超导电现象与超导体
超导电现象与超导体
超导电性是某些物质在低温下出现的电阻为零和排斥磁感线的现象，这类物质称为超导体．
1911年，荷兰物理学家昂里斯发现，当温度降到4.2K时，水银的电阻突然消失，第一次发现了超导电现象．水银电阻随温度变化的实验曲线如图1所示．从图中可以看到，当温度T＞T1时，水银具有通常的导电性，处于正常态；当T＜T2时，水银的电阻完全消失，进入超导态．T1是从正常态向超导态转变的拐点处的温度，称为起始转变温度．T2是电阻完全消失的温度，称为零电阻温度．以后，人们又相继发现了28种元素在常压下、15种元素在高压下，具有超导性，五千多种合金和化合物也具有超导性，其电阻率随温度的变化也有类似于图1的曲线．
超导体的理想导电性和完全抗磁性是超导体的两个独立而又相互联系的基本性质，常用来作为确定物质是否具有超导性的判据．
理想导电性处于超导态下的超导体的电阻极小，在目前的测量精度内测不出来，说明其电阻率的上限为10-27Ω·m，仅为室温下铜的电阻率（1.67×10-8Ω·m）的千亿亿分之一，完全可以视为零．美国麻省理工学院在磁场中放上用超导材料做成的环，待环冷却至超导态后把磁场撤消，由于电磁感应在环中激起感应电流，经过两年半时间的观测，没有发现环中电流所激发的磁场有明显的衰减，说明电流无明显衰减．因此，可以设想，超导体内部一旦有电流通过，几乎会永远流下去．电流流动时没有能量损失，这样就可以把目前输电线路上损失掉的30%的能量节约下来，减少变电设备上的巨大投资和由于高压输电引起的火灾、触电等事故．如果把发电机的统组线圈换成超导体，就可做成体积小、重量轻、噪音低、功率大的发电机．利用超导体，日本在1987年还研制出了效率很高的容量为72千伏安的世界上最大的交流变压器，效率达98%．
因为超导体没有因线圈过热而被烧坏的担忧，可以通过强电流，（不能超过临界电流密度，即能够维持超导态，在超导体中流过的最大电流密度J c）以产生数十万高斯的磁场．可用它做成体积小、重量轻、稳定性好、均匀度高、易于启动、能长期运转、能量损失极少的超导磁体．例如要造一个能产生10万高斯的强磁场，要用内径为0.9m的螺线管，若采用铜线并用水冷却，所需消耗的功率为6万千瓦，冷却水用量为每秒10吨．若采用液氦温度的超导体，只需消耗10千瓦的功率来制造液氦，仅是利用铜导体的六千分之一；若采用液氮温区的超导体，则更省得多．这些超导磁体可用于高能加速器、受控热核反应等需要强磁场的地方，或储存能量，或利用它所产生的磁场梯度大的特点净化废水等．超导磁体还可用于
磁流体发电，也就是把气体加热电离，通过位于强磁场中的平行极板之间的区域，依靠洛仑兹力的作用使正负离子向两极板偏转，产生电动势．据测算，磁流体发电可使燃料利用率达60%，大大高于普通发电厂的40%的效率．1961年，昆兹勒等人首次用Nb3Sn线材绕成第一个强磁场超导磁体，可产生7万高斯的磁场．
完全抗磁性在电磁学中，我们把抗磁质内部磁感应强度小于外加磁感应强度的性质称为抗磁性．1933年，德国物理学家迈斯纳和奥克森费尔特发现，当超导体进入超导态后，超导体周围的磁感应线分布会发生变化，使超导体内部的磁感应强度接近为零，这种现象称为理想抗磁性．超导体在磁场中的理想抗磁性很类似于静电场中导体内部电场为零的情况．导体对静电场有屏蔽作用，电场线不能穿过导体进入（或穿出）导体；同样，超导体对磁场也有屏蔽作用，磁感线也不能穿越超导体，可用于进行磁屏蔽．超导体的理想抗磁性说明超导体本身可被视为一个磁体．若将其置于一外磁场中，为保证超导体内部磁感为零，超导体与外磁场必然形成同极性相对，如图2所示，由于同性相斥所形成的斥力可抵消重力的作用，使超导体悬浮于空中，日本已利用这一性质做成悬浮列车，速度达到每小时577公里．
绝缘层，组成一个SIS结，则绝缘层也会变成超导体，流过的电流是超导电流．只有当绝缘层内通过的直流电流不大于临界电流（约为10mA数量级以下）时才表现出超导性，故把这一现象称之为微超导电性．当SIS结中直流电流超过临界电流时，理想导电性消失，结上出现一个有限大小的电压，这时通过薄绝缘层的电流是正常电流．
因为SIS结两端电压在超导态时为零，在正常态时电压为V，这两个不同的状态可以表示1和0，用作计算机元件．这两种状态之间的转换很快，仅需8×10-11秒，用它组成双稳态触发器的翻转时间为4×10-10秒，比用晶体管的翻转时间要小得多．科学家们正致力于这方面的研究．将来，以SIS结为元件的计算机问世以后，计算速度将会提高10—100倍．利用SIS结还可组成超导量子干涉器件，用于测量磁场，精度可达10-11高斯；测量电压，精度可达10-15V；测量电流，精度可达10-8A；测量位移，精度可达10-15m，并且有灵敏度高、噪音小、功耗小和响应速度快等优点．此外，还可用于超低温测量、地质探矿、研究地质年代的构造等．
自发现超导现象后，人们不断从理论和实验两方面进行研究，进一步寻找高临界温度的超导材料．但从1911年到1986年几十年进展甚微，直至1986年—1987年间，才形成世界范围内的超导热．一方面是研究高临界转变温度的超导材料，并在金属陶瓷氧比物，如钡镧铜、钡钇铜、镧锶铜氧化物等上取得了突破．1986年1月发现了30K的超导材料；12月15日美籍科学家朱径武在40.2K发现了超导转变；12月26日中科院物理所赵忠贤等获得转变温度为48.6K的超导材料；12月30日朱径武在52.5K发现了超导转变；1987年2月又把它提高到98K；2月24日赵忠贤等获得起始转变温度在100K以上、零电阻温度为78.5K的超导材料，实现了液氮温区的超导体；3月中国科技大学获得起始转变温度为215K的材料，1989年2月制成零电阻温度为132K的铋铅锶锑钙铜氧超导体．
另一方面，自1987年4月开始，超导研究的重心转向超导机制的理论探索和应用技术的开发．在应用方面主要解决临界电流偏低，材料脆等问题．1990年4月，北京有色金属
研究总院成功制成了在2T强磁场下，临界电流密度达2.38×104A/cm2；7月上海冶金所采用熔融结构法研制成功钇钡铜氧块状超导材料，在77K、2.5T磁场下，电流密度超过4×104A/cm2．在世界处于领先地位；美国贝尔实验室采用快中子辐照氧化钇钡铜单晶体，使临界电流密度提高了100倍，达6×105A/cm2．美国马萨诺萨理工学院用在超导材料中掺入银等加热处理的方法，解决了材料脆的问题，使强度比超导陶瓷提高10倍，适于用作输电线．我国则早已制成零电阻温度为83.7K的超导线材和零电阻温度为77K的超导薄膜．1989年日本研制出第一台以SIS结为元件的电子计算机，运算速度达每秒10亿次，功耗6.2mW，仅为常规电子计算机功耗的千分之一．可以预见，在不远的将来，随着超导技术的广泛应用必将给其它领域的科学、技术以及人们的生产、生活带来巨大的变化
