33《含硅礦物與信息材料》教案2(蘇教版必修1)

高中化學——蘇教版〔必修1〕第三章從礦物到根底材料第三單元含硅礦物與信息材料【教學背景】硅是帶來人類文明的重要元素之一，硅及其化合物是元素化合物的重要根底知識。本節(jié)內容不僅為形成化學的根本觀念提供感性根底，也為了解化學與生活、化學與社會開展、化學與技術進步之間的密切關系提供了豐富的素材?！窘虒W目標】知識與技能目標1．了解硅、二氧化硅、硅酸、硅酸鹽的存在與性質，認識硅及其化合物在生活實際中的重要應用。過程與方法目標1．通過對自然界中存在的含硅化合物的學習，使學生了解硅元素在自然界的存在形式及硅酸鹽的結構復雜性。2．通過探究性實驗掌握硅酸鈉的有關知識；學會將硅酸鹽的化學式書寫氧化物的形式的方法和技巧。3．通過對硅酸鹽工業(yè)產(chǎn)品的了解，使學生了解到硅酸鹽礦物的應用與人類文明的開展的密切關系。4．利用圖片、模型、表格、視頻、實物、實驗及多媒體教學手段等，增強直觀性和形象性。情感態(tài)度與價值觀目的1．從傳統(tǒng)材料到信息材料的學習，激發(fā)學生學習興趣，增強學生研究、探索、發(fā)現(xiàn)新材料的意識；體會“化學――人類進步的關鍵〞這句話的思想內涵，增強學生學習化學的興趣。2．了解我國材料科學開展的成就、社會及科學技術的開展對新型材料的要求，激發(fā)學生愛國主義熱情，提高社會責任感。【教學重點、難點】重點：硅酸鈉(sodiumsilicate)、單質硅(silicon)、二氧化硅(silica)的性質；硅酸鹽(silicate)的氧化物形式的書寫。難點：單質硅〔silicon〕和二氧化硅(silica)的結構?！菊n時安排】兩課時第一課時：硅酸鹽礦物、傳統(tǒng)材料與信息材料的介紹。第二課時：單質硅、二氧化硅的結構和性質及它們的用途?！窘谭▽W法】〔教學方法〕探究式教學，多媒體教學法?！矊W習方法〕自主探究學習法，合作學習法。采用“閱讀理解→列表比較→分析討論、交流→歸納總結→拓展研究〞模式?！窘虒W資源】課前準備教師：1．查閱整理：硅酸鹽礦物圖片、硅酸鹽產(chǎn)品的生產(chǎn)和應用及新開展、信息材料—光導纖維的有關知識、集成電路的有關知識、分子篩的知識等。硅酸鹽生產(chǎn)的錄像和光導纖維的錄像。2．查閱整理：硅單質的結構和彩圖、水晶和石英的結構和有關圖片等。3．實物準備：不同標號的水泥袋、各種類型的玻璃、陶瓷、磚瓦、陶土、光導纖維、水晶和石英的制品等。4．模型準備：單質硅的結構球棍模型和二氧化硅的球棍模型。5．演示實驗準備：硅酸鈉試劑、水、玻璃管、稀鹽酸、氫氧化鈉溶液、燒杯、膠頭滴管、導管等。學生：實物準備：玻璃、水泥、陶瓷、磚瓦、河沙等實物?！窘虒W過程】第一課時硅酸鹽礦物、傳統(tǒng)材料與信息材料學習課題教師活動學生活動學習反響教學設想1．課前查閱資料，提問引入新課提問：〔1〕硅元素在地殼中的含量怎樣〔2〕硅元素在自然界主要有哪些存在形式自學、歸納、交流、討論答復以下問題?！?〕地殼中硅元素的含量僅次于氧，約占總質量的四分之一?！?〕硅元素在自然界中主要是以硅酸鹽和二氧化硅的形式存在。地殼質量的92％是硅酸鹽和二氧化硅?！?〕培養(yǎng)學生自學能力；〔2〕讓學生學會通過查閱資料來學習知識的學習方法。