教学目的：
1、知道什么是超导现象，了解相关名词
2、了解超导的历史，知道一些重要的物理事件
3、知道超导的应用，激发勇于探索前沿科技的精神
复习＆引入：
金属导体的电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，当温度降到足够低的时候，情形会怎样呢？ 前面我们从理论的角度解释电阻定律时曾经说过，促使电子定向移动的因素是电场力。制约电子定向移动的微观因素是电子的热运动。
那么我们是不是可以这样认为，当温度足够低，热运动很微弱的时候，电子受到的阻碍作用会非常非常小呢？
下面大家从事实的角度、历史的角度、材料的角度，还有应用的角度阅读一下教材内容，作相关的总结： 一、超导现象
超导现象：大多数金属在温度降到某一数值时，都会出现电阻突然降为零的现象。
转变温度：导体由常态转变成超导状态的温度，用TC表示。
两种类型的超导体：a、常规金属超导体；b、合金超导体，有两各转变温度，而且在两个转变温度之间，磁效应和电效应会出现“不一致”的情形。 二、超导的历史
年份 | 科学家 | 材料 | 转变温度TC |
1911 | （荷）昂尼斯 | 汞 | 4.2K |
至1986上半年 | | | 23K |
1986年7月 | | 镧钡铜氧化物 | 35K |
1987年2月 | 美、中 | 钇钡铜氧化物 | 90K |
压线板1992年初 | | | 125K |
| | | |
三、超导的相关研究
1、迈斯纳效应
把温度T < Tc的超导体放入磁感应强度为B0<BC的外磁场中，超导体内部的磁应强度等于0；如果是在T < Tc时，加B0<BC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（10~30）的氧化物绝缘层（尼龙抛光轮I）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 = V
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f1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．
Vn = f1
约瑟夫森的预言不久就被实验证实，这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TC与样品的同位素质量M 有关，M 越大，TC 越低，其关系可以用近似公式TC = 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
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 。
五、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．
（单晶硅生产工艺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M·Petar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。
超导及其应用
人类的发展史上曾经兴起过三次技术革命的风暴，首次技术革命始于18世纪60年代，是以蒸汽机的广泛应用为标志，推动了社会工业化的大革命.第二次技术革命发生在19世纪70年代，是以电力的广泛应用和无线电通讯的发明为标志，把全球推进到了生产自动化的文明社会.第三次技术革命的掀起是在20世纪50年代以后，科学家们进行了一些重要的实验，以发现了原子结构、电子、原子核分裂产生原子能、电子计算机、激光的广泛应用为标志，把人类社会推向了高度智能化的高度文明年代.随着高温超导体的发现，科学家们凭着高度灵敏的科学灵感，第四次技术革命即将到来！
一、超导现象
1911年，荷兰物理学家昂尼斯发现，水银的电阻率并不象预料的那样随温度降低逐渐减小，而是当温度降到4.15K附近时，水银的电阻突然降到零.为了证实这一现象，他用磁铁在水银环路中感应出电流，经过长达一年多的观察发现，只要水银环路保持在4.15K的低温，环路中的电流就不会有能测量到的衰减，电流不断地沿着环路转起来，就像不知疲倦的一匹马一样.当温度降到某一温度时，金属的电阻变为零的现象叫超导现象，能够发生超
导现象的物质，叫做超导体．超导体由正常态转变为超导态的温度称为这种物质的转变温度(或临界温度) TC.现已发现大多数金属元素以及数以千计的合金、化合物都在不同条件下显示出超导性.如钨的转变温度为0.012K，锌为0.75K，铝为1.196K，铅为电子除垢器7.193K.而且超导临界温度的纪录不断地被打破，例如，1975年，有人发现铌三锗的超导临界温度为23.2K.1986年，又有人发现钡镧铜氧化物的超导临界温度为30K，这个现象引起了科学家对氧化物高温超导陶瓷的高度重视.1986年12月，中国科学院的赵忠贤研究组获得了起始转变温度为48.6K的锶镧铜氧化物.1987年2月，美籍华裔科学家、美国休斯敦大学的朱经武教授获得了起始转变温度为90K的高温超导陶瓷.1987年3月，中国科学院公布了起始转变温度为93K的8种钡钇铜氧化物.1988年，中国科学院发现了超导临界温度为120K的钛钡钙铜氧化物.这些成就显示了我国高温超导材料的研究已经名列世界前茅.
