絕緣體、半導(dǎo)體導(dǎo)體：容易導(dǎo)電的材料絕緣體：不容易導(dǎo)電的材料導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間，而且電阻隨溫度的增加而減小，這種材料叫做半導(dǎo)體。常見的半導(dǎo)體材料有：硅、砷化鎵、銻化銦、鍺等．二、材料的導(dǎo)電性2、材料導(dǎo)電性的實(shí)質(zhì)導(dǎo)電性是由材料內(nèi)部電子的運(yùn)動狀況決定的，導(dǎo)體的電阻小，絕緣體電阻大。半導(dǎo)體可以制成二極管、三極管等半導(dǎo)體元件和集成電路3、半導(dǎo)體的用途：各種半導(dǎo)體元件：半導(dǎo)體二極管、光電二極管、熱敏電阻、發(fā)光二極管、三極管及集成電路等半導(dǎo)體二極管光電二極管集成電路三極管光敏電阻熱敏電阻根據(jù)光電二極管的特性，光照射光電二極管時，光電二極管導(dǎo)通，被控制的燈泡發(fā)光，此時的光電二極管相當(dāng)于一個開關(guān)．當(dāng)光照到某些半導(dǎo)體時，半導(dǎo)體內(nèi)將會產(chǎn)生電流．太陽能電池就根據(jù)這個原理制成的．最新的微處理器奔騰雙核酷睿處理器無人探測器內(nèi)部有大量半導(dǎo)體元件構(gòu)成的電路半導(dǎo)體二極管又叫晶體二極管，有兩根引線，一正極，一負(fù)極，導(dǎo)電性能特殊，它，只允許電流從它的正極流向負(fù)極，不允許從負(fù)極流向正極。半導(dǎo)體二極管有單向?qū)щ娦园雽?dǎo)體三極管可以用來放大電信號<一>、超導(dǎo)材料1911年，荷蘭萊頓大學(xué)的卡末林—昂內(nèi)斯意外地發(fā)現(xiàn)，將汞冷卻到-268.98℃時，汞的電阻突然消失；后來他又發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金都具有與上述汞相類似的低溫下失去電阻的特性，由于它的特殊導(dǎo)電性能，卡末林—昂內(nèi)斯稱之為超導(dǎo)態(tài)?？钟捎谒倪@一發(fā)現(xiàn)獲得了1913年諾貝爾獎三、開發(fā)新材料超導(dǎo)體：能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的物質(zhì)稱為超導(dǎo)體．超導(dǎo)現(xiàn)象:當(dāng)溫度降低到絕對零度附近時，某些材料的電阻突然變?yōu)榱?，這種現(xiàn)象叫做超導(dǎo)現(xiàn)象導(dǎo)體沒有了電阻，電流流經(jīng)超導(dǎo)體時就不發(fā)生熱損耗，電流可以毫無阻力地在導(dǎo)線中形成強(qiáng)大的電流，從而產(chǎn)生超強(qiáng)磁場。超導(dǎo)體的直流電阻率在一定的低溫下突然消失，被稱作零電阻效應(yīng)。人們做過這樣一個實(shí)驗(yàn)，在一個淺平的錫盤中，放入一個體積很小磁性很強(qiáng)的永久磁鐵，然后把溫度降低，使錫出現(xiàn)超導(dǎo)性。這時可以看到，小磁鐵竟然離開錫盤表面，飄然升起，與錫盤保持一定距離后，便懸空不動了。這是由于超導(dǎo)體的完全抗磁性.當(dāng)一個磁體和一個處于超導(dǎo)態(tài)的超導(dǎo)體相互靠近時，磁體的磁場會使超導(dǎo)體表面中出現(xiàn)超導(dǎo)電流。此超導(dǎo)電流形成的磁場，在超導(dǎo)體內(nèi)部，恰好和磁體的磁場大小相等，方向相反。這便產(chǎn)生了一個向上的浮力。人們可以利用超導(dǎo)磁懸浮現(xiàn)象制造超導(dǎo)列車和超導(dǎo)船，由于這些交通工具將在懸浮無摩擦狀態(tài)下運(yùn)行，這將大大提高它們的速度和安靜性，并有效減少機(jī)械磨損。利用超導(dǎo)材料制造交通工具在技術(shù)上還存在一定的障礙，但它勢必會引發(fā)交通工具革命的一次浪潮。超導(dǎo)材料和超導(dǎo)技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景。超導(dǎo)材料的零電阻特性可以用來輸電和制造大型磁體。超高壓輸電會有很大的損耗，而利用超導(dǎo)體則可最大限度地降低損耗，但由于臨界溫度較高的超導(dǎo)體還未進(jìn)入實(shí)用階段，從而限制了超導(dǎo)輸電的采用。隨著技術(shù)的發(fā)展，新超導(dǎo)材料的不斷涌現(xiàn)，超導(dǎo)輸電的希望能在不久的將來得以實(shí)現(xiàn)。<二>、納米材料１９５９年，諾貝爾獎獲得者、被認(rèn)為繼愛因斯坦之后最為睿智的理論物理學(xué)家—理查得·費(fèi)因曼教授提出：物理學(xué)的規(guī)律不排除根據(jù)人類意愿一個原子一個原子制造物品的可能?！笨茖W(xué)家在一小片鎳晶體上用35個氙原子寫出字母“IBM”在掃描隧道顯微鏡下，科學(xué)家將48個鐵原子排列在銅表面上，形成一個圓形圍欄納米超晶格想象中的納米“機(jī)器人”計算機(jī)芯片中的納米導(dǎo)線納米機(jī)械零件藥物做成納米顆粒將來人們可以用納米技術(shù)一個一個地將原子組裝起來制成各種納米機(jī)器納米鏡面納米(nm):納米是長度單位，1nm=10-9m相當(dāng)于萬分之一頭發(fā)的粗細(xì).納米技術(shù):是指通過直接操縱單個原子、分子來組裝和制造物質(zhì)的技術(shù)。納米材料:在納米量級內(nèi)調(diào)控物質(zhì)結(jié)構(gòu)制成的具有特異性能的材料.當(dāng)物質(zhì)顆粒小到納米量級后，這種物質(zhì)就可被稱為納米材料。神奇的是同一種物質(zhì)，因?yàn)闃?gòu)造上以納米為單位的變化，其物理性能與化學(xué)性質(zhì)便會產(chǎn)生意想不到的巨變。

納米材料具有許多奇異的特性，比如，原來是導(dǎo)體的銅等金屬，在尺寸減小到幾個納米時就不導(dǎo)電了；而絕緣的二氧化硅等，當(dāng)尺寸減小到幾個納米或十幾個納米時，電阻會大大下降，失去絕緣體特性，變得能夠?qū)щ?。通常性況下陶瓷是脆性材料，因而限制了它的應(yīng)用范圍，而納米陶瓷卻變成了韌性材料，在常溫下能彎曲，不怕摔，堅固無比。正因?yàn)榧{米材料具有獨(dú)特的性質(zhì)，因此它可能存在奇妙的應(yīng)用前景。我們每個人在脫衣服時都曾有過被靜電所擾的經(jīng)歷，而應(yīng)用納米技術(shù)，在化纖布料中加入少量的金屬納米微粒就可以使這一問題迎刃而解，而且將納米顆粒放到織物纖維中去，做成的衣服不沾水又