過渡：硅元素在自然界中廣泛存在，主要是硅酸鹽和二氧化硅的形式，下面我們先來了解硅酸鹽的有關知識。2．硅酸鹽(silicate)的結構〔1〕多媒體展示：自然界中的一些硅酸鹽的圖片及其化學式；〔2〕舉例介紹如何將硅酸鹽化學式改寫成氧化物的形式；并要求學生練習后總結書寫規(guī)律?！?〕追問：硅酸鹽的結構怎樣為什么常改寫成氧化物的形式〔1〕觀察圖片和化學式，總結；〔2〕練習硅酸鹽化學式的改寫；〔3〕分析總結交流討論書寫規(guī)律；〔1〕硅酸鹽的結構復雜?！?〕改寫的規(guī)律：①各元素寫成相應的氧化物，元素的價態(tài)保持不變。②順序按先金屬后非金屬,金屬元素中按金屬活動順序表依次排列，中間用“?〞間隔。③注意改寫后應與原來化學式中的原子個數(shù)比不變?！?〕由于硅酸鹽的結構復雜，為了學習研究的方便，常改寫成氧化物的形式?！?〕創(chuàng)設情景，激發(fā)學習興趣；〔2〕通過訓練，穩(wěn)固知識，培養(yǎng)能力；〔3〕通過主動探索得出規(guī)律，將知識升華，培養(yǎng)學習的主動性，增強探索意識。過渡：在硅酸鹽中，硅酸鈉是極少數(shù)溶于水中的一種，用途廣泛，下面我們先來學習它的有關知識。3．硅酸鈉(sodiumsilicate)的知識〔1〕展示硅酸鈉試劑；〔2〕探究實驗：硅酸鈉的性質①加水溶解；并檢驗其溶液酸堿性；②向溶液中通二氧化碳或滴加稀鹽酸；③再向②中滴加氫氧化鈉溶液?！矌熒餐瓿蓪嶒?，局部實驗由學生來探究演示?！场?〕說說硅酸鈉的用途?！?〕動手參與、探索實驗，觀察、分析、思考實驗現(xiàn)象，總結硅酸鈉的性質；〔2〕書寫有關的化學、離子方程式；〔3〕從性質思考用途?！?〕硅酸鈉能溶于水；水溶液稱水玻璃。水溶液呈堿性?！?〕向溶液通二氧化碳有白色沉淀生成，滴加稀鹽酸也有白色沉淀生成。Na2SiO3+2H2O+CO2AUTOTEXT====H4SiO4↓+Na2CO3Na2SiO3+2HCl+H2OAUTOTEXT====H4SiO4↓+2NaCl在沉淀中參加氫氧化鈉溶液，沉淀溶解：H4SiO4+2NaOHAUTOTEXT====Na2SiO3+3H2O(3)硅酸鈉能用于作黏合劑、防腐劑、防火作用等?！?〕通過實驗探索，培養(yǎng)科學探究能力；〔2〕讓學生學會掌握：實驗探索――分析總結――掌握知識的科學學習方法。過渡：在豐富的硅酸鹽中，除硅酸鈉外，其它的在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用如何下面我們來了解傳統(tǒng)的硅酸鹽產(chǎn)品的有關知識。4．硅酸鹽產(chǎn)品〔傳統(tǒng)材料〕〔1〕請同學們展示收集的硅酸鹽產(chǎn)品；〔2〕請同學們簡單說說它們是如何生產(chǎn)的有什么共同點〔3〕播放一段錄像〔玻璃(glass)、水泥(cement)、陶瓷(china)的生產(chǎn)簡介〕。展示一些硅酸鹽產(chǎn)品。〔4〕要求學生總結傳統(tǒng)的硅酸鹽產(chǎn)品即傳統(tǒng)材料：玻璃、水泥、陶瓷的生產(chǎn)原料和產(chǎn)品的主要成分?！?〕提供傳統(tǒng)的硅酸鹽產(chǎn)品的應用及新開展的有關資料和圖片?！?