离心现象及其应用全面版
离心现象及其应用全面版 一、本节教材分析教材首先从实际常见的案例中引出离心现象最后探究得到发生离心现象的条件和离心运动的定义，接着从生产、生活的实际问题中说明离心运动的应用和危害，充分体现了学以致用的思想。本节主要让学生了解离心现象产生的原因及其在生产上的应用，教学时要充分利用课本的素材，提高学生综合运用知识的能力。但是有些与离心运动有关的实际问题比较复杂，教学举例时应列举常见容易理解的例子。 二、教学任务分析本节课的三维目标制定如下： （一）知识与技能 1、知道什么是离心现象，明确物体做离心运动的条件。 2、能结合课本提出的问题具体分析，了解离心运动的应用和防止。 3、培养分析说理的能力，提高科学表述的能力。 （二）过程与方法 1、教师通过录像和多媒体课件演示，帮助学生分析离心运动产生的原因，激发学生用学过的向心力知识寻找本质规律。 2、学生通过观察实验现象，亲手操作离心实验来讨论研究，从而提高分析应用能力。 （三）情感态度与价值观
1、事物是一分为二的，有利也有弊，充分扬长避短，是一种科学态度，也是一种科学方法。 2、通过学生对几种离心机的使用和制作，把审美欣赏与操作有机结合，从而提高学生审美的感受力和鉴别力。重点难点疑点及解决办法如下：1﹑重点 理解离心运动的条件、知道离心运动的应用和防止．2﹑难点结合具体事例分析离心运动，融会贯通，举一反三．3﹑疑点离心运动是否是受到了“离心力”？4﹑解决办法由浅入深，由表及里，通过现象看本质．采用提出问题，引导学生分析和解决问题的方法，充分调动学生独立思考的积极性．三﹑学生特点及对应的教学方法1﹑学生情况分析兴趣的产生与好奇心和求知欲密切相关。好奇心是一种本能，当外界有什么新异的事物出现时，人总要去探究一下；求知欲是在好奇心的基础上发展起来的，是对知识的热烈追求；而兴趣就是在求知欲的基础上产生的，是推动学习的内在动力。所以在上课期间教师要利用各种手段来激起学生的兴趣和好奇心。2﹑教学用具与方法①用具：离心现象录像片﹑离心转台﹑小球﹑细线等。②方法：录像演示﹑动手实验﹑讨论与思考等。3﹑师生互动活动设计①教师通过录像和多媒体演示，帮助学生分析离心运动产生的原因．②学生通过观察、操作来讨论研究，提高分析应用能力．四﹑教学过程设计（一）激情引入师生共同展望xx年北京奥运会。录像播放。一起观看2004年雅典奥运会比赛片段（链球比赛）。提示学
※超导简介与超导材料的历史
神奇的超导：超导简介与超导材料的历史 神奇的超导 罗会仟周兴江 一、什么是超导？ 电阻起源于载流子（电子或空穴）在材料中运动过程中受到的各种各样的阻尼。按照材料的常温电阻率从大到小可以分为绝缘体、半导体和导体。绝大部分金属都是良导体，他们在室温下的电阻率非常小但不为零，在10－12 mΩ?cm量级附近。自然界是否存在电阻为零的材料呢？答案是肯定的，这就是超导体。当把超导材料降到某个特定温度以下的时候，将进入超导态，这时电阻将突降为零（图1），同时所有外磁场磁力线将被排出超导体外，导致体内磁感应强度为零，即同时出现零电阻态和完全抗磁性。超导态开始出现的温度一般称为超导临界温度，一般定义为Tc。微观上来说，当超导材料处于超导临界温度之下时，材料中费米面附近的电子将通过相互作用媒介而两两配对，这些电子对将同时处于稳定的低能组态，叫“凝聚体”。在外加电场驱动下，所有电子对整体能够步调一致地运动，因此超导又属于宏观量子凝聚现象。对于零电阻态，实验上已经证实超导材料的电阻率小于10－23 mΩ?cm，在实验精度允许范围内已经可以认为是零。如果将超导体做成环状并感应产生电流，电流将在环中流动不止且几乎不衰减。超导体的完全抗磁性并不依赖于超导体降温和加场的次序，也称为迈斯纳（Meissner）效应。一个材料是否为超导体，零电阻态和完全抗磁性是必须同时具有的两个独立特征。
超导态下配对的电子对又称库珀（Cooper）对。配对后的电子将处于凝聚体中，打破电子对需要付出一定的能量，称为超导能隙，它反映了电子间的配对强度。一般来说，超导态在低外磁场及低温下是稳定的有序量子态。超导体的一系列神奇特性意味着我们可以在低温下稳定地利用超导体，比如实现无损耗输电、稳恒强磁场和高速磁悬浮车等。正因如此，自从超导发现以来，人们对超导材料的探索脚步一直不断向前，对超导微观机理和超导应用的研究热情也从未衰减。随着对超导研究的深入，一系列新的超导家族不断被发现，它们展现的新奇物理现象也在不断挑战人们对现有凝聚态物理的理解，同时实验技术手段也因此得以加速进步，理论概念更是取得了诸多飞跃。已逾百年的超导研究，在诸多科学家的推动下，依旧不断展示新的魅力！ 金属Hg在4.2K以下的零电阻态
高温超导体基本特性的测量-物理试验
高温超导体基本特性的测量 1911年，荷兰物理学家昂尼斯（H.K.Onnes）发现，利用液氮把汞冷却到4.2K左右时，水银的电阻率突然有正常的剩余电阻率减小到接近零，以后在其它的一些物质中也发现了这一现象。由于这些超导体的临界温度T C很低，人们称这些需在液氦温区运行的超导体为低温超导体。1986年6月，贝德诺（J.G..Bednorz）和缪勒（K.A.Muler）发现金属氧化物Ba-La-Cu-o 材料具有超导电性，其超导起始转变温度为35K，在13K达到零电阻，这一发现时超导体的研究有了突破性的进展，随后美中科学家分别独立地发现了Y-Ba-Cu-O体系超导体，起始温度92K以上，在液氮温区，以后的十年间，还发现其他系超导体，常压下T C最高达133K，这些T C高于液氮温度的氧化物超导体称为高温超导体。 一、实验目的 1．（利用直流测量法）测量超导体的临界温度； 2．观察磁悬浮现象； 3．了解超导体的两个基本特性—零电阻和迈斯纳效应。 二、实验仪器 测量临界温度和阻值的成套仪器、迈斯纳效应成套仪器、计算机、CASSY传感器 三、实验原理 1．零电阻现象 处于绝对零度的理想的纯金属，其规则排列的原子（晶格）周期场中的电子的状态是完全确定的，因此电阻为零。温度升高时，晶格原子的热振动会引起电子运动状态的变化，即电子的运动受到晶格的散射而出现电阻Ri。