2019-2020年八年級(jí)物理上冊(cè) 第二章 物質(zhì)世界的尺度、質(zhì)量和密度 四. 新材料及其應(yīng)用 名師教案 北師大版.doc

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2019-2020年八年級(jí)物理上冊(cè) 第二章 物質(zhì)世界的尺度、質(zhì)量和密度 四. 新材料及其應(yīng)用 名師教案 北師大版 教學(xué)目標(biāo) （1）知識(shí)與技能 ①了解納米材料、“綠色能源”和記憶合金等新材料在現(xiàn)代科技、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的應(yīng)用。 ②了解其他新材料的有關(guān)應(yīng)用，培養(yǎng)收集整理信息的能力。 （2）過(guò)程與方法 ①通過(guò)看錄像、教師講解、同學(xué)匯報(bào)，了解新材料的廣泛應(yīng)用和未來(lái)發(fā)展前景。 ②能利用不同的渠道收集信息，體驗(yàn)收集整理信息過(guò)程。 （3）情感、態(tài)度和價(jià)值觀 ①通過(guò)了解新材料的應(yīng)用，初步認(rèn)識(shí)科技對(duì)現(xiàn)代社會(huì)生活的影響，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)心社會(huì)發(fā)展。 ②通過(guò)學(xué)習(xí)新材料的有關(guān)知識(shí)，了解科技為人類(lèi)帶來(lái)的便利，提高學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣。 ③培養(yǎng)學(xué)生樂(lè)于參加調(diào)查、收集資料等社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)的品質(zhì)。 教學(xué)重點(diǎn) 1、初步認(rèn)識(shí)納米材料的高科技應(yīng)用。 教學(xué)難點(diǎn) 1、了解記憶合金的“記憶”能力。 學(xué)生課前準(zhǔn)備 學(xué)生上網(wǎng)查找有關(guān)納米材料的資料，并分類(lèi)總結(jié)。 教學(xué)過(guò)程 一、納米材料 21世紀(jì)是科技高速發(fā)展的一個(gè)世紀(jì)，其主要方向之一就是新材料的研制和應(yīng)用。新材料的研究是人類(lèi)對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用向更深層次的進(jìn)軍。 我們?cè)诒菊麻_(kāi)始的時(shí)候就學(xué)習(xí)了物質(zhì)的尺度，知道了納米這個(gè)單位。這個(gè)單位實(shí)在是太小了，過(guò)去我們?cè)谏钪袥](méi)有關(guān)注它，但現(xiàn)在卻成了人們談?wù)摰臒衢T(mén)話(huà)題。原因是人們發(fā)現(xiàn)，將某些物質(zhì)的尺度加工到1～100nm，它們的物理性質(zhì)或者化學(xué)性質(zhì)與較大尺度時(shí)比，發(fā)生了異常的變化，這就稱(chēng)為納米材料。一些新穎的納米材料被應(yīng)用到某些產(chǎn)品上，產(chǎn)生了神氣的效果。 （投影）納米材料的應(yīng)用： （1）洗衣機(jī)桶的表面上用了納米尺度的氧化硅微粒和金屬離子的組合，就具有抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的功能。 （2）普通領(lǐng)帶的表面經(jīng)過(guò)納米方法處理后，會(huì)有很強(qiáng)的自潔性能，不沾水，也不沾油。 （3）用納米陶瓷粉制成的陶瓷，具有一定的可韌性，用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體，汽車(chē)會(huì)跑的更快。 教師總結(jié)：納米材料在高科技上還有很多應(yīng)用，下面就由同學(xué)們來(lái)介紹吧，請(qǐng)同學(xué)們將昨天老師布置的要求你們上網(wǎng)查找有關(guān)納米材料的資料拿出來(lái)。 學(xué)生發(fā)言并討論。 教師總結(jié)，并對(duì)同學(xué)們的表現(xiàn)給予肯定和表?yè)P(yáng)。 二、“綠色”能源 人類(lèi)一直在尋找各種高效和“綠色”的能源，新材料在這方面扮演了重要的角色。以電源為例，長(zhǎng)期以來(lái)使用的干電池具有輕便的優(yōu)點(diǎn)，但只能使用一次，丟棄后會(huì)污染環(huán)境；鉛蓄電池能反復(fù)使用，但是又太笨重了。鋰是密度最小的金屬，只有0.534g/cm3,大約是鉛的1/20、鎳的1/16。