〕學生展示收集的硅酸鹽產(chǎn)品；〔2〕局部學生答復以下問題；〔3〕觀看錄像后討論總結答復以下問題；〔4〕討論、總結硅酸鹽產(chǎn)品的應用與社會開展的關系。提出對產(chǎn)品應用的新設想?！?〕玻璃、水泥、陶瓷生產(chǎn)的共同點是：都在高溫下，發(fā)生了復雜的物理和化學變化。原料都有含硅元素物質，產(chǎn)品都含硅酸鹽，且都是混合物?！?〕玻璃生產(chǎn)的原料：石英、純堿、石灰石；產(chǎn)品主要成分：n(Na2SiO3)：n(CaSiO3)：n(SiO2)=1：1：4或n(Na2O):n(CaO):n(SiO2)=1:1:6。兩個主要反響：SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑,SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑.水泥生產(chǎn)的原料：黏土、石灰石、少量的石膏；產(chǎn)品主要成分：2CaO·SiO2、3CaO·SiO2、3CaO·Al2O3〔1〕創(chuàng)設情景激活學生思維；主動參與表達學習主動性?！?〕了解產(chǎn)品的應用和新開展激發(fā)學習的熱情，增強探索意識，樹立遠大理想，增強努力學習的責任感和使命感。過渡：通過剛剛的介紹，我們已經(jīng)了解到硅酸鹽產(chǎn)品傳統(tǒng)材料在人類文明開展和社會進步的歷程中，起到了很大的推動作用；但是隨著科技的開展，這些傳統(tǒng)材料又有了新的用途，如玻璃“老爺爺〞又煥發(fā)出了青春活力――光導纖維的應用。下面我們一起來了解一下光導纖維的有關知識。5．信息材料――光導纖維〔1〕請同學們總結課前查閱的有關信息材料的資料，簡述光導纖維的主要成分和用途；〔2〕提供有關光導纖維的資料〔簡介、制造和作用〕；播放光導纖維的介紹錄像。〔3〕展示實物：展示光導纖維并演示光在其中的傳播實驗?！?〕思維、總結、答復；〔2〕閱讀資料，交流、討論總結；〔3〕觀察實驗?！?〕談談對信息材料的應用的感想?！?〕光導纖維的主要成分是：石英玻璃；用途非常廣泛，如：信息傳遞〔光纜〕、光的傳遞、醫(yī)生的助手、國防方面、工業(yè)生產(chǎn)中等等?！?〕信息材料的使用，使社會的開展步伐大大加快，是社會進入信息時代的標志?！?〕創(chuàng)造變被動為主動的學習環(huán)境；實物觀察提高對知識的理性認識；〔2〕通過資料的閱讀，拓寬視野，激發(fā)研究、探索的意識。過渡：硅酸鹽除了上面的一些作用外，它還可以用來篩分分子。6．分子篩(molecularsieve)〔1〕提供分子篩的有關資料和圖片；〔2〕從資料的介紹，要求學生發(fā)揮想象，推測它又哪些方面的用途?！?〕閱讀資料；〔2〕思維、想象、推測總結，答復。分子篩可用于：別離、提純氣體或液體混合物；還可以作枯燥劑、離子交換劑、催化劑、催化劑載體、凈化水、凈化空氣、防毒器械、食品保鮮、電子產(chǎn)品處理、石油化工等方面?！?〕創(chuàng)設情景，讓學生主動參與；發(fā)揮思維想象力?！?〕激發(fā)學生研究、探索意識。