然而，通常金属中总是含有杂质的，杂质对电子的散射会造成附加的电阻。在温度很低时，例如在4.2K以下，晶格散射对电阻的贡献趋于零，这时的电阻完全由杂质散射所引起的，我们称之为剩余电阻Rr，它几乎与温度无关。所以总电阻可以近似表达为 R=Ri(T)+Rr （1） 当温度下降到某一确定Tc（临界温度）时，物质的直流电阻率转变为零的现象被称为零电阻效应。临界温度Tc是由物质自身的性质所确定参量。如果样品结构规整且纯度非常高，在一定温度下，物质由常规电阻状态急剧的转变为零电阻状态，称之为超导态。如果材料化学成分不纯或晶体结构不完整等因素的影响，超导材料由常规电阻状态转变为零电阻状态是在一定的温度间隔中发生的。如图1，我们把温度下降过程中电阻温度曲线开始从直线偏离出的温度的温度称为起始转变温度。我们将电阻缓慢地变化部分（常规电阻状态下）拟合成直线Ⅰ，将电阻急剧变化部分拟合成直线Ⅱ，直线Ⅰ与直线Ⅱ的交点所对应的电阻为正常态
【高中物理】离心现象及其应用
离心现象及其应用 一、素质教育目标 （一）知识教学点 1．知道什么是离心现象,明确物体做离心运动的条件 2．能结合课本提出的问题具体分析,了解离心运动的应用和防止． （二）能力训练点 培养分析说理的能力,提高科学表述的能力． （三）德育渗透点 事物都是一分为二的,有利也有弊,充分扬长避短,是一种科学态度,也是一种科学方法．（四）美育渗透点 通过学生对几种离心机的使用,把审美欣赏与操作有机结合,从而提高学生审美的感受力和鉴别力． 二、学法引导 让学生动手去做各种离心演示实验,激发学生在结合学过的向心力知识寻找本质规律． 三、重点·难点·疑点及解决办法 1．重点 理解离心运动的条件、知道离心运动的应用和防止． 2．难点 结合具体事例分析离心运动,融会贯通,举一反三． 3．疑点 离心运动是否受到“离心力”？ 4．解决办法 由浅入深,由表及里,通过现象看本质．采用提出问题,引导学生分析和解决问题的方法,充分调动学生独立思考的积极性． 四、课时安排 1课时 五、教具学具准备 录像片：常见的离心现象． 课件：离心运动的应用和防止 多媒体设备 六、师生互动活动设计 1．教师通过录像和多媒体演示,帮助学生分析离心运动产生的原因． 2．学生通过观察、操作来讨论研究,提高分析应用能力． 七、教学步骤 （一）明确目的 （略） （二）整体感知 这一节课不是可有可无的课,要充分利用课本的素材,提高学生综合运用知识的能力．（三）重点、难点的学习与目标完成过程 1．离心现象 提问：物体为什么能做圆周运动？ 是因为物体受到向心力,向心力使物体维持在圆周轨道上,而不是沿圆周切线方向飞离轨道．
反问：如果向心力突然消失,会出现什么情况？ 学生议论． 演示录像片． 再问：如果合力不足于提供所需的向心力,会出现什么情况？ 演示录像片,学生议论． 小结：做匀速圆周运动的物体,在所受合力突然消失或者不足于提供圆周运动的所需的向心力的情况下,就做逐渐远离圆心的运动,这种运动称做为离心运动． 注意：离心运动的原因是合力突然消失,或不足以提供向心力,而不是物体又受到什么“离心力”． 2．离心运动的应用和防止 教学方法是：现看录像或课件,思考其中原因,互相议论交流． 注意学生表述的科学性,培养习惯,提问能力． 实例1：离心干燥器 实例2：洗衣机脱水 实例3：体温计甩水银柱 实例4：棉花糖的产生 实例5：汽车转弯 实例6：高速转动的砂轮 鼓励学生再举例说明离心运动的应用和防止 （四）总结、扩展 离心现象是一种常见的现象,要理解其产生的原因,并会用来解释有关的问题． 讨论：撑开的雨伞上附有雨水,转动伞柄,雨水会被甩去,试分析雨滴运动的轨迹． 八、布置作业 阅读课文 对雨伞甩雨水问题定量讨论：若已知伞柄半径为r,角速度为ω,高为h,求雨滴落到地面上的轨迹． 九、板书设计 离心现象及其应用 1．离心现象 2．离心运动的应用和防止 十、背景知识与课外阅读 潮汐产生的原因 到过海边的人都知道,海水有涨潮和落潮现象．涨潮时,海水上涨,波浪滚滚,景色十分壮观；退潮时,海水悄然退去,露出一片海滩．我国古书上说：“大海之水,朝生为潮,夕生不汐”．那么,潮汐是怎样产生的？ 古时候,很多资哲都探讨过这个问题,提出过一些假想．古希腊哲学家柏拉图认为地球和人一样,也要呼吸,潮汐就是地球的呼吸．他猜想这是由于地下岩穴中的振动造成的,就像人的心脏跳动一样． 随着人们对潮汐现象的不断观察,对潮汐现象的真正原因逐渐有了认识．我国古代余道安在《海潮图序》一书中说：“潮之涨落,海非增减,盖月之所临,则之往从之．”汉代思想家王充在《论衡》中写到：“涛之起也,随月盛衰”．他们都指出了潮汐与月球有关系．到了17世纪80年代,英国科学家牛顿发现了万有引力定律以后,提出了潮汐是由于月球和太阳对海水的吸引力引起的假设,从而科学地解释了潮汐产生的原因． 原来,海水随着地球自转也在旋转,而旋转的物体都受到离心力的作用,使它们有离开旋
传统超导体简介
2014年5月24日 传统超导体简介 LH·ZW 摘要：如今超导体在社会生产中扮演着越来越重要的作用，不管是急速发展着的电子工业 还是磁悬浮列车的发展都与超导体的发展息息相关。并且一直以来有着神秘色彩超导体在我们心目中都是高端得遥不可及的，而当今社会的发展却因之而大放异彩，所以对于超导体的机制及其应用我们还是应该学习的。 关键词：电磁学超导体零电阻现象迈斯纳效应超导发电磁悬浮列车 引言 超导体与电磁相关原理不无关系。超导体没有电阻是一材料宏观表现出来的性质，并且在我们现有的认知当中，当温度到达（升高或降低）该材料的某一临界值时，其温度会变为让人们一直以来都不为理解且震惊的零值，即是不可思议的没有电阻现象。且超导的最具特点与价值的是其完全导电性和完全抗磁性，由此使得其在社会生活生产中扮演着重要的角色。 一．超导体分类 现在对于超导体的分类并没有统一的标准，通常的分类方法有以下几种： ?通过材料对于磁场的相应可以把它们分为第一类超导体和第二类超导体：对于第一类超导体只存在一个单一的临界磁场，超过临界磁场的时候，超导性消失；对于第二类超导体，他们有两个临界磁场值，在两个临界值之间，材料允许部分磁场穿透材料。 ?通过解释的理论不同可以把它们分为：传统超导体（如果它们可以用BCS理论或其推论解释）和非传统超导体（如果它们不能用上述理论解释）。 ?