滬科版初中物理九年級全一冊-第二十章 第三節(jié) 材料的開發(fā)和利用 教案 (1)

1、第二十章 能源、材料與社會第三節(jié) 材料的開發(fā)和利用【教學任務分析】教學目標知識與技能1.知道材料對人類社會發(fā)展的促進作用。2.知道導體、絕緣體、半導體導電性能的差異，知道半導體二極管的單向導電性。3.知道超導材料是一種電阻為零的材料，知道超導材料具有超導磁懸浮的特性。4.了解納米材料的有關知識。5.了解當代的新材料發(fā)現(xiàn)及應用。過程與方法經(jīng)歷上網(wǎng)、進圖書室、做社會調查收集資料的過程，感悟新材料的發(fā)展對人類生活和社會發(fā)展帶來的影響。情感態(tài)度與價值觀通過了解新材料的一些知識，體驗科學技術的神奇力量，激發(fā)學生學習的積極性。重點讓學生通過上網(wǎng)、進圖書館等方式去了解新材料的性能及運用。難點造條件讓學生了解

2、更多關于新材料及其應用的信息，培養(yǎng)學生用多樣化的學習方式進行學習的習慣?！窘虒W環(huán)節(jié)安排】環(huán)節(jié)教 學 問 題 設 計教學活動設計創(chuàng)設情境雖然社會的發(fā)展給我們帶來了豐富的物品，但是為了制造物美價廉、性能更好的物品，人們正不斷研究性能更好、更容易制造的新材料。介紹金屬肥皂將學生的興趣吸引到新材料的學習中來從而引入新課自主學習“讀書收獲”：1、從什么時候開始原始人會利用天然材料？ 原始人會使用材料說明了什么？2、從什么時候開始人類學會了冶煉金屬銅？ 在冶煉銅時加入了什么物質？ 加入這種物質后使銅的性質發(fā)生了什么變化？3、銅的性質改變給人類帶來的意義是什么？4、鐵的利用對人類有什么樣的意義？5、材料的發(fā)

3、展有什么意義？教師出示導學提綱，并指導學生自主學習學生利用課前或課上5分鐘左右的時間預習，并完成導學提綱合作共建智能應用知識點1：材料與社會問題1：你周圍有哪些物品？是由什么材料制成的？小結：身邊的物品及材料如：文具盒、鋼筆、鉛筆、圓珠筆、膠水、課本、桌凳、黑板、墻壁、門窗、粉筆、電線、燈具問題2：我們周圍有形形色色的材料，你能幫助大家分分類嗎？小結：根據(jù)材料不同的特點，材料可分為金屬、無機非金屬、有機高分子材料及復合材料問題3：人類社會的發(fā)展與人們對材料的認識、開發(fā)和利用歷程（1）石器時代石器時代的生產(chǎn)工具極其落后，人類社會的生產(chǎn)力也是極端低下，所以社會發(fā)展極其緩慢，人類文化也是相當簡單和粗

4、俗的.（2）陶瓷七千年以前的原始社會末期，我們的祖先開始用火燒制陶器，人類第一次有意識地創(chuàng)造發(fā)明了自然界沒有的，并且全新性能的“新”材料。（3）青銅時代我國青銅的冶煉在公元前2140-1711年開始，青銅即銅錫合金，其冶煉溫度較低，制作器具的成型性好，是人類最早大規(guī)模利用的金屬材料（4）鐵器時代鐵是地球上儲量居于第三的元素，在春秋時期，中國已經(jīng)在農(nóng)業(yè)、手工業(yè)生產(chǎn)上廣泛使用鐵器。我國從公元前7世紀開始大量使用鐵器。中國冶鐵歷史比歐洲早1900年。（5） 鋼的應用距今1800年前出現(xiàn)了兩步煉鋼技術，即先煉成鐵，再煉成鋼，并一直沿用至今。但其工藝復雜，未能大面積推廣。一直到19世紀前半期，人類始終生