本課總結：通過以上內容的學習、了解、思維、探索，我們已經(jīng)認識到硅這古老而具有青春活力的元素，伴隨著人類歷史開展的腳步，從傳統(tǒng)材料到信息材料，為社會的開展創(chuàng)造了一個又一個的奇跡。同時我們也相信隨著科技的開展，它們會創(chuàng)造更多的奇跡。有關硅單質和二氧化硅的知識我們將在下節(jié)課一起討論學習。第二課時單質硅、二氧化硅的結構、性質及用途學習課題教師活動學生活動學習反響教學設想1．引入新課復習提問：〔1〕傳統(tǒng)材料硅酸鹽產(chǎn)品主要包括哪些〔2〕光導纖維的主要成分是什么〔3〕硅在自然界中無游離態(tài)，為什么是不是單質硅的性質很活潑思考、討論問題并答復?！?〕主要有玻璃、水泥和陶瓷等?！?〕光導纖維的主要成分是：二氧化硅?！?〕硅在自然界中無游離態(tài)，不是硅單質性質活潑?！补柙氐挠H氧性和地殼運動等因素〕溫故知新，引入學習情境；設疑激發(fā)學生的思維，讓學生帶著疑問學習新知識，提高學習效率。過渡：下面我們就一起來討論學習硅單質的性質和用途。2．課前查閱資料〔1〕要求學生從查閱的資料和了解的知識總結硅單質的用途?！?〕提供集成電路的有關資料?！?〕問：資料中的應用表達了硅的哪些性質討論、交流、總結、答復?！?〕硅的主要用途：是良好的半導體材料，是集成電路板的主要成分；制太陽能等；〔2〕表達硅單質的導電性介于導體和絕緣體之間。從學生了解的知識入手，學習效果好；提供資料，讓學生自主歸納，主動參與，激發(fā)思維。過渡：硅單質還有那些性質3．硅(silicon)單質的結構和性質〔1〕提供硅單質的彩圖。〔2〕提供硅單質的結構圖或結構模型；要求學生分析與哪種已學的物質的結構相似〔3〕要求學生根據(jù)已學知識類推硅單質有哪些物理和化學性質(4)整理硅的物理性質；〔5〕介紹硅的主要化學性質?！?〕觀察、討論交流、類推、總結硅的物理性質?！?〕討論類推硅的化學性質。〔3〕學習硅的化學性質，有關化學、離子方程式的書寫和氧化復原反響的電子轉移的練習。〔1〕從彩圖得：硅是灰黑色有金屬光澤、硬而脆的固體?！?〕從結構類推與金剛石的結構相似，是正四面體空間網(wǎng)狀結構，性質也有相似之處。類推物理性質：熔沸點高、硬度大，難溶于溶劑。化學性質通常是穩(wěn)定的?！?〕常溫下硅只和單質氟、氫氟酸、強堿溶液反響。高溫加熱時，硅可以和氧氣、氯氣、氫氣反響。〔1〕通過圖示來總結性質，培養(yǎng)鍛煉學生的觀察能力；〔2〕由結構類推性質，培養(yǎng)鍛煉學生的分析推理能力，加深對物質結構決定物質性質的理解?！?〕介紹硅的化學性質。〔4〕讓學生學會運用類推、比照分析的學習方法?！菜伎继剿鳌彻璧男再|通常時穩(wěn)定的，那么自然界中為什么無游離態(tài)請同學們課后查閱有關資料分析、討論解決。過渡：由于硅的性質使硅的用途非常廣泛而且非常重要。4．硅的用途用多媒體展示一些用作原料制造的產(chǎn)品圖片。觀察總結硅的用途。主要用途：〔1〕用于制造硅芯片、集成電路、晶體管、硅整流器等半導體器件；〔2〕制造太陽能儀器裝置；〔3〕制造合金，如含硅4％〔質量分數(shù)〕的鋼導磁性好制造變壓器的鐵芯；含硅15%(質量分數(shù))的鋼有良好的耐酸性等等。提供圖片，學習用途時能聯(lián)系實際，有利于記憶，學習效率高。同時學習過程生動有形。提高學習興趣。