通过材料达到超导的临界温度可以把它们分为高温超导体和低温超导体：高温超导体通常指它们的转变温度达到液氮温度（大于77K）；低温超导体通常指它们需要其他特殊的技术才可以达到它们的转变温度。 ?通过材料可以将它们分为化学材料超导体比如：铅和水银；合金超导体比如：铌钛合金；氧化物超导体,比如钇钡铜氧化物；有机超导体,比如：碳纳米管。 二．一般超导体（即第一类超导体）的微观机制 1.电阻成因：很多宏观现象可以从微观领域中得到解释。电流是导体中电子的定向移动。电子在原子间移动时，由于电子与原子核间的电磁力的作用，会引起原子振动。众所周知，在正常导体中，一些电子没有被束缚到个别原子上，而是可以通过正离子的晶格自由运动。而电流通过晶格运动时），特别是金属中电子与晶格缺陷碰撞散射，以及在运动过程中其会与晶格振动相互作用而带来宏观上的电阻现象（1）（2）。这就是电阻的成因。 2.超导形成：由电阻成因知我们欲形成超导则要使得那电磁力的作用得到消除进而使得原子消除振动，从而使得电阻为零形成超导。并且由科学研究知在低温下核外电子运转速率
超导现象原因
美国科学家找到物质为何具有“超导电性”原因- - 据太空新闻网10月28日消息，美国能源部国家实验室的科学家们在最新的研究中发现了一个新的现象，可以解释为什么物质在一定的清晰度条件下具有超导电性。所谓超导电性，是指物质在一定的温度条件下其电阻下降为零的现象。科学家们在研究超导化合物时发现，化合物内部电子的分布是不平均的，在电子分布稀少或者没有电子的地方会形成一个"空穴"，而这个空穴可能就是让物质具备超导能力的原因。科学家们的这一发现被发表在了10月28日出版的《自然》杂志上。 科学家们研究了由锶、铜和氧等成份组成了超导化合物(科学家们通常称之为SCO)，这种化合物是铜酸盐的一种。铜酸盐是含有铜氧化物的盐类物质的总称。在SCO超导化合物中，科学家们发现了一个"结晶体空穴"，它是由一些小的空穴按一定的规律严格排列而成的。科学家们表示，这些洞肯定发生了一些变化，就象电子，可能所有的电子都联系在了一起，也许这就是让化合物具有超导性能的原因所在。 负责这项研究的物理学家彼得·阿伯玛特表示，研究中发现的这咱结晶空穴是一种非常奇特的现象，它的形成是那些小的空穴相互之间直接作用的的结果。以此类推，科学家们认为其它的铜酸盐也有可能在一定的温度条件下具有超导性能。 SCO化合物的结构就象一个三明治，两层不同的铜氧化物当中夹着一层锶原子。在第一层中，铜氧化物的分子形状是呈长形的平行排列，而在另一层铜氧化物分子的分布是一种阶梯式的结构，其中就含有许多的晶体空穴。 晶体空穴实质上是物质内部电荷排列的一种形式。科学家们认为物质内部电荷排列方式是非常重要的，因为超导性能可能就是因为某种特殊的电荷排列而造成的或者说是当物质内部的电荷排列接近两种排列方式的界限时就会出现超导现象。科学家们目前正在对其它的拥有带状晶体空穴和其它一些磁性空穴的铜酸盐进行类似的研究。 阿伯玛特表示，我们认为结晶体空穴和电荷和条状分布是有关系的，尤其是在SCO化合物中，这种结晶体空穴是电荷分布的一种极端状态的表现，也就是说这种分布状态只能出现于铜氧化物呈梯状分子结构的那一层里，而不是在整个的铜氧化物层中。 阿伯玛特和他的同事们利用美国国家同步加速器光源发射出的X射线对SCO化合物进行了研究，观测了不同波长的X射线在SCO化合物中的反应。美国国家同步加速器光源是一个专门用来产生X射线、红外线和紫
物理前沿讲座——超导体
摘要：自1911年以来，陆续发现某些元素、合金、化合物或其他材料，当温度低于某临界温度T c以下时，电阻小到微不足道，这种现象称为超导电性。具有超导电下哦那个的材料成为超导体。1933年发现超导体具有抗磁性，这种现象称为麦斯纳（Meissner）效应。20世纪70年代发现的超导体主要是元素超导体（包括金属和半导体）和合金超导体，临界温度一般为几K，最高不超过30K,这些称为常规超导体。20世纪80年代以来陆续发现某些铜氧化物超导体，临界温度可达数十K甚至超过100K,这些称为高温超导体。由于高温超导体具有奇特特性和广阔的应用前景，因此，对高温超导现象的理论与实验研究有着重要意义，是当今凝聚态物理一个重要的前沿课题。 关键词：超导体迈斯纳效应BCS理论高温超导体 超导体的基本特征 1超导体的临界温度 我们把电阻突然消失的温度称为超导体的临界温度T C。到目前为止，人们发现周期表中相当一部分元素在各种条件下出现超导电性。 2超导体的临界磁场 用一个磁场加到超导体上之后，当磁场达到某一定值时，超导体就回复了电阻，回到了正常态。假如把磁场平行的加到一根细长的超导棒上，在一定的磁场强度下，棒的电阻突然恢复，使这个电阻突然恢复的磁场值称为临界磁场。 当外磁场强度增加到某一临界值H C时，超导体的导电性受到破坏，材料由超导态转为正常态，临界磁场H c与温度T有关，H c(T)的经验公式为 H C=H C(0)［1-（T/T C）2］[1] (T≦T C) 3临界电流 实验发现，当对超导线通以电流时，无阻的超流态要受到电流大小的限制，
当电流达到某一临界值I C之后，超导体将恢复到正常态，对大多数超导金属元素正常态的恢复是突变的，我们称这个电流为临界电流。 二、迈斯纳效应 1933年德国物理学家Meissner和Ochsenfeld对锡单晶球超导体做磁场分布测量时在弱磁场中把金属冷却进入超导态时的磁感应线似乎一下子被排斥出，保持体内磁感应强度等于零。 当材料处在超导状态时，随着进入超导体内部的增加磁场速度衰减，磁场主要存在于超导体表面一定厚度的薄层内。对于宏观超导体，若把这个薄层看成趋近于零，则可近似认为超导体内部磁感应强度B=0超导体有完全抗磁性，我们称之为理想迈斯纳态，不能理想化的状态称之为一般迈斯纳态。 三、Josephson效应 作为超导载体的Cooper对能以一定几率贯穿能垒,称此为隧道效应。例如,在两层超导物质间夹有厚度为纳米量级的绝缘层,若通过连线导入电流,该电流则以电阻为零的状态流动。 BCS理论的创立 1955年，巴丁应德国出版的《物理学手册》的邀请，写了一篇关于超导理论的述评．这使巴丁对当时的超导研究有了更全面的了解．这时，巴丁已经明确了超导现象的产生涉及3个关键因素：一是电子～声子相互作用；二是能隙的存在：三是速度空间的凝聚． 要真正建立微观理论。关键是要对超导态有一个清晰的物理图像．1956年春天，库珀不负众望，迈出了关键的一步，提出了超导理论所需要的额图像．库珀利用量子场论方法，直接从动力学的角度考虑相互吸引的直接作用，得到了费米面近旁两个动量和自旋都大小相等而方向相反的电子能结合成对。这种电子对被称为“库珀对”。库珀对的提出成为Bcs理论成功的关键．
