滬科版初中物理九年級(jí)全一冊(cè)-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(huì)第三節(jié) 材料的開發(fā)和利用【教學(xué)任務(wù)分析】教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能1.知道材料對(duì)人類社會(huì)發(fā)展的促進(jìn)作用。2.知道導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的差異，知道半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦浴?.知道超導(dǎo)材料是一種電阻為零的材料，知道超導(dǎo)材料具有超導(dǎo)磁懸浮的特性。4.了解納米材料的有關(guān)知識(shí)。5.了解當(dāng)代的新材料發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用。過程與方法經(jīng)歷上網(wǎng)、進(jìn)圖書室、做社會(huì)調(diào)查收集資料的過程，感悟新材料的發(fā)展對(duì)人類生活和社會(huì)發(fā)展帶來的影響。情感態(tài)度與價(jià)值觀通過了解新材料的一些知識(shí)，體驗(yàn)科學(xué)技術(shù)的神奇力量，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。重點(diǎn)讓學(xué)生通過上網(wǎng)、進(jìn)圖書館等方式去了解新材料的性能及運(yùn)用。難點(diǎn)造條件讓學(xué)生了解

2、更多關(guān)于新材料及其應(yīng)用的信息，培養(yǎng)學(xué)生用多樣化的學(xué)習(xí)方式進(jìn)行學(xué)習(xí)的習(xí)慣。【教學(xué)環(huán)節(jié)安排】環(huán)節(jié)教 學(xué) 問 題 設(shè) 計(jì)教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)創(chuàng)設(shè)情境雖然社會(huì)的發(fā)展給我們帶來了豐富的物品，但是為了制造物美價(jià)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(xué)生的興趣吸引到新材料的學(xué)習(xí)中來從而引入新課自主學(xué)習(xí)“讀書收獲”：1、從什么時(shí)候開始原始人會(huì)利用天然材料？ 原始人會(huì)使用材料說明了什么？2、從什么時(shí)候開始人類學(xué)會(huì)了冶煉金屬銅？ 在冶煉銅時(shí)加入了什么物質(zhì)？ 加入這種物質(zhì)后使銅的性質(zhì)發(fā)生了什么變化？3、銅的性質(zhì)改變給人類帶來的意義是什么？4、鐵的利用對(duì)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(dǎo)學(xué)提綱，并指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)學(xué)生利用課前或課上5分鐘左右的時(shí)間預(yù)習(xí)，并完成導(dǎo)學(xué)提綱合作共建智能應(yīng)用知識(shí)點(diǎn)1：材料與社會(huì)問題1：你周圍有哪些物品？是由什么材料制成的？小結(jié)：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(jié)：根據(jù)材料不同的特點(diǎn)，材料可分為金屬、無機(jī)非金屬、有機(jī)高分子材料及復(fù)合材料問題3：人類社會(huì)的發(fā)展與人們對(duì)材料的認(rèn)識(shí)、開發(fā)和利用歷程（1）石器時(shí)代石器時(shí)代的生產(chǎn)工具極其落后，人類社會(huì)的生產(chǎn)力也是極端低下，所以社會(huì)發(fā)展極其緩慢，人類文化也是相當(dāng)簡(jiǎn)單和粗

4、俗的.（2）陶瓷七千年以前的原始社會(huì)末期，我們的祖先開始用火燒制陶器，人類第一次有意識(shí)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(shí)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(shí)代鐵是地球上儲(chǔ)量居于第三的元素，在春秋時(shí)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(jì)開始大量使用鐵器。中國冶鐵歷史比歐洲早1900年。（5） 鋼的應(yīng)用距今1800年前出現(xiàn)了兩步煉鋼技術(shù)，即先煉成鐵，再煉成鋼，并一直沿用至今。但其工藝復(fù)雜，未能大面積推廣。一直到19世紀(jì)前半期，人類始終生