過渡：硅的用途非廣泛，特別是信息時代更離不開硅，自然界無游離態(tài)的硅，那么工業(yè)生產(chǎn)中是怎樣生產(chǎn)硅的呢5．硅的工業(yè)制法從用途引入，介紹工業(yè)生產(chǎn)高純度硅的主要過程原理和主要化學方程式。學習了解工業(yè)生產(chǎn)硅的過程及主要化學方程式。制粗硅：SiO2+2CSi+2CO制純硅：Si+2Cl2SiCl4(液態(tài))，SiCl4+2H2Si+4HCl。理論聯(lián)系實際，激發(fā)學生學習熱情和探索意識。過渡：了解了硅的有關知識，我們再來學習二氧化硅的知識。6．二氧化硅(silica)的結構、性質和用途〔1〕要學生展示收集的二氧化硅的實物和相應產(chǎn)品；〔2〕提供二氧化硅的在自然界的一些圖片；多媒體展示二氧化硅的結構；〔3〕要求學生結合結構和收集的資料總結類推二氧化硅的一些性質；〔4〕介紹二氧化硅性質；要求思考二氧化硅與氫氟酸、強堿溶液反響的實際作用?！?〕多媒體展示二氧化硅的一些制品。(6)播放光導纖維的生產(chǎn)和作用錄像?！?〕展示收集物品；〔2〕思考、交流、討論、總結、類推二氧化硅的性質；〔3〕學習二氧化硅的性質；〔4〕總結二氧化硅的用途?！?〕二氧化硅是正四面體的空間網(wǎng)狀結構，在自然界中有水晶、石英和沙等形式?！?〕性質：堅硬難溶難熔固體，是酸性氧化物，但是它不溶于水，也不與水反響；常溫下只與單質氟、氫氟酸和強堿溶液反響。高溫下與氧化鈣、純堿、石灰石等反響?！?〕用途：制石英玻璃、是光導纖維的主要原料；制鐘表部件；可制耐磨材料；用于玻璃的生產(chǎn)；在光學儀器、電子工業(yè)等方面廣泛應用。運用結構分析推理性質的方法學習新知識，培養(yǎng)學生科學的學習方法；在學習中主動參與，鍛煉能力。[問題思考][問題思考]1.你有沒有發(fā)現(xiàn)實驗室中，盛裝堿液的試劑瓶的塞子是什么塞為什么不能用玻璃塞2．請畫出碳原子和硅原子的原子結構示意圖，比較兩原子結構有何共同點碳單質金剛石和晶體硅的結構和性質有相似之處嗎那么，CO2和SiO2呢據(jù)所學知識列表比較它們的性質；分析思考產(chǎn)生性質差異的根本原因是什么【提示】CO2SiO2物理性質無色無味氣體，能溶于水。它的固體叫干冰。難溶、難熔的固體，硬度大，熔沸點高?；瘜W性質是酸性氧化物：能與水反響、與堿反響、與堿性氧化物反響；與過氧化鈉反響；與碳酸鈉溶液反響；有水時能溶解碳酸鈣；高溫與碳反響等。是酸性氧化物，但不溶于水，不與水反響，常溫只與單質氟、氫氟酸和強堿溶液反響；高溫可與氧化鈣、純堿、碳酸鈣碳單質反響。聯(lián)系CO2+2H2O+Na2SiO3AUTOTEXT====Na2CO3+H4SiO4↓(酸性：H2CO3強于H4SiO4或H2SiO3)本課總結：這節(jié)課我們主要學習了硅單質和二氧化硅的結構和性質及用途，通過學習，我們了解到硅及其化合物在社會開展和人類文明進步歷程中充當了一個非常重要的角色，可以說目前全球信息的流通、電子工業(yè)的開展都離不開硅的；我們也相信隨著科技的開展，它們還會為人類文明的進步發(fā)揮更多的作用，創(chuàng)造更多的奇跡。希望同學們努力學習，掌握更多的科學知識，開發(fā)、研究硅這古老而又年輕的元素在更多方面的應用。