离心现象及其应用
第二章 第三节 离心现象及其应用（导学案） 编制：李军润 审核：杨玉蓉、刘晋君 班级 第 组 姓名 ● 学习目标 （1）知道什么是离心现象。 （2）知道物体做离心运动的条件。 （3）能结合生活中的实例解释离心现象，知道离心运动的应用和危害的防止。 ● 预习案（15分钟） 一、教材助读：通过阅读教材完成下列填空 (1)做圆周运动的物体，在所受合外力 或 的情况下，就会做逐渐远离圆心的运动，这种现象称为离心现象。 (2)在实际中，利用离心现象工作的机械叫做 。 (3)物体做离心运动的条件。当物体所受的 突然消失或 不足以提供向心力时物体就做离心运动。 (4)离心运动的应用主要有 、 、 等。 (5)离心运动危害的防止的应用主要有 、 、 等。 ● 熟记规律—我思考、我收获 1.物体做离心运动的两种情况 （1）向心力突然消失时，物体沿切线方向飞出。此后物体若不受其他力作用，则物体做直线运动。 （2）当物体所受的合外力不足以提供物体做圆周运动所需向心力时，物体沿某条曲线做逐渐远离圆心的运动。 2.物体做离心运动的条件 (1) 物体做圆周运动时，由各种性质的力提供向心力F 供，由2 2v F m mR R ω==决定需要的向心力F 需，当=F F 需供时，物体就做圆周运动。 （2）当
（1） 汽车转弯时要限速：在水平路面上行驶的汽车，转弯时所需的向心力来源于静摩擦力。如果转弯时速度过大，所需的向心力F 大于最大静摩擦力2max mR F ω>，汽车将做离心运动而造成交通事故。因此，在转弯处，车辆行驶不允许超过规定的速率。 （2） 汽车过桥要限速：汽车过桥时的运动轨迹是一个圆周，在桥顶的向心力由重力和桥面的支持力提供，由于向心力的大小不可能超过重力的大小，所以汽车速度也有最大值。 （3） 转动的砂轮和飞轮要限速：高速转动的砂轮和飞轮等，都不得超过允许的最大转速，如果转速过高，砂轮和飞轮内部分子间的相互作用力不足以提供所需的向心力时，离心运动会使它们破裂，甚至酿成事故。 二、预习自测 1．下列说法中，正确的是 ( ) A ．物体做离心运动时，将离圆心越来越远 B ．物体做离心运动时，其运动轨迹一定是直线 C ．做离心运动的物体，一定不受到外力的作用 D ．做匀速圆周运动的物体，因受合力大小改变而不做圆周运动时，将做离心运动 2．关于洗衣机脱水桶的有关问题，下列说法中正确的是( ) A ．如果衣服上的水太多脱水桶就不能进行脱水 B ．脱水桶工作时衣服上的水做离心运动，衣服并不做离心运动 C ．脱水桶工作时桶内的衣服也会做离心运动，所以脱水桶停止工作时衣服紧贴在桶壁上 D ．白色衣服染上红墨水时，也可以通过脱水桶将红墨水去掉使衣服恢复白色 我们思考：脱水桶脱水时，当水滴所受力附着力不足于维持其做圆周运动所需的向心力时，水则脱离衣物使其变干。 3．下列关于骑摩托车的有关说法中，正确的是( ) A ．骑摩托车运动时，不会发生离心运动 B ．摩托车轮胎的破裂是离心运动产生的结果 C ．骑摩托车拐弯时摔倒一定都是离心运动产生的 D ．骑摩托车拐弯时速率不能太快，否则会产生离心运动向圆心的外侧跌倒 探究案 一、共同探究 1.离心现象 例1.（单选）下列关于离心现象的说法正确的是（ ） A .当物体所受的离心力大于向心力时产生离心现象 B .做圆周运动物体所受的外力都突然消失时做背离圆心的圆周运动 C .做圆周运动的物体所受的一切力都突然消失时它将沿切线做直线运动 D .做圆周运动的物体所受的一切力都突然消失时它将做曲线运动
超导现象和超流现象的关系
论超导现象和超流体现象的关系 ——灵遁者 我相信你和我一样，第一次听到超导概念的时候，是诧异的。竟然还有这样的现象，其实令我们诧异的现象，有很多很多的。只要你愿意去找，去发现，物理世界的奇妙，会伴随你一生。但很多令我们诧异的现象，我们也找到了原因。这就是人类的智慧。 1911年，荷兰莱顿大学的H·卡茂林·昂内斯意外地发现，将汞冷却到-268.98℃（4.2K）时，汞的电阻突然消失。后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，H·卡茂林·昂内斯称之为超导态。昂内斯由于他的这一发现获得了1913年诺贝尔奖。 首先电阻是描述导体导电性能的物理量，用R表示。电阻由导体两端的电压U与通过导体的电流I的比值来定义，即R=U/I。所以，当导体两端的电压一定时，电阻愈大，通过的电流就愈小; 反之，电阻愈小，通过的电流就愈大。因此，电阻的大小可以用来衡量导体对电流阻碍作用的强弱，即导电性能的好坏。电阻的量值与导体的材料、形状、体积以及周围环境等因素有关。 超导状态的导体称之为“超导体”。超导体的直流电阻率在一定的低温下突然消失，被称作零电阻效应。导体没有了电阻，电流流经超导体时就不发生热损耗，电流可以毫无阻力地在导线中形成强大的电流，从而产生超强磁场。 1933年，荷兰的迈斯纳和奥森菲尔德共同发现了超导体的另一个极为重要的性质——当金属处在超导状态时，超导体内的磁感应强度为零，却把原来存在于体内的磁场排挤出去。对单晶锡球进行实验发现：锡球过渡到超导态时，锡球周围的磁场突然发生变化，磁力线似乎一下子被排斥到超导体之外去了，人们将这种现象称之为“迈斯纳效应”。 迈斯纳效应于1933年被瓦尔特·迈斯纳与罗伯特·奥克森菲尔德在量度超导锡及铅样品外的磁场时发现。在有磁场的情况下，样品被冷却至它们的超导相变温度以下。在相变温度以下时，样品几乎抵消掉所有里面的磁场。他们只是间接地探测到这个效应；因为超导体的磁通量守恒，当里面的场减少时，外面的场就会增加。这实验最早证明超导体不只是完美的导电体，并为超导态提供一个独特的定义性质。 当一个磁体和一个处于超导态的超导体相互靠近时，磁体的磁场会使超导体表面中出现超导电流。此超导电流在超导体内部形成的磁场，恰好和磁体的磁场
超导体的电磁学性质及热力学解释
