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1、从 性的角度，我 把材料分 体、 体， 有半 体。那么， 有没有 性更 奇特的材料呢？143 超导极其应用【教学目的】1、知道什么是超 象，了解相关名 2、了解超 的 史，知道一些重要的物理事件3、知道超 的 用，激 勇于探索前沿科技的精神【教学重点】超 象和 用【教学 点】 温度T C 和材料的必然 系【教具】投影 【教学 程】、复 引入金属 体的 阻率一般都会随着温度的升高而升高，随着温度的降低而降低，当温度降到足 低的 候，情形会怎 呢？前面我 从理 的角度解 阻定律 曾 ，促使 子定向移 的因素是什么？学生： 力。制 子定向移 的微 因素是什么？学生： 子的 运 。那么我 是不是可以
2、， 当温度足 低， 运 很微弱的 候， 子受到的阻碍作用会非常非常小呢？下面大家从事 的角度、 史的角度、材料的角度， 有 用的角度 一下教材P156157的内容， 完 后， 同学 作相关的 学生 学生 一、超 象超 象：大多数金属在温度降到某一数 ，都会出 阻突然降 零的 象 温度： 体由常 成超 状 的温度，用TC 表示。* 两种 型的超 体： a、常 金属超 体； b、合金超 体，有两各 温度，而且在两个 温度之 ，磁效 和 效 会出 “不一致”的情形。二、超 的 史年份科学家材料 温度 TC1911（荷）昂尼斯汞4.2K至 1986 上半年23K1986 年 7 月 氧化物35K198
3、7 年 2 月美、中 氧化物90K第1页共 4页1992 年初125K* 三、超导的相关研究1、迈斯纳效应把温度T T c 的超导体放入磁感应强度为B0BC的外磁场中，超导体内部的磁应强度等于0；如果是在T T c 时，加 B0BC 的外磁场，再降温到TC以下时，超导体内的磁感应强度B 也变为 0，即磁场被“排挤”出超导体外这表明超导体是“完全抗磁体”，超导体的完全抗磁效应是迈斯纳和奥森费尔德在1933 年发现的，现在称为迈斯纳效应。2、约瑟夫森效应（超导隧道效应）1962 年，英国剑桥大学的研究生约瑟夫森从理论上预言：当两块超导体 （ S）之间用很薄 （ 10300A ）的氧化物绝缘层（ I
4、 ）隔开，形成 S I S 结构，将出现量子隧道效应这种结构称为隧道结，即使在结的两端电压为0 时，也可以存在超导电流这种超导隧道效应现在称为约瑟夫森效应约瑟夫森从结论上证明超导隧道结的一些奇特性质例如，当两端电压V 不等于 0 时，会出现一个高频振荡的超导电流，它的频率f 满足关系式f =4ne Vh其中 e 为基本电荷， h 为普朗克恒量 这时隧道结好像一根能辐射电磁波的天线；反之，当频为f 1 的外界电磁波辐射到结上时，它的能量会被结吸收， 从而在直流I-V曲线上引起一系列电流台阶，如右图所示，其中第n 个台阶处的电压满足关系式nhVn =4 e f 1约瑟夫森的预言不久就被实验证实，这
5、为一门新学科超导电子学奠定了基础，他因此而获得 1973 年诺贝尔物理学奖3、同位素效应1950 年，麦克斯韦和雷诺等人用实验证明，临界温度 T 与样品的同位素质量M 有关，M 越大，C1TC 越低，其关系可以用近似公式M 2TC = 常数来表示，这说明超导现象的形成与原子核的质量有关。4、超导体比热在临界温度的不连续性实验表明，超导体在临界温度 TC 时，比热发生不连续的变化，超导态的比热大于正常态的比热，但从正常相变为超导相时，没有吸收或放出潜热，这称为第二类相变。四、超导的应用1、优越的超导电机普通发电机组中的材料载流量十分有限，由于电路中有电阻，总要发热， 因此既不经济又不安全。用超导
6、体制造电机，完全不发热，可以提高载流量，据专家计算，用超导体制作电机，功率可以提高几十倍。2、省电的超导电路第2页共 4页普通的电路由于输电线的耗能严重， 必须经过升压、 降压的程序， 而且也不可能作到完全不损耗。超导体导线则能完全解决这个问题。3、精密的超导仪器一些精密的仪器，如核磁共振仪、电子显微镜等对磁场有非常严格的要求（强度要高、稳定性要高、磁感线分布要理想，有时还要求很大的尺寸） ，普通的材料很难达到要求，超导则能解决这个问题。4、神速的超导计算机把超导体应用于计算机将会迎来科学史上的一次重大革命。理论研究表明： 应用约瑟夫森效应制成超导器件，其开关速度可以比当前使用的半导体集成电路
7、快十几二十几倍，而且它消耗的电能只有现在普通计算机的1% 。5、超导磁悬浮列车在超导磁悬浮列车的研究中走在最前列十日本。1962 年，日本着手设计磁悬浮列车，但当时是利用正常导体产生的磁场时速达到307.8km/h，1997 年，日本又试制了超导磁悬浮列车，关键部分是由两组超导电磁铁构成的，它们能提供极强的磁场，使列车的速度达到500km/h 。四、小结本节讲了超导的概念、名词，相关的物理学史，展望了超导的应用前景。值得注意的是，超导是一门前沿科学，还不是很成熟。大家通过学习也看到了，超导要真正走上产业化，道路还比较漫长，所以还有待我们积蓄实力、挑战未来。希望同学们树立远大志向，争取能够在不久
8、的将来改写历史。五、作业布置阅读教材；上网查询有关超导的内容；学海导航物理（下） P78“巩固提升”A 组，做在书上【板书设计】见带框字符，即是板书计划。【教后感】【阅读】磁场对超导体的影响磁场对超导体的影响与超导体的材料有关（ 1）外加磁场强度超过一定值时，可以破坏超导电性破坏超导体所需的最小磁场叫临界磁场其磁感应强度用 BC 表示，用 BC0表示绝对零度时的临界磁场，则大多数金属超导体的临界磁场BC与温度 T 的近似关系是：（ 3）磁致超导性 1962 年，物理理论家 V Jacarino 和 MPetar 预言，可能在某些物质中会发生与外磁场破坏超导性相反的情形， 用磁场可诱发超导状态 二十年后，日内瓦大学的 Fischer和他的同事们用铕化合物制造出一系列磁致超导体，他们所得到的材料的性质，与理论预言精确地符合。第3页共 4页第4页共 4页