【板書設計】第一課時一、硅酸鹽礦物、硅酸鹽產(chǎn)品〔傳統(tǒng)材料〕和信息材料的介紹2．硅酸鹽的結構：〔1〕硅酸鹽的結構復雜，常用氧化物的形式表示比較方便。硅酸鹽結構穩(wěn)定，在自然界中穩(wěn)定存在?！?〕氧化物形式書寫的規(guī)律：①各元素寫成相應的氧化物，元素的價態(tài)保持不變。②順序按先金屬后非金屬,金屬元素中按金屬活動順序表依次排列，中間用“?〞間隔。③注意改寫后應與原來化學式中的原子個數(shù)比不變。3．Na2SiO3的性質：Na2SiO3易溶于水，水溶液俗稱“水玻璃〞，是建筑行業(yè)的黏合劑，也用于木材的防腐和防火?；瘜W性質主要表現(xiàn)如下：〔1〕水溶液呈堿性〔用PH試紙測〕，通CO2有白色沉淀：Na2SiO3+CO2+2H2OAUTOTEXT====Na2CO3+H4SiO4↓〔原硅酸，白色膠狀沉淀〕，離子方程式：SiO32－＋CO2+2H2O＝＝CO32－＋H4SiO4↓。原硅酸不穩(wěn)定，易失水成硅酸：H4SiO4AUTOTEXT====H2SiO3+H2O〔硅酸在方程式中可代替原硅酸書寫?！彻杷崾軣岱纸猓篐2SiO3H2O+SiO2，原硅酸和硅酸都是難溶于水的弱酸，酸性：H2CO3強于H4SiO4或H2SiO3。(2)硅酸鈉溶液中滴加稀鹽酸有白色沉淀：Na2SiO3+2HClAUTOTEXT====2NaCl+H2SiO3↓，離子方程式：SiO32－＋2H+==H2SiO3↓.(3)硅酸和氫氧化鈉反響：H2SiO3+2NaOHAUTOTEXT====Na2SiO3+2H2O.離子方程式：H2SiO3＋2OH－＝＝SiO32－＋2H2O。4．硅酸鹽產(chǎn)品〔傳統(tǒng)材料〕主要原料產(chǎn)品主要成分普通玻璃石英、純堿、石灰石Na2SiO3、CaSiO3、SiO2(物質的量比為1:1:4)普通水泥黏土、石灰石、少量石膏2CaO·SiO2、3CaO·SiO2、3CaO·Al2O3陶瓷黏土、石英沙成分復雜主要是硅酸鹽制玻璃的主要反響：SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑,SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑.5．信息材料――光導纖維：主要成分是石英玻璃。主要用于：信息傳遞〔光纜〕、光的傳遞、醫(yī)生的助手〔窺探鏡〕、國防方面、工業(yè)生產(chǎn)中等等。6．分子篩：利用硅酸鹽內部結構的空隙，可用于別離、提純氣體或液體混合物；還可以作枯燥劑、離子交換劑、催化劑、催化劑載體、凈化水、凈化空氣、防毒器械、食品保鮮、電子產(chǎn)品處理、石油化工等方面。第二課時二、硅單質1．硅單質的結構：正四面體空間網(wǎng)狀結構。與金剛石類似。2．性質：〔1〕物理性質：晶體硅是灰黑色有金屬光澤，硬而脆的固體；導電性介于導體和絕緣體之間，是良好的半導體材料，熔沸點高，硬度大，難溶于溶劑?！?〕化學性質：常溫只與單質氟、氫氟酸和強堿溶液反響。性質穩(wěn)定。