超导体的电磁学性质及热力学解释 超导电是在低温下具有广泛性的现象，现在已知道，有二十多种元素，大量的化合物，都在一定的临界温度下，转入所谓超导电状态。超导体与温度、磁场、电流密度的大小密切相关，这些条件的上限分别称为临界温度(critical temperature, Tc)、临界磁场(critical magnetic field, Hc)和临界电流密度(critical electric current density, Jc)。超导电性有两个最基本的特性：完全导电性和完全抗磁性。常压下，元素中超导临界温度最高的是Nb(9.26K)，最低的是Rh(0.0002K)。近年来人们始终在努力寻求临界温度更高的所谓高 Tc 超导材料，到目前为止，已经发现了三代高温超导材料，第一代为镧系高温超导材料，第二代为钇系高温超导材料，第三代为铋系、铊系及汞系高温超导材料。 1.超导体的电磁学性质 1.1 零电阻 1911年荷兰物理学家昂内斯(H.R.Onnes)在研究水银在低温下的电阻时，发现当温度降低至4.2K以下后，水银的电阻突然消失，呈现零电阻状态。昂内斯便把这种低温下物质具有零电阻的性能称为超导电性。 电阻是用灵敏电位计测量通过一定电流样品上的电压降而确定的，样品本身被浸在液氦中。当时发现 Hg 的电阻在 4.2K 左右陡然下降。实验证明，测量电流愈小，电阻变化愈尖锐，用足够小的测量电流能使电阻的下降集中发生在 0.01K 的狭窄范围内。在这个转变温度以下，电阻完全消失。 汞在液氦温度左右的电阻变化如下图所示。 上述检测方法由于仪器的灵敏度问题而受到质疑。Onnes利用“持久电流”实验解决了这个问题。在外磁场作用下，使环状的样品发生上述转变，然后撤去磁场，这时在环内产生感生电流。他发现当温度降到临界温度以下，用磁针在低温容器之外检验感生电流，结果在很长时间内，完全不能发现任何变化。而温度提高到临界温度以上时，电流立即消失。 总结大量的实验，可以认为已经完全确立，许多物质在一定的转变温度下，电阻完全消失，物质转变到所谓超导电状态。
超导技术及其发展历程
超导技术 超导技术的主体是超导材料。简而言之，超导材料就是没有电阻、或电阻极小的导电材料。超导材料最独特的性能是电能在输送过程中几乎不会损失。 1911年荷兰物理学家Onnes发现汞(水银)在4.2k附近电阻突然下降为零，他把这种零电阻现象称为超导电性。 海克·卡末林·昂内斯 海克·卡末林·昂内斯（Heike Onnes，1853年9月21日－1926年2月21日），荷兰物理学家，超导现象的发现者，低温物理学的奠基人。1853年出生于荷兰的格罗宁根，1894年创建了莱顿大学低温物理实验室，建立了大型液化气工厂，1904年液化了氧气，两年后又液化了氢气，并在1908年7月10日首次液化了氦气，以-269 °C(4K)刷新了人造低温的新纪录。1911年由于对物质在低温状态下性质的研究以及液化氦气，昂内斯被授予诺贝尔物理学奖。1923年，昂内斯退休，1926年在莱顿逝世。为纪念他，莱顿大学物理实验室1932年被命名为“卡末林·昂内斯实验室”。 汞的电阻突然消失时的温度称为转变温度或临界温度，常用Tc表示。在一定温度下具有超导电性的物体称为超导体。金属汞是超导体。进一步研究发现元素周期表中共有26种金属具有超导电性，它们的转变温度Tc列于表5-6。从表中可以看到，单个金属的超导转变温度都很低，没有应用价值。因此，人们逐渐转向研究金属合金的超导电性。表5-7列出一些超导合金的转变温度，其中Nb3Ge 的转变温度为23.2K，这在70年代算是最高转变温度超导体了。当超导体显示导材料都是在极低温下才能进入超导态，假如没有低温技术发展作为后盾，就发现不了超导电性，无法设想超导材料。这里又一次看到材料发展与科学技术互相促进的关系。低温超导材料要用液氦做致冷剂才能呈现超导态，因此在应用上受到很大的限制。 人们迫切希望找到高温超导体，在徘徊了几十年后，终于在1986年有了突破。（1）瑞士Bednorz和Müller发现他们研制的La-Ba-CuO混合金属氧化物具有超导电性，转变温度为35K。这是超导材料研究上的一次重大突破，打开了混合金
第九章 超导电性
第九章 超导电性 1911年荷兰物理学家昂内斯(H.R.Onnes)在研究水银在低温下的电阻时，发现当温度降低至4.2K 以下后，水银的电阻突然消失，呈现零电阻状态。昂内斯便把这种低温下物质具有零电阻的性能称为超导电性。1933年迈斯纳(W. Meissner)和奥克森菲尔德(R. Ochsenfeld)发现，不仅是外加磁场不能进入超导体的内部，而且原来处在外磁场中的正常态样品，当温度下降使它变成超导体时，也会把原来在体内的磁场完全排出去。到1986年，人们已发现了常压下有28种元素、近5000种合金和化合物具有超导电性。常压下，Nb 的超导临界温度T c =9.26K 是元素中最高的。合金和化合物中，临界温度最高的是Nb 3Ge ，T c =23.2K 。此外，人们还发现了氧化物超导材料和有机超导材料。 1987年2月，美国的朱经武等宣布发现了T c ～93K 的氧化物超导材料，同月21日和23日，中国科学院物理所的赵忠贤、陈立泉等人和日本的S. Hikami 等人也都独立地发现Y-Ba-Cu-O 化合物的T c ～90K 。中国学者率先公布了材料的化学成份。液氮温区超导材料的出现激起了全世界范围的对高临界温度超导材料研究的热潮。 发现超导电性是二十世纪物理学特别是固体物理学的重要成就之一。在超导电性领域的研究工作中，先后有九位科学家前后四次荣获诺贝尔物理学奖。 §9.1 超导电性的基本性质 物质由常态转变为超导态的温度称其为超导临界温度，用T c 表示。超导临界温度以绝对温度来度量。超导体与温度、磁场、电流密度的大小密切相关。这些条件的上限分别称为临界温度(critical temperature, T c )、临界磁场(critical magnetic field, H c )和临界电流密度(critical electric current density, J c )。超导电性有两个最基本的特性：完全导电性和完全抗磁性。 9.1.1 完全导电性 对于超导体来说，在低温下某一温度T c 时，电阻会突然降为零，显示出完全导电性。图9.1表示汞在液氦温度附近电阻的变化行为。在4.2K 下对铅环做的实验证明，超导铅的电阻率小于3.6×10-25Ω·cm ，比室温下铜的电阻率的4.4×10-16分之一还小。实验发现，超导电性可以被外加磁场所破坏，对于温度为T (T ＜T c ＝的超导体，当外磁场超过某一数值H c (T )的时候，超导电性就被破坏了，H c (T )称为临界磁场。在临界温度T c ，临界磁场为零。H c (T )随温度的变化一般可以近似地表示为抛物线关系： ?????????=21)(c co c T T H T H （9.1）