5、活在“鐵器時代”（6）合成材料的使用小結:人類發(fā)展過程中先后經(jīng)歷了石器時代、青銅時代、鋼鐵材料時代合成材料時代。知識點2：材料的導電性問題1：實驗探究：物質的導電性實驗電路如圖所示請思考：（1）實驗中你是如何確定待測材料是導體還是絕緣體的？（2）你能利用桌上的實驗器材設計實驗來證明哪些物質容易導電？小結：觀察燈泡是否發(fā)光，若發(fā)光，則接入電路中的材料為導體，反之為絕緣體；按材料的導電性能，材料可分為三大類：（1）導體容易導電的物質；（2）絕緣體不容易導電的物質；（3）半導體導電能力介于導體和絕緣體之間的物質問題2：導體容易導電、絕緣體不容易導電的原因是什么？半導體元件問題1：半導體元件有哪些類型

6、？小結：用半導體材料制造的半導體二極管、發(fā)光二極管、熱敏電阻、三極管及集成電路等均屬半導體元件問題2：半導體二極管和半導體三極管都有什么特性？小結：半導體二極管具有單向導電性，即僅允許電流由一個方向通過元件；半導體三極管可以用來放大電信號半導體材料的應用問題1：半導體材料在生活中都有哪些應用？小結：如“太陽能電池、條形碼掃描器、微處理器、機器人”等半導體的應用問題2：光敏電阻有什么特點？ 實驗并總結：光敏電阻會導電，但是電阻阻值受光強度的影響。知識點3：開發(fā)新材料問題1：超導材料：什么現(xiàn)象叫超導現(xiàn)象？誰發(fā)現(xiàn)的？什么材料叫超導材料？小結：昂內斯(1853-1926) 荷蘭低溫物理學家，1908年

7、成功地液化了氦氣，1911年發(fā)現(xiàn)了有些材料當溫度降低到某一溫度時，材料的電阻突然變?yōu)榱愕默F(xiàn)象叫超導現(xiàn)象能夠發(fā)生超導現(xiàn)象的材料叫超導材料并于 1913年獲諾貝爾獎。問題2：什么是超導磁懸浮現(xiàn)象？誰發(fā)現(xiàn)的？小結：1933年邁斯納和奧森菲爾德發(fā)現(xiàn)了超導磁懸浮現(xiàn)象，超導材料被冷卻到液氮溫度(-196)時，就從正常態(tài)轉變?yōu)槌瑢B(tài)，電阻突降為零，此時超導體排斥任何試圖施加于它的磁場。由于懸浮車和軌道之間沒有直接的接觸摩擦，只要沿軌道方向給車體一個很小的推動力，懸浮車就將沿軌道延伸方向運動。問題3：超導材料有哪些應用呢？小結：（1）運用電阻為零的特性制作電動機線圈、輸電導線等，可減少電能損失，提高電能利用率

8、（2）運用磁懸浮的特性制造磁懸浮列車、超導船等 超導的抗磁性 超導鎖定在磁軌道上不偏離用超導的抗磁性設計了磁懸浮滑板、磁懸浮列車問題4：什么是納米材料？納米材料的特性及應用？小結：納米材料統(tǒng)指全成材料的基本單元大小限制在1100nm范圍的材料納米技術可以大大提高材料的強度和硬度，降低燒結溫度，提高材料的磁性等直接潑到納米襯衫上的油污只是停留在衣服的表層，沒有留下一點痕跡問題5：了解最新的納米材料有哪些？并分析、討論納米材料的特點？ 納米手機膜 納米噴漆 微型機器人 卷屏手機小結：當材料到了納米尺度時性能發(fā)生突變，才能稱為納米材料如顏色、導電性、導熱性、硬度、磁性等會產(chǎn)生很大的變化；納米技術是能

9、操作細小到1100nm物件的一類新發(fā)展的高技術教師引導學生進行交流討論，盡可能多地列出不同的物品，教師要多進行鼓勵性評價材料的分類方法很多，可以從應用性、導電性、導熱性等方面分類，只要合理即可，教師要進行激勵性評價指導學生根據(jù)材料的特點和應用進行合理分類，同時說出分類的依據(jù)人類文明的發(fā)展史，就是一部學習利用材料、制造材料、創(chuàng)新材料的歷史. 材料是人類社會生活的物質基礎，材料的發(fā)展導致時代的變遷，推動人類的物質文明和社會進步。在人類即將進入知識經(jīng)濟的新時代，材料與能源和信息并列為現(xiàn)代科學技術的三大支柱、其作用和意義尤為重要。讓學生了解人類發(fā)展過程中先后經(jīng)歷的材料時代。石器時代：人類只能利用巖石、