Si+2F2AUTOTEXT====SiF4〔氣態(tài)〕,Si+4HFAUTOTEXT====SiF4+2H2,4e-Si+2NaOH+H2OAUTOTEXT====Na2SiO3+2H2↑,〔Si+2NaOH+4H2OAUTOTEXT====Na2SiO3+2H2↑+3H2O.〕4e-加熱高溫：Si+O2SiO2,Si+2Cl2SiCl4〔液態(tài)〕，Si+2H2SiH4〔氣態(tài)〕3.硅的用途：〔1〕用于制造硅芯片、集成電路、晶體管、硅整流器等半導體器件；〔2〕制造太陽能；〔3〕制造合金，如含硅4％〔質量分數(shù)〕的鋼導磁性好制造變壓器的鐵芯；含硅15%(質量分數(shù))的鋼有良好的耐酸性等。4．工業(yè)生產(chǎn)硅：制粗硅：SiO2+2CSi+2CO制純硅：Si+2Cl2SiCl4(液態(tài))SiCl4+2H2Si+4HCl三、二氧化硅的結構和性質：1．SiO2的結構：正四面體的空間網(wǎng)狀結構?！部梢岳斫鉃樵诰w硅的結構中兩個硅原子中間插入一個氧原子?！?．SiO2在自然界中有較純的水晶、含有少量雜質的石英和普遍存在的沙。自然界的二氧化硅又稱硅石。3．SiO2物理性質：硬度大，熔點高，難溶于溶劑的固體。4．SiO2化學性質：常溫下，性質穩(wěn)定，只與單質氟、氫氟酸和強堿溶液反響。SiO2+2F2AUTOTEXT====SiF4+O2,SiO2+4HFAUTOTEXT====SiF4+2H2O〔雕刻玻璃的反響),SiO2+2NaOHAUTOTEXT====Na2SiO3+H2O〔實驗室裝堿試劑瓶不能用玻璃塞的原因〕.加熱高溫：SiO2+2CSi+2CO,SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑，SiO2+CaOCaSiO3.5．SiO2的用途：制石英玻璃，是光導纖維的主要原料；制鐘表部件；可制耐磨材料；用于玻璃的生產(chǎn)；在光學儀器、電子工業(yè)等方面廣泛應用。傳遞信息的使者--光導纖維光導纖維又稱導光纖維﹑光學纖維，是一種把光能閉合在纖維中而產(chǎn)生導光作用的纖維。它能將光的明暗﹑光點的明滅變化等信號從一端傳送到另一端。光導纖維是由兩種或兩種以上折射率不同的透明材料通過特殊復合技術制成的復合纖維。它的根本類型是由實際起著導光作用的芯材和能將光能閉合于芯材之中的皮層構成。光導纖維有各種分類方法：按材料組成萬分可分為玻璃﹑石英和塑料光導纖維；按形狀和柔性分為可撓性和不可撓性光導纖維；按纖維結構分為皮芯型和自聚集型〔又稱梯度型〕；按傳遞性分為傳光和傳象光導纖維；按傳遞光的波長分為可見光﹑紅外線﹑紫外線﹑激光等光導纖維。眾所周知，玻璃是一種寧折不撓的硬性材料，它既不耐沖擊，又不能拗屈。但把玻璃抽成細絲后，它就會一反常態(tài)地變得柔軟耐磨，可撓易彎，還具有不燃燒﹑耐腐蝕﹑隔熱﹑吸音﹑強度大的特點。如經(jīng)樹脂涂層和印染處理，還可作為室內裝飾用布。人們又發(fā)現(xiàn)，玻璃纖維的細度越細，那么柔韌性越好，合股線的強力也就越高。又由于玻璃的透光性能好，還有傳遞光能的作用，因此，從70年代起，人們就成功地將二氧化硅玻璃纖維用于光通訊技術。這是第一代光導纖維，它是用二氧化硅玻璃纖維做芯線，線外用甲基丙烯酸酯涂膜，以增強光導纖維的機械強度和防止光能散射。