超导体物理教案
超导体物理教案 知识目标 了解超导体以及超导体在现代科学技术中的应用. 能力目标 通过超导体知识的学习，扩展知识面. 情感目标 知道超导体在现代以及未来科技中的重要性，学习科学家的坚韧精神. 教学建议 教材分析 教材从介绍昂尼斯发现水银超导现象的物理学史知识入手，讲述超导体的一般概念，基础知识. 进一步讲解超导的优点、缺点和目前科学家面临的问题. 教法建议 本节的教学要注重科技的联系，避免孤立的学习，要注意联系实际． 可以提出问题学生自主学习，学生根据提出的问题，可以利用教材和教师提供的一些资料进行学习． 也可以教师提出课题，学生查阅资料，从收集资料、信息的过程中学习，提高收集信息和处理信息的能力． --方案 【教学过程设计】 方法1、学生阅读教材，教师提供一些关于超导体的材料，教师提出一些问题，学生阅读时思考，例如：什么是超导体现象？采用超导体有什么经济效益？ 方法2、对于基础较好的班级，可以采用实验探究和信息学习的方法．实例如下 实验探究：可以组织学生小组，图书馆、互联网查阅有关超导体方面的资料，小组讨论，总结超导体的优点、缺点以及讨论超导体的未来发展方向. 【板书设计】
1．超导体 概念 超导现象 2．超导体的优缺点 3.我国的超导体的研究 探究活动 【课题】超导现象的历史 【组织形式】个人或学习小组 【活动流程】 制订子课题；制订查阅和查找方式；收集相关的材料；分析材料并得出一些结论；评估；交流与合作. 【参考方案】 1、尝试总结超导体的发展现况. 2、讨论超导体的未来发展趋势. 【资料来源】 1、图书馆、互联网查找资料. 2、交流，发现共性和差异. 感谢您的阅读。 祝语：还是那株山茶花，芬芳而美丽，那红色是天空的彩霞，是情人脸上的娇羞，是山谷中的胜景，是心里永远的秘密。
离心现象及其应用教学教案
离心现象及其应用教学教案Centrifugal phenomenon and its application teaching plan
离心现象及其应用教学教案 前言：本文档根据题材书写内容要求展开，具有实践指导意义，适用于组织或个人。便于学习和使用，本文档下载后内容可按需编辑修改及打印。 教学目标 知识目标： 1、知道离心运动及其产生的原因. 2、知道离心现象的一些应用和可能带来的危害. 能力目标： 1、培养学生应用理论知识解决实际问题的能力 情感目标 1、培养学生用理论解释实际问题的能力与习惯. 教学建议 教材分析 教材首先分析了离心现象发生的条件和离心运动的定义，接着从生产、生活的实际问题中说明离心运动的应用和危害，充分体现了学以致用的思想.
教法建议 学习离心运动的概念时，通过充分讨论，让学生明确几点： 第一：做圆周运动的物体，一旦失去向心力或向心力不足，都不能再满足把物体约束在原来的'圆周上运动的条件，这时会出现物体远离圆心而去的现象. 第二：可补充加上提供的向心力F大于物体所需向心力时，（），表现为向心的趋势（离圆心越来越近）这对学生全面理解“外力必须等于时，物体才可做匀速圆周运动”有好处. 第三：离心运动是物体具有惯性的表现，而不是物体受到“离心力”作用的结果.有些学生可能提出，“离心力”的问题，教师可以说明那是在另一参照系（非惯性系）中引入的概念，在中学阶段不予研究. 关于离心运动的应用和防止，可引导同学讨论完成. 教学设计方案 离心现象及其应用 教学重点：离心运动产生的条件
教学主要设计： 一、离心运动 （一）讨论：在光滑水平面上，用细绳系一个小球，使其在桌面上做匀速圆周运动.若细绳突然断了，小球将如何运动?若拉绳的力变小了，小球如何运动?若拉绳的力变大了，小球如何运动? （二）展示“魔盘”娱乐设施的动画资料 讨论：“魔盘”上的人所需向心力由什么力提供?为什么转速一定时，有的人能随之一块做圆周运动，而有的人逐渐向边缘滑去? （三）用提供的力与需要的向心力的关系角度解释上述现象，得到离心运动的条件和概念.（配合1） 二、离心运动的应用和防止： 可提出一些问题让学生讨论解决：如： （1）洗衣机的脱水筒中的衣物上的水滴，在脱水筒工作时，水滴需要的向心力由什么决定?提供的向心力由什么决定?什么情况下，水滴将被甩出?
超导现象简介
超导现象简介 超导现象：某些物质在温度降低到一定值时电阻会完全消失，这种现象称为超导电性。超导技术的开发和应用对国民经济、军事技术、科学实验与医疗卫生等具有重大价值。 具有超导电性的物质称为超导材料或超导体。超导材料包括金属低温超导材料、陶瓷高温超导材料和有机超导材料等。 发展概况：超导电性是荷兰科学家H.K.昂尼斯1911年发现的，他在做低温实验时，意外发现汞线冷却到4ZK时电阻突然消失了。随后科学家们发现许多金属、合金和金属间化合物也具有这种特性。1933 年，德国人W.迈斯纳发现超导体具有高抗磁性，使磁力线不能透人，人们称之为迈斯纳效应。1957年美国人J.巴丁、LN.库泊、J.R.施里弗共同提出超导微观理论(BCS理论)。1962年，英国人BD.约瑟夫森从理论上预言超导电流能够穿过一层极薄的绝缘体进入另一超导体，形成隧道超导电流。这种约瑟夫森效应随后为实验所证实。1986 年初，美国国际商用机器公司苏黎世研究所的K.A.马勒和J.G.贝诺斯发现，钡钢铜氧化合物在30K时呈现超导电性。这种陶瓷超导材料的发现，为超导技术的发展开辟了新的途径。1986年以前发现的超导材料是良导体金属、合金和金属间化合物，其临界温度最高不过232K，而马勒和贝诺斯发现的超导材料却是氧化物，临界温度比低温超导体高得多，对超导研究具有划时代的意义，世界各国对此都十分重视。1987年中国成立了超导技术专家委员会和国家超导技术联合研究开发中心，统一领导全国的超导研究工作;同年7月美国总统提出《总统超导倡议》，要求政府采取必要措施支持高温超导研究;日本政府和民间企业、大学制订了共同开发超导材料的计划。各国超导科学家以陶瓷材料为对象寻找高临界温度的超导材料，形成了一股世界性的超导研究热，忆钡铜氧化合物、秘锯钙铜氧化合物、铂钡钙铜氧化合物等高温超导材料不断涌现。自1986年以来，中国在高温超导技术攻关中取得了一系列重大成就，在某些领域达到了国际领先水平。超导材料特性超导材料最重要的特性是完全电导性和完全抗磁性。完全电导性是指在一定的温度条件下超导体的电阻为零，在这种状态下，超导体不仅可以无损耗地输送电流，而且在储存电能时也不会有损失。完全抗磁性是指材料一旦进人超导状态，磁力线就不能穿过超导体，其内部磁通量等于零。这两个特性是衡量
