材料世界

(一)导体、绝缘体、半导体1．容易导电的物体叫做导体，如各种金属、酸碱盐的水溶液、铅笔芯、人体、大地等是导体。2．不容易导电的物体叫做绝缘体，如纯净的水、空气、塑料、橡胶、玻璃、陶瓷等是绝缘体。3．导电性能介于导体和绝缘体之间的一类物质，如锗、硅、硒以及金属氧化物和硫化物等都是半导体。辨析　导体和绝缘体的区别是由于内部的导电机制不同。导体内部有大量的可以自由移动的电荷，例如金属导体内部有大量的自由电子，酸、碱、盐的水溶液中有大量的正、负离子。当导体两端加有电压时，这些热运动的电荷就在电压作用下定向移动形成电流。绝缘体中可以自由移动的电荷很少，一般情况下，绝缘体两端加上电压也不能形成电流。导体和绝缘体之间并没有绝对的界限。当条件改变时，绝缘体也可以成为导体，例如玻璃在温度升高时，其导电的能力也逐渐增强。(二)磁性材料1．硬磁材料：又称永磁材料。它适用于制作永磁铁，可制造磁电式仪表、扬声器、录音机中的永磁铁芯。2．软磁材料：容易磁化也容易去磁，可用作变压器、电动机、发电机的铁芯材料，电子产品中的各种磁性元件。3．磁记录材料：用于录音、录像等方面。嘲物质属性有：颜色、气味、状态、形状、弹性、硬度、延展性、磁性、导电性、金属非金属等，进行物质分类时，可把某一属性相同的物质作为一类。物质常用分类方法：按固态、液态、气态分类；按导电性分类；按是否有磁性分类；按是否属于金属分类，按是否属于纯净物分类。(三)新材料1．纳米材料：纳米是长度单位，一纳米为十亿分之一米。当材料的微粒小到纳米尺寸时，材料的性能就会发生显著的变化。这一类材料称为纳米材料。如纳米电子器件尺寸更小、运算速度更快、耗能更少。2．超导材料：某些导体在温度降低到一定值时，其电阻会突然变为零。材料的这种特性称为超导性，具有超导性的材料叫做超导材料。利用超导体的零电阻特性，可以大大降低导线输电过程中电能的损耗；电动机、发电机中的线圈用超导材料，可以大幅提高其功率和效率。例1　现有六种物品：铁钉、玻璃、铅笔芯、水银、橡胶棒、陶瓷片。小明将它们分成两类，如下表所示。则小明是按照物质的哪种物理属性进行分类的(    )1    第一类    第二类1铁钉  铅笔芯  水银玻璃  橡胶棒  陶瓷片a．密度    b．磁性c．硬度    d．导电性变式题　汞、橡胶、金刚石这些物质中，常温下呈液态的是_________，适宜用做冲击钻钻头的是_______。汞的温度降低到一269 时会出现超导现象，在超导情况下用汞作为大电流的传输导线时，汞导线_________(填“会”或“不会”)消耗电能。例2　铝合金因具有坚固、轻巧、美观、易于加工等优点而成为多数现代家庭封闭阳台时的首选材料。这与铝合金的下列物理性质无关的是(    )a．较小的密度    8．较大的硬度c．良好的导电性    d．较好的延展性变式题　不同的材料，有不同的物理性质，不同条件和环境，对材料的物理性质要求不同。消防队员们所穿的消防服就应具备某些特殊性质。若让你设计消防服装，请根据学过的物理知识，对制造消防服装的材料应具备的物理性质提出要求。(至少提三项)

例3　下列材料属于半导体

材料的是    (    )

    a．铜    8．石墨

    c．橡胶    d．硅

    变式题　有一种“隐形飞

机”，可以有效避开雷达的探测，秘密之一在于它的表面有一层特殊材料，这种材料能够——(填“增强”或“减弱”)对电磁波的吸收作用，秘密之二在于它的表面制成特殊形状，这种形状能够——(填“增强”或“减弱”)电磁波反射回雷达设备。

例4              下表列出了常见几种合金的成分及主要性质。

名称  高速合金钢    武德合金  镍铬合金成分含铬3.8％一4.4％，钨11％ 19％，钒等含铋50％，铅25％，锡、铬各12.5％含镍80％，铬20％1生质耐磨，硬度大熔点很低(70 )熔点高，电阻大

  根据上表提供的信息，你认为电炉丝应选用_____丝绕制而成，加工零件用的刀具、钻头应选用

____制成(本题选填合金名称)。

  变式题　钢筋水泥混凝土和沥青混凝土两类材料，考虑到桥墩的坚韧性，应选用_______，而考虑到桥梁桥面的抗疲劳性，应选用______。

    例5　磁悬浮列车——人类理想的交通工具。

    磁悬浮列车是运用磁铁的性质，使列车完全脱离轨道而悬浮行驶的“无轮”列车，时速高达几百公里。磁悬浮列车稳定性高，维修简便，能源消耗低，噪音小，当磁悬浮列车时速达300公里以上时，噪声还只有65分贝，比汽车驶过时的声音还小，是一种名副其实的绿色交通工具。我国和一些欧美国家正在研究开发新型磁悬浮列车。如图2—5—1所示是我国XX年在上海下线营运的磁悬浮列车。

图2—5—1．

    1987年，日本完成了超导体磁悬浮列车的原型车，最高时速为420公里。车上装备的超导体电磁铁与地面槽形导轨上的线圈相互作用，使车体上槽形导轨两侧的线圈与车上电磁铁之间相互作用，从而产生牵引力使车体一边悬浮一边前进。

    目前，美国正在研制地下真空磁悬浮超音速列车。这项计划要求首先在地下挖出隧道，铺设管道，然后抽出管道中的空气，让超导磁悬浮列车在接近真空状态下行驶。这种神奇的“行星列车”若以设计的最高时速横穿美国大陆行驶7500公里的距离，只需20分钟时间，而喷气式客机则需5小时。

    展望未来，随着现代高科技的发展，高速、平稳、安全、无污染的磁悬浮列车，将成为21世纪人类理想的交通工具。

    阅读上面的资料，完成下面的问题：

    (1)让磁悬浮列车悬浮，是利用了磁铁的  异名磁极相吸引，同名磁极相排斥  性质。

    (2)磁悬浮列车要用到电磁铁，这是因为电磁铁与永磁体相比较，电磁铁具有  电磁铁能控制磁性的有无、强弱、极性的优点。电磁铁的线圈一般用超导体材料(电阻小到可以忽略)绕制，原因是：  超导体电阻很小，能产生很大的电流，能使电磁铁产生很强的磁场  。

    (3)下列关于磁悬浮列车的说法正确的是(  ad)

    a．列车悬浮是为了大大减小列车与轨道之间的摩擦

    b．让列车在真空中行驶是为了减小列车的重力

    c．让列车在地下挖出的隧道中行驶的目的是减小列车的重力

    d．让神奇的“行星列车”在接近真空状态下行驶是为了减小空气对列车的阻力

    (4)磁悬浮列车与普通内燃机列车相比较，主要有哪些优点和缺点?

    答案  优点：速度快、无污染、噪声小等；缺点：造价昂贵，制造难度大，遇到障碍时有安全隐患等。

    (5)美国正在研制的“行星列车”，它的最高设计速度为每小时多少公里?它的速度是喷气式客机的多少倍?  答案　22500公里；15