10、樹木、獸皮、骨骼等天然材料并進行粗糙的加工，除此之外別無他物。所以，石器時代的生產(chǎn)工具極其落后，人類社會的生產(chǎn)力也是極端低下，所以社會發(fā)展極其緩慢，人類文化也是相當簡單和粗俗的。陶器：可以說是人類創(chuàng)造的第一個無機非金屬材料。這個劃時代的發(fā)明不僅意味著使用材料的變化，而且比這更深遠重要的是人類第一次有意識地創(chuàng)造發(fā)明了自然界沒有的，并且全新性能的“新”材料。從此人類能離開上天的賜予而進入自力創(chuàng)造材料的時代。恩格斯曾論述人類從低級階段向文明階段的發(fā)展是從學會制陶開始的。 青銅時代：青銅工具如斧、鋸、鑿、錐等，青銅農(nóng)具有鋤、鏟 等已廣泛使用，青銅工具在生產(chǎn)中的效用，使青銅冶鑄技術日益重要，因

11、而獲得飛速發(fā)展。鐵器時代：鐵的價格便宜，鐵制農(nóng)具大面積推廣應用；鐵的耐磨性能高于青銅，鐵制農(nóng)具更加耐用，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有更大的促進作用，鐵制農(nóng)具迅速占領了生產(chǎn)材料市場。鐵的密度比銅小，強度和硬度比銅高，鐵制盔甲比銅制盔甲輕的多，增加了戰(zhàn)士的靈活性；鐵制兵器也比銅制兵器鋒利、耐用。所以，鐵制武器裝備大大提高了軍隊的戰(zhàn)斗力，迅速占領了軍備材料市場。材料是人類一切生產(chǎn)和生活活動的物質基礎，歷來是生產(chǎn)力的標志，被看成是人類社會進步的里程碑。對材料的認識和利用的能力，決定著社會的形態(tài)和人類生活的質量，所以人類從來沒有中斷過追求更好的材料，讓材料具有更優(yōu)異的性質或者前所未有的功能來滿足人類世世代代發(fā)展中層出不

12、窮的新的需要和追求。在人類發(fā)展的歷史長河中，材料起著舉足輕重的作用，人類對材料的應用一直是社會文明進程的里程碑。古代的石器、青銅器、鐵器等的興起和廣泛利用，極大地改變了人們的生活和生產(chǎn)方式，對社會進步起到了關鍵性的推動作用，這些具體的材料(石器、青銅器、鐵器)被歷史學家作為劃分某一個時代的重要標志。如石器時代、青銅器時代、鐵器時代等。從歷史的角度看，20世紀之前材料的進步大量依靠人們的經(jīng)驗、技巧和積累。這個過程之所以如此緩慢，原因在于人們還沒能夠對材料在科學上有深刻的認識和理解，因而也缺乏科學對材料發(fā)展的指導。討論：如何檢測材料的導電能力，怎樣用桌上的實驗器材設計并進行實驗，找出容易導電和不容

13、易導電的物體（導體和絕緣體）利用學生對二極管導電性的驗證（有的說導電，有的說不導電）說明有些材料的單向導電性（半導體）教師展示各種半導體元件：半導體二極管、光電二極管、光敏電阻、發(fā)光二極管、三極管及集成電路等教師可通過請學生進行演示實驗探究半導體二極管單向導電特性半導體三極管對電信號的放大作用，可用電視機對天線接收到的電信號放大成為可聽可看聲音圖像來解釋讓學生討論日常生活中哪些地方應用了半導體材料教師強調：（1）只有當溫度在某一低溫(稱轉變溫度或臨界溫度)以下才具有超導性（2）不同材料的轉變溫度不同，如汞(415K)、鎢(0012K)、鋅(075K)等（3）我國研制的超導材料的轉變溫度已達到1

