《點(diǎn)擊新材料》設(shè)計(jì)

《點(diǎn)擊新材料》教學(xué)設(shè)計(jì)【教學(xué)目標(biāo)】知識(shí)與技能初步了解一些新材料（如納米材料、超導(dǎo)材料、形狀記憶合金、隱性材料等）的一些特點(diǎn)及其應(yīng)用。過(guò)程與方法通過(guò)了解新材料的一些知識(shí)，關(guān)注前沿科學(xué)的新進(jìn)展，體驗(yàn)科學(xué)技術(shù)的神奇力量。情感態(tài)度和價(jià)值觀通過(guò)對(duì)新材料的了解和認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】常識(shí)性了解納米材料，半導(dǎo)體材料，超導(dǎo)體材料等新材料。【教學(xué)難點(diǎn)】培養(yǎng)學(xué)生用多樣化的學(xué)習(xí)方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。【教學(xué)方法】多媒體教學(xué)法。【課時(shí)安排】1課時(shí)。【教學(xué)過(guò)程】一、導(dǎo)入新課：隨著對(duì)物質(zhì)屬性的研究不斷深入，各種新材料層出不窮，它們?cè)絹?lái)越多的進(jìn)入我們的學(xué)習(xí)、工作和生活的方方面面，并正在改變我們的生活方式，提高我們的生活質(zhì)量，促進(jìn)社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展。二、講授新課：1.納米材料納米是空間長(zhǎng)度單位，符號(hào)為nm，10-9m。納米材料就是之在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍，或由他們作為基本單元構(gòu)成材料。如果按照維數(shù)，納米材料的基本單元可分為3類：（1）0維，指空間3維尺度均在納米尺度，如納米尺度顆粒，原子團(tuán)簇；（2）1維，指空間上有2維處于納米尺度，如納米棒，納米管；（3）2維，三維空間中有1維在納米尺度，如超薄膜，多層膜在材料方面應(yīng)用納米技術(shù)，制備出納米材料，可以出現(xiàn)很多新的特性，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能上的材料需求。自從80年代你米材料概念形成以后，世界各國(guó)先后對(duì)這種材料給予了相當(dāng)大的重視。2.半導(dǎo)體材料有些材料的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，這類材料稱為半導(dǎo)體，它有以下三方面的特性（1）熱敏特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨溫度的變化而變化。人們利用這種特性，制成熱敏元件，如熱敏電阻等。（2）光敏特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力與光照有關(guān)。人們利這種特性，制成光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等。（3）摻雜特性在半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)后其導(dǎo)電能力要發(fā)生很大變化。利用這一特性，可制成半導(dǎo)體二極管、三極管、集成電路等。有些材料，它的導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，這類材料稱為半導(dǎo)體材料。鍺、硅、砷化鎵等都是半導(dǎo)體材料。晶體二極管具有單向?qū)щ妼傩?。在日常生活中，電子表、收錄機(jī)、照相機(jī)、電視機(jī)、汽車、火車、飛機(jī)等，都要應(yīng)用各種半導(dǎo)體元器件。例如，計(jì)算機(jī)的心臟——微處理器，就含有成千上萬(wàn)半導(dǎo)體元件。3.超導(dǎo)材料(1)超導(dǎo)現(xiàn)象：當(dāng)溫度降到某一溫度時(shí)，金屬的電阻變?yōu)榱愕默F(xiàn)象。(2)超導(dǎo)體：能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的物質(zhì)，叫做超導(dǎo)體。（注意：不是所有物體都會(huì)發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象）(3)超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度（又叫超導(dǎo)臨界溫度）：物質(zhì)的電阻降到一定溫度時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象，物質(zhì)電阻變?yōu)榱愕臏囟冉凶龀瑢?dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，用Tc表。