超导电现象与超导体
超导电现象与超导体 超导电性是某些物质在低温下出现的电阻为零和排斥磁感线的现象，这类物质称为超导体． 1911年，荷兰物理学家昂里斯发现，当温度降到4.2K时，水银的电阻突然消失，第一次发现了超导电现象．水银电阻随温度变化的实验曲线如图1所示．从图中可以看到，当温度T＞T1时，水银具有通常的导电性，处于正常态；当T＜T2时，水银的电阻完全消失，进入超导态．T1是从正常态向超导态转变的拐点处的温度，称为起始转变温度．T2是电阻完全消失的温度，称为零电阻温度．以后，人们又相继发现了28种元素在常压下、15种元素在高压下，具有超导性，五千多种合金和化合物也具有超导性，其电阻率随温度的变化也有类似于图1的曲线． 超导体的理想导电性和完全抗磁性是超导体的两个独立而又相互联系的基本性质，常用来作为确定物质是否具有超导性的判据． 理想导电性处于超导态下的超导体的电阻极小，在目前的测量精度内测不出来，说明其电阻率的上限为10-27Ω·m，仅为室温下铜的电阻率（1.67×10-8Ω·m）的千亿亿分之一，完全可以视为零．美国麻省理工学院在磁场中放上用超导材料做成的环，待环冷却至超导态后把磁场撤消，由于电磁感应在环中激起感应电流，经过两年半时间的观测，没有发现环中电流所激发的磁场有明显的衰减，说明电流无明显衰减．因此，可以设想，超导体内部一旦有电流通过，几乎会永远流下去．电流流动时没有能量损失，这样就可以把目前输电线路上损失掉的30%的能量节约下来，减少变电设备上的巨大投资和由于高压输电引起的火灾、触电等事故．如果把发电机的统组线圈换成超导体，就可做成体积小、重量轻、噪音低、功率大的发电机．利用超导体，日本在1987年还研制出了效率很高的容量为72千伏安的世界上最大的交流变压器，效率达98%． 因为超导体没有因线圈过热而被烧坏的担忧，可以通过强电流，（不能超过临界电流密度，即能够维持超导态，在超导体中流过的最大电流密度J c）以产生数十万高斯的磁场．可用它做成体积小、重量轻、稳定性好、均匀度高、易于启动、能长期运转、能量损失极少的超导磁体．例如要造一个能产生10万高斯的强磁场，要用内径为0.9m的螺线管，若采用铜线并用水冷却，所需消耗的功率为6万千瓦，冷却水用量为每秒10吨．若采用液氦温度的超导体，只需消耗10千瓦的功率来制造液氦，仅是利用铜导体的六千分之一；若采用液氮温区的超导体，则更省得多．这些超导磁体可用于高能加速器、受控热核反应等需要强磁场的地方，或储存能量，或利用它所产生的磁场梯度大的特点净化废水等．超导磁体还可用于
第十章 超导体的基本现象和基本规律
第十章 超导体的基本现象和基本规律 1超导体的正常态和超导态的吉布斯自由能的差为μ0Hc 2(T)，这里Hc 是超导体的临界磁场，说明在无磁场时的超导相变是二级相变，而有磁场时的相变为一级相变。 2二级相变 在发生相变时，体积不变化的情况下，也不伴随热量的吸收和释放，只是热容量、热膨胀系数和等温压缩系数等的物理量发生变化，这一类变化称为二级相变。二级相变的特点是，两相的化学势和化学势的一级偏微商相等，但化学势的二级偏微商不相等。因此在相变时没有体积变化和潜热(即相变热)。在相变点，两相的体积、焓和熵的变化是连续的。故这种相变也称为连续相变(continuous phase transition)。 在发生相变时，有体积的变化同时有热量的吸收或释放，这类相变即称为“一级相变”。 一级相变的特点是两相的化学势相等，但有体积改变并产生相变热。也就是说，在相变点，两相的化学势的一级偏微商不相等。 3简述超导体的两个主要特征。 4试根据超导Ｂ＝０，推导出超导临界温度和外加磁场的定性关系。 5超导体都有哪些主要的物理特征？ 6什么是超导的迈斯纳(Meissner)效应？ 7超导体两个最显著的物性特征是什么？ 8什么是第Ｉ类超导体、什么是第ＩＩ类超导体？二者的本质区别是什么？ 9第一类超导体与第二类超导体对于外磁场的响应有什么区别？ 10简述约瑟夫森（Josephson ）效应。 11在超导体内存在以费米能级为中心, 宽度为?2的能隙，给出超导- 绝缘体-金属结和超导体-绝缘体-超导体结(假设两侧超导体的能隙分别为12?和22?) 的隧穿电流随电压变化的关系
高中物理必修2离心现象及其应用2
离心现象及其应用2 教学目标 知识目标： 1、知道离心运动及其产生的原因． 2、知道离心现象的一些应用和可能带来的危害． 能力目标： 1、培养学生应用理论知识解决实际问题的能力 情感目标 1、培养学生用理论解释实际问题的能力与习惯． 教学建议 教材分析 教材首先分析了离心现象发生的条件和离心运动的定义，接着从生产、生活的实际问题中说明离心运动的应用和危害，充分体现了学以致用的思想． 教法建议 学习离心运动的概念时，通过充分讨论，让学生明确几点： 第一：做圆周运动的物体，一旦失去向心力或向心力不足，都不能再满足把物体约束在原来的圆周上运动的条件，这时会出现物体远离圆心而去的现象．第二：可补充加上提供的向心力F大于物体所需向心力时，（），表现为向心的趋势（离圆心越来越近）这对学生全面理解“外力必须等于时，物体才可做匀速圆周运动”有好处．
第三：离心运动是物体具有惯性的表现，而不是物体受到“离心力”作用的结果．有些学生可能提出，“离心力”的问题，教师可以说明那是在另一参照系（非惯性系）中引入的概念，在中学阶段不予研究． 关于离心运动的应用和防止，可引导同学讨论完成． 教学设计方案 离心现象及其应用 教学重点：离心运动产生的条件 教学主要设计： 一、离心运动 （一）讨论：在光滑水平面上，用细绳系一个小球，使其在桌面上做匀速圆周运动．若细绳突然断了，小球将如何运动？若拉绳的力变小了，小球如何运动？若拉绳的力变大了，小球如何运动？ （二）展示“魔盘”娱乐设施的动画资料 讨论：“魔盘”上的人所需向心力由什么力提供？为什么转速一定时，有的人能随之一块做圆周运动，而有的人逐渐向边缘滑去？ （三）用提供的力与需要的向心力的关系角度解释上述现象，得到离心运动的条件和概念．（配合课件1） 二、离心运动的应用和防止： 可提出一些问题让学生讨论解决：如： （1）洗衣机的脱水筒中的衣物上的水滴，在脱水筒工作时，水滴需要的向心力由什么决定？提供的向心力由什么决定？什么情况下，水滴将被甩出？ （2）在公路转弯处，为什么车辆行驶不允许超过规定的速度？