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

6、？小結(jié)：用半導(dǎo)體材料制造的半導(dǎo)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(dǎo)體元件問題2：半導(dǎo)體二極管和半導(dǎo)體三極管都有什么特性？小結(jié)：半導(dǎo)體二極管具有單向?qū)щ娦?，即僅允許電流由一個(gè)方向通過元件；半導(dǎo)體三極管可以用來放大電信號(hào)半導(dǎo)體材料的應(yīng)用問題1：半導(dǎo)體材料在生活中都有哪些應(yīng)用？小結(jié)：如“太陽能電池、條形碼掃描器、微處理器、機(jī)器人”等半導(dǎo)體的應(yīng)用問題2：光敏電阻有什么特點(diǎn)？ 實(shí)驗(yàn)并總結(jié)：光敏電阻會(huì)導(dǎo)電，但是電阻阻值受光強(qiáng)度的影響。知識(shí)點(diǎn)3：開發(fā)新材料問題1：超導(dǎo)材料：什么現(xiàn)象叫超導(dǎo)現(xiàn)象？誰發(fā)現(xiàn)的？什么材料叫超導(dǎo)材料？小結(jié)：昂內(nèi)斯(1853-1926) 荷蘭低溫物理學(xué)家，1908年

7、成功地液化了氦氣，1911年發(fā)現(xiàn)了有些材料當(dāng)溫度降低到某一溫度時(shí)，材料的電阻突然變?yōu)榱愕默F(xiàn)象叫超導(dǎo)現(xiàn)象能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的材料叫超導(dǎo)材料并于 1913年獲諾貝爾獎(jiǎng)。問題2：什么是超導(dǎo)磁懸浮現(xiàn)象？誰發(fā)現(xiàn)的？小結(jié)：1933年邁斯納和奧森菲爾德發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)磁懸浮現(xiàn)象，超導(dǎo)材料被冷卻到液氮溫度(-196)時(shí)，就從正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)，電阻突降為零，此時(shí)超導(dǎo)體排斥任何試圖施加于它的磁場(chǎng)。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(gè)很小的推動(dòng)力，懸浮車就將沿軌道延伸方向運(yùn)動(dòng)。問題3：超導(dǎo)材料有哪些應(yīng)用呢？小結(jié)：（1）運(yùn)用電阻為零的特性制作電動(dòng)機(jī)線圈、輸電導(dǎo)線等，可減少電能損失，提高電能利用率

8、（2）運(yùn)用磁懸浮的特性制造磁懸浮列車、超導(dǎo)船等 超導(dǎo)的抗磁性 超導(dǎo)鎖定在磁軌道上不偏離用超導(dǎo)的抗磁性設(shè)計(jì)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(yīng)用？小結(jié)：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(shù)可以大大提高材料的強(qiáng)度和硬度，降低燒結(jié)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(diǎn)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(diǎn)？ 納米手機(jī)膜 納米噴漆 微型機(jī)器人 卷屏手機(jī)小結(jié)：當(dāng)材料到了納米尺度時(shí)性能發(fā)生突變，才能稱為納米材料如顏色、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、硬度、磁性等會(huì)產(chǎn)生很大的變化；納米技術(shù)是能

9、操作細(xì)小到1100nm物件的一類新發(fā)展的高技術(shù)教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行交流討論，盡可能多地列出不同的物品，教師要多進(jìn)行鼓勵(lì)性評(píng)價(jià)材料的分類方法很多，可以從應(yīng)用性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等方面分類，只要合理即可，教師要進(jìn)行激勵(lì)性評(píng)價(jià)指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)材料的特點(diǎn)和應(yīng)用進(jìn)行合理分類，同時(shí)說出分類的依據(jù)人類文明的發(fā)展史，就是一部學(xué)習(xí)利用材料、制造材料、創(chuàng)新材料的歷史. 材料是人類社會(huì)生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，材料的發(fā)展導(dǎo)致時(shí)代的變遷，推動(dòng)人類的物質(zhì)文明和社會(huì)進(jìn)步。在人類即將進(jìn)入知識(shí)經(jīng)濟(jì)的新時(shí)代，材料與能源和信息并列為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的三大支柱、其作用和意義尤為重要。讓學(xué)生了解人類發(fā)展過程中先后經(jīng)歷的材料時(shí)代。石器時(shí)代：人類只能利用巖石、