二、超导的应用
超导体临界温度的提高为超导体的应用开辟了广阔前景，随着超导理论的进一步完善和发展，超导体新材料的继续研制，超导必将对整个社会发展产生巨大的推动作用.
超导体的无电阻性在技术上有重大应用价值.目前由于电阻热效应在电能传输中造成的损失
约占总发电量的15％左右.可见，如果实现超导输电，可大大地提高电能的利用率.利用超导体这一性质，可以在导线中通过很大的电流，使电磁铁形成强大磁场.这样就可以把大功率变压器、大型电机的体积大大地缩小.超导体的无电阻性能大大地减小了微电子线路中热噪声，从而极大地提高电子仪器测量的灵敏度，还可以制成运算速度更快的超导体电子计算机.
风力发电机安装超导磁悬浮列车是一种高速、安全、无污染的新型列车.列车是靠着互斥原理悬浮于轨道上行驶，所以摩擦阻力很小，时速可高达几百千米以上，且磨损小，维修少，成本低，其能源消耗仅是汽车的一半.超导磁悬浮列车靠电力作动力运行，在轨道沿线不排放废气，无污染，是一种名副其实的绿交通工具.那么，这种列车是怎样悬浮起来的呢？原来，在每节车厢下边的车轮旁边都安装有小型超导磁体；在轨道两旁埋设有一系列闭合的铝环，在超导磁体的线圈中通入电流就会产生很强的磁场.列车开动后，超导磁体相对于铝环运动，在铝环里感应出很强的电流，并相应形成极强的磁场.铝环产生的磁场与车上超导磁体的磁场方向相反，相互排斥，使车上的超导磁体受到地面铝环向上的托力，把列车凌空托起，飞似地向前驶去.
超导材料是一种新型的导电材料，超导材料的研究现今已有突破性的进展，且不断有新型超导材料问世.以超导材料为背景的超导输电、磁悬浮等问题，是综合能力测试很好的命题点，应引起同学们的的重视。
1911年，荷兰科学家昂内斯用液氦冷却水银，当温度下降到４.２K时发现水银的电阻完全消失，这种现象称为超导电性。1933年，迈斯纳和奥克森菲尔德两位科学家发现，如果把超导体放在磁场中冷却，则在材料电阻消失的同时，磁感应线将从超导体中排出，不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。
超导电性和抗磁性是超导体的两个重要特性。使超导体电阻为零的温度，叫超导临界温度。经过科学家们数十年的努力，超导材料的磁电障碍已被跨越，下一个难关是突破温度障碍，即寻求高温超导材料。
奇异的超导陶瓷
1973年，人们发现了超导合金――铌锗合金，其临界超导温度为23.2K，该记录保持了13年。1986年，设在瑞士苏黎士的美国IBM公司的研究中心报道了一种氧化物（镧－钡－铜
－氧）具有35K的高温超导性，打破了传统“氧化物陶瓷是绝缘体”的观念，引起世界科学界的轰动。此后，科学家们争分夺秒地攻关，几乎每隔几天，就有新的研究成果出现。
1986年底，美国贝尔实验室研究的氧化物超导材料，其临界超导温度达到40K，液氢的“温度壁垒”（40K）被跨越。1987年2月，美国华裔科学家朱经武和中国科学家赵忠贤相继在钇－钡－铜－氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上，液氮的禁区（77K）也奇迹般地被突破了。1987年底，铊－钡－钙－铜－氧系材料又把临界超导温度的记录提高到125K。从1986－1987年的短短一年多的时间里，临界超导温度竟然提高了100K以上，这在材料发展史，乃至科技发展史上都堪称是一大奇迹！
高温超导材料的不断问世，为超导材料从实验室走向应用铺平了道路。
超的超导磁体
超导材料最诱人的应用是发电、输电和储能。
由于超导材料在超导状态下具有零电阻和完全的抗磁性，因此只需消耗极少的电能，就可以获得10万高斯以上的稳态强磁场。而用常规导体做磁体，要产生这么大的磁场，需要消
耗3.5兆瓦的电能及大量的冷却水，投资巨大。
超导磁体可用于制作交流超导发电机、磁流体发电机和超导输电线路等。
超导发电机 在电力领域，利用超导线圈磁体可以将发电机的磁场强度提高到5万～6万高斯，并且几乎没有能量损失，这种发电机便是交流超导发电机。超导发电机的单机发电容量比常规发电机提高北斗卫星导航仪5～10倍，达1万兆瓦，而体积却减少1/2，整机重量减轻1/3，发电效率提高50％。
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