幾種超導(dǎo)體的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度（Tc）鋁：℃．鉛：℃．錫：℃．水銀：℃．鎢：℃．(4）超導(dǎo)體的應(yīng)用前景因?yàn)槌瑢?dǎo)體在很低的溫度下才會(huì)發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象，目前超導(dǎo)體還不能在常溫下應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)和生活中，只應(yīng)用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)和高新技術(shù)中。如果能應(yīng)用于實(shí)際，會(huì)給人類帶來(lái)很大的好處。舉幾例如下：①電導(dǎo)線利用超導(dǎo)體，可以大大降低輸電的電能損耗。②如果把發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的線圈用超導(dǎo)體制成超導(dǎo)線圈，可以使發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量減小，功率增大，效率提高。③用超導(dǎo)體可制造出磁懸浮列車，它的速度可達(dá)幾百千米每時(shí)。講授磁懸浮現(xiàn)象可做圖11所示的實(shí)驗(yàn)。其中A、B、C、D是圓環(huán)形磁體，它的上、下兩個(gè)平面分別是兩個(gè)磁極。使相鄰的兩個(gè)圓環(huán)的南極和南極相對(duì)，北極和北極相對(duì)。由于排斥力使B、C、D三個(gè)圓環(huán)懸浮在空中，這種現(xiàn)象叫磁懸浮。在磁懸浮列車中，有超導(dǎo)體制成的超導(dǎo)線圈，當(dāng)發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象時(shí)，線圈中電流可以達(dá)到很大的程度，強(qiáng)大的電流產(chǎn)生很強(qiáng)的磁性。地上有用超導(dǎo)線圈鋪設(shè)的軌道，跟列車底部超導(dǎo)線圈相對(duì)，它們產(chǎn)生的磁性都很強(qiáng)，相互正對(duì)的一面磁極相同，在強(qiáng)大的磁力作用下，列車懸浮在空中，列車向前運(yùn)行時(shí)不受地面的摩擦阻力，只受到較小的空氣阻力，就使列車的速度能提高很多倍。形狀記憶合金形狀記憶合金是在20世紀(jì)60年代初期發(fā)現(xiàn)的，它是一種特殊的合金，有一種不可思議的性質(zhì)，即使把它揉成一團(tuán)，一旦達(dá)到一定溫度，它便能在瞬間恢復(fù)到原來(lái)的形狀。由鎳和鈦組成的合金具有記憶能力，稱為NT合金。首先將預(yù)先加工成某一形狀的這種NT合金，在300℃～1000℃高溫下熱處理幾分鐘至半小時(shí)，這樣NT合金就會(huì)記憶被加工成的形狀。以后在室溫下無(wú)論形狀怎樣變化，一旦將它的溫度升至一定溫度時(shí)，它就會(huì)恢復(fù)成原來(lái)被加工成的形狀。形狀記憶合金的結(jié)構(gòu)尚未完全探明，為什么金屬會(huì)記住某些固定形狀的問(wèn)題也還沒(méi)有完全搞清楚。據(jù)科學(xué)家推測(cè)，金屬的結(jié)晶狀態(tài)，在被加熱時(shí)和冷卻時(shí)是不同的，雖然外表沒(méi)有變化，然而在一定溫度下，金屬原子的排列方式會(huì)發(fā)生突變，這稱為相變。能引起記憶合金形狀改變的條件是溫度。分析表明，這類合金存在著一對(duì)可逆轉(zhuǎn)變的晶體結(jié)構(gòu)。如含有Ti和Ni各為50％的記憶合金，有兩種晶體結(jié)構(gòu)，一種是菱形的，另一種是立方體的，這兩種晶體結(jié)構(gòu)相互轉(zhuǎn)變的溫度是一定的。高于這一溫度，它會(huì)由菱形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎襟w結(jié)構(gòu)；低于這一溫度，又由立方體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱庑谓Y(jié)構(gòu)。晶體結(jié)構(gòu)類型改變了，它的形狀也就隨之改變。具有這種形狀記憶效應(yīng)的合金，除鎳鈦合金外，還先后發(fā)現(xiàn)銅-鋅、金-鎘、鎳-鋁等約20種合金，其中“記憶力”最好的是NT合金。形狀記憶合金的應(yīng)用范圍廣泛，除了可用于溫度控制裝置、集成電路引線、汽車零件與機(jī)械零件外，由于其與生物體的相容性好、耐蝕性強(qiáng)，還可用于骨折部位的固定、人造心臟零件、牙齒矯正等醫(yī)用材料。由于NT合金成本昂貴，目