10、樹木、獸皮、骨骼等天然材料并進(jìn)行粗糙的加工，除此之外別無他物。所以，石器時(shí)代的生產(chǎn)工具極其落后，人類社會(huì)的生產(chǎn)力也是極端低下，所以社會(huì)發(fā)展極其緩慢，人類文化也是相當(dāng)簡(jiǎn)單和粗俗的。陶器：可以說是人類創(chuàng)造的第一個(gè)無機(jī)非金屬材料。這個(gè)劃時(shí)代的發(fā)明不僅意味著使用材料的變化，而且比這更深遠(yuǎn)重要的是人類第一次有意識(shí)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(jìn)入自力創(chuàng)造材料的時(shí)代。恩格斯曾論述人類從低級(jí)階段向文明階段的發(fā)展是從學(xué)會(huì)制陶開始的。 青銅時(shí)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(shù)日益重要，因

11、而獲得飛速發(fā)展。鐵器時(shí)代：鐵的價(jià)格便宜，鐵制農(nóng)具大面積推廣應(yīng)用；鐵的耐磨性能高于青銅，鐵制農(nóng)具更加耐用，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有更大的促進(jìn)作用，鐵制農(nóng)具迅速占領(lǐng)了生產(chǎn)材料市場(chǎng)。鐵的密度比銅小，強(qiáng)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(duì)的戰(zhàn)斗力，迅速占領(lǐng)了軍備材料市場(chǎng)。材料是人類一切生產(chǎn)和生活活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，歷來是生產(chǎn)力的標(biāo)志，被看成是人類社會(huì)進(jìn)步的里程碑。對(duì)材料的認(rèn)識(shí)和利用的能力，決定著社會(huì)的形態(tài)和人類生活的質(zhì)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(zhì)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(zhǎng)河中，材料起著舉足輕重的作用，人類對(duì)材料的應(yīng)用一直是社會(huì)文明進(jìn)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(duì)社會(huì)進(jìn)步起到了關(guān)鍵性的推動(dòng)作用，這些具體的材料(石器、青銅器、鐵器)被歷史學(xué)家作為劃分某一個(gè)時(shí)代的重要標(biāo)志。如石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代等。從歷史的角度看，20世紀(jì)之前材料的進(jìn)步大量依靠人們的經(jīng)驗(yàn)、技巧和積累。這個(gè)過程之所以如此緩慢，原因在于人們還沒能夠?qū)Σ牧显诳茖W(xué)上有深刻的認(rèn)識(shí)和理解，因而也缺乏科學(xué)對(duì)材料發(fā)展的指導(dǎo)。討論：如何檢測(cè)材料的導(dǎo)電能力，怎樣用桌上的實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，找出容易導(dǎo)電和不容

13、易導(dǎo)電的物體（導(dǎo)體和絕緣體）利用學(xué)生對(duì)二極管導(dǎo)電性的驗(yàn)證（有的說導(dǎo)電，有的說不導(dǎo)電）說明有些材料的單向?qū)щ娦裕ò雽?dǎo)體）教師展示各種半導(dǎo)體元件：半導(dǎo)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(qǐng)學(xué)生進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)探究半導(dǎo)體二極管單向?qū)щ娞匦园雽?dǎo)體三極管對(duì)電信號(hào)的放大作用，可用電視機(jī)對(duì)天線接收到的電信號(hào)放大成為可聽可看聲音圖像來解釋讓學(xué)生討論日常生活中哪些地方應(yīng)用了半導(dǎo)體材料教師強(qiáng)調(diào)：（1）只有當(dāng)溫度在某一低溫(稱轉(zhuǎn)變溫度或臨界溫度)以下才具有超導(dǎo)性（2）不同材料的轉(zhuǎn)變溫度不同，如汞(415K)、鎢(0012K)、鋅(075K)等（3）我國研制的超導(dǎo)材料的轉(zhuǎn)變溫度已達(dá)到1