14、34K教師說明超導材料的作用如：在磁懸浮列車中的作用：既減少了能量損失，又提高了交通工具的運行速度和安全性能教師提出問題，教師結合視頻簡單給學生介紹超導磁懸浮現(xiàn)象 超導磁懸浮原理：一個小鐵盒子里,裝上溫度達-180的液氮和一塊超導材料,就制作成了一架小型“列車”。“超導材料在電流通過時,其電阻為零,因此具有很好的低溫或高溫超導性。”重科院相關工作人員介紹,因此,在溫度極低的液氮里加上超導材料,該物體就有了極強的抗磁性,這就是磁懸浮原理。并且這種抗磁性還有一個重要特征，會把超導材料牢牢鎖定在磁導體上方。教師強調：（1）納米是長度單位，（2）不是所有材料達到納米尺度時就一定是納米材料，只有當材料到

15、了納米尺度時性能發(fā)生突變，才能稱為納米材料如顏色、導電性、導熱性、硬度、磁性等會產(chǎn)生很大的變化21世紀是科技高速發(fā)展的一個世紀，其主要方向之一就是新材料的研制和應用。將某些物質的尺度加工到1100nm，它們的物理性質或者化學性質與較大尺度時比，發(fā)生了異常的變化，這就稱為納米材料。一些新穎的納米材料被應用到某些產(chǎn)品上，產(chǎn)生了神氣的效果。納米材料的應用：（1）納米手機膜，非常薄，硬度卻非常高。（2）普通汽車的表面經(jīng)過納米方法處理后，會有很強的自潔性能，不沾水，也不沾油。（3）用納米材料制成的微小機器人，將來在醫(yī)學上將有很強的應用。（4）納米卷屏手機、電視，將給人來的生活帶來更多的便利。教師總結：納

16、米材料在高科技上還有很多應用，下面就由同學們來介紹吧，請同學們將昨天老師布置的要求你們上網(wǎng)查找有關納米材料的資料拿出來。學生發(fā)言并討論。教師總結，并對同學們的表現(xiàn)給予肯定和表揚。樹立榜樣樹立榜樣，介紹一位非常厲害的朋友：曹原：1996年，出生于四川成都，一個月讀完初一，三個月讀完初二，不到半年讀完初三，13歲考上高中，14歲參加高考，考出了理科669的高分！發(fā)現(xiàn)石墨烯材料經(jīng)過疊加并旋轉一定角度后變成超導體，解決了困擾人們100多年的難題。石墨烯材料石墨烯的特性總結；1.表面積大，具有極強吸附能力，穩(wěn)定性強，是目前已知吸附能力最強的材料。2.獨特的電子結構、電阻小、電導率高，高導電性等優(yōu)異的電學

17、性能。3.優(yōu)異的力學性能。強度高、密度小、同時具有良好的韌性。4.透明、耐高溫、耐酸堿腐蝕、高熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性。石墨烯的應用：(一)鋰電池電極材料(二)半導體材料(三)電子顯示器件(四)超級電容器（五）軍事、國防、科技如何實現(xiàn)常溫超導一直困擾著科學家107年的難題，解決這一難題的人，是一位來自中國的“天才少年”，他因此榮登世界頂級科學期刊自然，2018年度十大科學家之首！如今，數(shù)百位世界級科學家，正試圖拓展他的科研成果。一旦成果落地，將為世界能源行業(yè)，節(jié)省數(shù)千億美元資金。這個中國人的科研成果震驚全世界，更震撼的是，他還是登上Nature最年輕的中國人！只有23歲！他，叫做曹原。石墨烯 定義

18、：石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料幾乎完全透明，只吸收2.3%的光，導熱系數(shù)高達5300 W/mK，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000 cm2/Vs又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約10-8 m，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。感受新科技1.未來的汽車輪子是磁懸浮的，行駛過程平穩(wěn)2.未來的電梯利用磁懸浮技術像過山車一樣懸浮在大樓外面3.未來的高鐵是會飛的4.未來的混合動力汽車也是可以飛行的，且用石墨烯技術制作的電池可飛行800公里科技的狀況決定人們利用自然的能力,科技進步促進人類的文化進步,推動歷史的前進。在人類的發(fā)展歷程中，科學技術占據(jù)了不可替代的重要地位。古代科技的發(fā)明，將人類由野蠻帶入文明；近代自然科學的誕生和產(chǎn)業(yè)技術革命的興起，使人類從農(nóng)業(yè)文明社會邁入工業(yè)文明社會。隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，科