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第四節 超導體

第四節 超導體

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(一)教材 人教社九年義務教育初中物理第二冊

(二)教學目的

1.常識性了解什么叫超導現象,超導體和超導轉變溫度.

2.常識性了解發現超導體的意義.

3.常識性了解超導的歷史和最新發展.

(三)教具

圓環形磁體四個,絕緣支座一個.

(四)教學過程 

1.復習

什么叫導體的電阻?導體的電阻跟哪些因素有關?

2.引入新課

金屬的電阻隨溫度的升高而增大,當金屬的溫度降低時,它的電阻減小.1911年,荷蘭物理學家昂內斯在測定水銀在低溫下的電阻值時發現,當溫度降到-269℃左右時,水銀的電阻變為零,這種現象叫超導現象.

3.進行新課(以講授的方式進行)

(1)超導

①超導現象:當溫度降到某一溫度時,金屬的電阻變為零的現象.

②超導體:能夠發生超導現象的物質,叫做超導體.(注意:不是所有物體都會發生超導現象)

③超導轉變溫度(又叫超導臨界溫度):物質的電阻降到一定溫度時,才會出現超導現象,物質電阻變為零的溫度叫做超導轉變溫度,用Tc表示.

幾種超導體的超導轉變溫度(Tc).

鋁:-271.76℃.鉛:-265.97℃.錫:-269.43℃.水銀:-268.99℃.鎢:-273.14℃.

(2)超導體的應用前景

因為超導體在很低的溫度下才會發生超導現象,目前超導體還不能在常溫下應用于實際生產和生活中,只應用于科學實驗和高新技術中.如果能應用于實際,會給人類帶來很大的好處.舉幾例如下:

①輸電導線利用超導體,可以大大降低輸電的電能損耗.

②如果把發電機和電動機的線圈用超導體制成超導線圈,可以使發電機和電動機的質量減小,功率增大,效率提高.

③利用超導體可制造出磁懸浮列車,它的速度可達幾百千米每時.

講授磁懸浮現象可做圖11所示的實驗.其中A、B、C、D是圓環形磁體,它的上、下兩個平面分別是兩個磁極.使相鄰的兩個圓環的南極和南極相對,北極和北極相對.由于排斥力使B、C、D三個圓環懸浮在空中,這種現象叫磁懸浮.

在磁懸浮列車中,有超導體制成的超導線圈,當發生超導現象時,線圈中電流可以達到很大的程度,強大的電流產生很強的磁性.地上有用超導線圈鋪設的軌道,跟列車底部超導線圈相對,它們產生的磁性都很強,相互正對的一面磁極相同,在強大的磁力作用下,列車懸浮在空中,列車向前運行時不受地面的摩擦阻力,只受到較小的空氣阻力,就使列車的速度能提高很多倍.

可用有關影片資料或參觀科技館使學生獲得直觀的認識.

(3)超導研究的歷史和發展前景

1911年,昂內斯首先發現水銀的超導現象.

1911年~1986年3月經過75年的努力,找到具有高轉變溫度的超導材料——鈮三鍺,Tc為-250℃.

1987年2月24日,我國宣布獲得Tc為~173℃以上的超導體.

1989年,我國已找到Tc為-141℃的超導體材料.

目前,各國科學家還在繼續研究Tc值更高的超導體材料,以將超導應用到生產和生活中去.

4.小結

超導的應用具有誘人的前景,所以各國科學家不斷努力研究,取得了很大的進展,在這一領域中,我國科學家做出了很大的貢獻,走在世界的前列.這堂課我們初步了解了什么是超導,在什么條件下才會出現超導現象,它的應用前景和發展情況.希望大家對這一領域發生興趣.

(五)說明

1.“超導體”這節課內容屬于常識性了解的知識.目的是使學生對“超導現象”這一科技領域中的最新研究情況和應用前景有所了解.因此講授本課內容不易過深,有的知識還要做到深入淺出.例如:輸電線路的電能損失,可以用挑一擔水作比喻,在路上灑的越多,挑回去的水就越少.

2.關于“磁懸浮”和磁懸浮列車,可以用掛圖,實驗講解,最好配合有關影片資料和參觀科技館里的磁懸浮列車的模型,以獲得較好的教學效果.

3.有關超導體方面的研究,將不斷會有所報道,講授時應不斷補充有關內容,使學生獲得最新的信息.

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