14、34K教師說明超導(dǎo)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(yùn)行速度和安全性能教師提出問題，教師結(jié)合視頻簡(jiǎn)單給學(xué)生介紹超導(dǎo)磁懸浮現(xiàn)象 超導(dǎo)磁懸浮原理：一個(gè)小鐵盒子里,裝上溫度達(dá)-180的液氮和一塊超導(dǎo)材料,就制作成了一架小型“列車”?！俺瑢?dǎo)材料在電流通過時(shí),其電阻為零,因此具有很好的低溫或高溫超導(dǎo)性?！敝乜圃合嚓P(guān)工作人員介紹,因此,在溫度極低的液氮里加上超導(dǎo)材料,該物體就有了極強(qiáng)的抗磁性,這就是磁懸浮原理。并且這種抗磁性還有一個(gè)重要特征，會(huì)把超導(dǎo)材料牢牢鎖定在磁導(dǎo)體上方。教師強(qiáng)調(diào)：（1）納米是長(zhǎng)度單位，（2）不是所有材料達(dá)到納米尺度時(shí)就一定是納米材料，只有當(dāng)材料到

15、了納米尺度時(shí)性能發(fā)生突變，才能稱為納米材料如顏色、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、硬度、磁性等會(huì)產(chǎn)生很大的變化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。將某些物質(zhì)的尺度加工到1100nm，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。納米材料的應(yīng)用：（1）納米手機(jī)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(huì)有很強(qiáng)的自潔性能，不沾水，也不沾油。（3）用納米材料制成的微小機(jī)器人，將來在醫(yī)學(xué)上將有很強(qiáng)的應(yīng)用。（4）納米卷屏手機(jī)、電視，將給人來的生活帶來更多的便利。教師總結(jié)：納

16、米材料在高科技上還有很多應(yīng)用，下面就由同學(xué)們來介紹吧，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。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)給予肯定和表揚(yáng)。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(gè)月讀完初一，三個(gè)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(zhuǎn)一定角度后變成超導(dǎo)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(jié)；1.表面積大，具有極強(qiáng)吸附能力，穩(wěn)定性強(qiáng)，是目前已知吸附能力最強(qiáng)的材料。2.獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)、電阻小、電導(dǎo)率高，高導(dǎo)電性等優(yōu)異的電學(xué)

17、性能。3.優(yōu)異的力學(xué)性能。強(qiáng)度高、密度小、同時(shí)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(xué)穩(wěn)定性。石墨烯的應(yīng)用：(一)鋰電池電極材料(二)半導(dǎo)體材料(三)電子顯示器件(四)超級(jí)電容器（五）軍事、國防、科技如何實(shí)現(xiàn)常溫超導(dǎo)一直困擾著科學(xué)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(jí)科學(xué)期刊自然，2018年度十大科學(xué)家之首！如今，數(shù)百位世界級(jí)科學(xué)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(gè)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(gè)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(jiān)硬的納米材料幾乎完全透明，只吸收2.3%的光，導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)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(shù)像過山車一樣懸浮在大樓外面3.未來的高鐵是會(huì)飛的4.未來的混合動(dòng)力汽車也是可以飛行的，且用石墨烯技術(shù)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(jìn)步促進(jìn)人類的文化進(jìn)步,推動(dòng)歷史的前進(jìn)。在人類的發(fā)展歷程中，科學(xué)技術(shù)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(xué)的誕生和產(chǎn)業(yè)技術(shù)革命的興起，使人類從農(nóng)業(yè)文明社會(huì)邁入工業(yè)文明社會(huì)。隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，科