用鋰作電極制造出的鋰離子電池,它具有體積小、質(zhì)量輕、能夠多次充電,對(duì)環(huán)境污染小等特點(diǎn),已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于移動(dòng)通信、小型攝像機(jī)等設(shè)備上。并且完全不會(huì)造成污染。 我們?cè)诘谝徽碌膶W(xué)習(xí)中認(rèn)識(shí)了晶體,最初的光電池就是用硅的單晶體制造的,面積只能做到幾十平方厘米。近年來(lái)開(kāi)發(fā)的多晶硅和非晶硅材料,能夠制造出大面積的太陽(yáng)能電池,發(fā)電的效率提高、成本下降,1m3的面積可以提供100多瓦的電力。人造衛(wèi)星離不開(kāi)它，家庭生活中也可以使用它。 三、記憶合金 （播放錄象）：科普博覽會(huì)上的神奇金屬花。 同學(xué)們剛才看到的這種金屬花很奇特吧，它是根據(jù)什么道理制成的呢？ 原來(lái)它的花瓣是用一種特殊的金屬片——記憶合金制成的，它原本是開(kāi)放的，后來(lái)被彎成合攏的，當(dāng)用燈泡把它加熱到一定的溫度時(shí)，就自動(dòng)恢復(fù)原狀，表現(xiàn)了它具有“記憶”能力。 記憶合金的主要成分是鎳和鈦，它獨(dú)有的物理特性是：當(dāng)溫度達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，材料內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致了外型的變化。 現(xiàn)在已經(jīng)有多種形狀的記憶合金醫(yī)用支架，用于外科手術(shù)。還可以將記憶合金制成的彈簧安裝在熱水器的出水閥門(mén)內(nèi)，當(dāng)水溫超過(guò)某一溫度（例如80℃）時(shí)，彈簧自動(dòng)伸長(zhǎng)，將閥門(mén)關(guān)閉而停止出水，避免發(fā)生燙傷人的事故。 四、課堂小結(jié) 1、我們學(xué)習(xí)了納米材料的高科技應(yīng)用。 2、了解“綠色”能源和記憶合金。 五、布置作業(yè) 上網(wǎng)查找有關(guān)“綠色”能源和記憶合金的應(yīng)用，并完成一篇小論文。 補(bǔ)充資料 神奇的記憶合金 1932年,瑞典人奧蘭德在金鎘合金中首次觀察到"記憶"效應(yīng)，即合金的形狀被改變之后，一旦加熱到一定的躍變溫度時(shí)，它又可以魔術(shù)般地變回到原來(lái)的形狀，人們把具有這種特殊功能的合金稱(chēng)為形狀記憶合金。記憶合金的開(kāi)發(fā)迄今不過(guò)20余年，但由于其在各領(lǐng)域的特效應(yīng)用，正廣為世人所矚目，被譽(yù)為"神奇的功能材料"。 記憶合金在航空航天領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用有很多成功的范例。人造衛(wèi)星上龐大的天線(xiàn)可以用記憶合金制作。發(fā)射人造衛(wèi)星之前，將拋物面天線(xiàn)折疊起來(lái)裝進(jìn)衛(wèi)星體內(nèi)，火箭升空把人造衛(wèi)星送到預(yù)定軌道后，只需加溫，折疊的衛(wèi)星天線(xiàn)因具有“記憶”功能而自然展開(kāi)，恢復(fù)拋物面形狀。 記憶合金在臨床醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用，例如人造骨骼、傷骨固定加壓器、牙科正畸器、各類(lèi)腔內(nèi)支架、栓塞器、心臟修補(bǔ)器、血栓過(guò)濾器、介入導(dǎo)絲和手術(shù)縫合線(xiàn)等等，記憶合金在現(xiàn)代醫(yī)療中正扮演著不可替代的角色。 記憶合金同我們的日常生活也同樣休戚相關(guān)。僅以記憶合金制成的彈簧為例，把這種彈簧放在熱水中，彈簧的長(zhǎng)度立即伸長(zhǎng)，再放到冷水中，它會(huì)立即恢復(fù)原狀。利用形狀記憶合金彈簧可以控制浴室水管的水溫，在熱水溫度過(guò)高時(shí)通過(guò)"記憶"功能，調(diào)節(jié)或關(guān)閉供水管道，避免燙傷。也可以制作成消防報(bào)警裝置及電器設(shè)備的保安裝置。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí),記憶合金制成的彈簧發(fā)生形變，啟動(dòng)消防報(bào)警裝置，達(dá)到報(bào)警的目的。還可以把用記憶合金制成的彈簧放在暖氣的閥門(mén)內(nèi)，用以保持暖房的溫度，當(dāng)溫度過(guò)低或過(guò)高時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉暖氣的閥門(mén)。 作為一類(lèi)新興的功能材料，記憶合金的很多新用途正不斷被開(kāi)發(fā)，例如用記憶合金制作的眼鏡架，如果不小心被碰彎曲了，只要將其放在熱水中加熱，就可以恢復(fù)原狀。不久的將來(lái)，汽車(chē)的外殼也可以用記憶合金制作。如果不小心碰癟了，只要用電吹風(fēng)加加溫就可恢復(fù)原狀，既省錢(qián)又省力，實(shí)在方便。