通訊的原理是用玻璃纖維接受光訊號﹑再傳導給光調制器﹑并經(jīng)光探測器和光接受機，通過接口件轉換成電磁訊號。這種光導纖維的重量只有普通電纜的千分之一。而且這種通訊方法具有容量大﹑抗干擾性好﹑能量衰耗小等特點，但是，這種光導纖維的抽絲和對接難度大，推廣應用困難。于是，1964年美國首先研制成功了第二代光導纖維，它采用合成材料做芯線〔如用重氫取代氫離子的聚甲基丙烯酸甲酯做芯線〕，外層涂料用聚乙烯或聚四氟乙烯。也有采用丙烯腈做芯線，用聚苯乙烯做涂料的光導纖維。這種光導纖維的芯線透射率高，涂層折射率低，光能損耗低于20dB，而且加工技術簡單，可加工極細的光導纖維，目前應用的細度可達0.005mm以下，可方便地根據(jù)需要來加工導線的長度，這樣可減少接頭的損耗，而且柔軟度優(yōu)于玻璃纖維，便于推廣使用。光導纖維一般以束﹑纜﹑板﹑管等形式使用。制造有機導光纖維的內芯和涂層材料很多，有的在聚甲基丙烯酸甲酯纖維上覆蓋一層聚乙烯或其他不同折射率的材料〔如聚四氟乙烯〕，還有的采用聚丙烯腈樹脂覆蓋腈綸芯絲。在選擇光導纖維的基材時，一般要求芯料的透光率高，而涂層材料要求折射率低，并且要求芯料和涂料的折射率相差越大越好。在熱性能方面，要求兩種材料的熱膨脹系數(shù)相接近，假設相差較大，那么形成的光導纖維產(chǎn)生內應力，使透光率和纖維強度降低。另外，要求兩種材料的軟化點和高溫下的粘度都要相接近，否那么，會導致芯料和涂層材料結合不均勻，將會影響到纖維的導光性能。影響光導纖維使用性能的因素很多，光導纖維的集光能力﹑透光性﹑分辨率和比照度是影響光導線傳像能力的主要指標。數(shù)值孔徑用于表示光導纖維集光能力的大小和接收光的多少，而數(shù)值孔徑的大小直接與光導纖維芯料和涂層的折射率有關，芯料與涂層的折射率相差越大，那么集光能力就越強，光導纖維的透光性那么與所使用的材料﹑數(shù)值孔徑及纖維的幾何尺寸有關，并隨著纖維長度的增加而很快地下降。圖像的清晰程度是由分辨率決定的，而分辨率與光導纖維的直徑成反比，因此光導纖維的直徑盡可能地細。影響光導纖維比照度的因素主要有纖維的集光能力﹑透光能力﹑分辨能力和涂層的厚度。但涂層厚薄的程度宜適中，涂層厚度太厚會產(chǎn)生光的相互干擾，太薄那么會漏光。采用光導纖維進行通訊，不僅能節(jié)省大量的金屬資源，而且使用壽命長，結構緊湊，體積小，性能比電纜好得多，具有容量大﹑抗干擾性好﹑能量衰耗小，傳送距離遠﹑重量輕﹑絕緣性能好﹑保密性強﹑本錢低等特點。就容量而言，是非常驚人的，一根直徑只有千分之一毫米的光導纖維，可以同時傳遞32000對。如果采用激光通訊，一條光電纜能同時接通100億條線路和1000萬套電視通訊，可供全世界每人2部使用。而且光導纖維通訊的頻率范圍寬﹑傳遞的音質好，圖像清晰﹑色彩逼真。同時，由于光導纖維通訊的光能頻率高，具有極好的抗干擾性，特別是使用激光光源時更為突出，把抗干擾性又提高了一步。光能在光導纖維中屏蔽傳導﹑不易泄露﹑不易被截獲﹑具有良好地保密性。更不受空間各種頻率電磁波的干擾，也不會受到風﹑雨﹑雷﹑電的影響，是真正的全天候式平安通訊技術。光導纖維的特性決定了其廣闊的應用領域。由光導纖維制成的各種光導線﹑光導桿和光導纖維面板等，廣泛地應用在工業(yè)﹑國防﹑交通﹑通訊﹑醫(yī)學和宇航等領域。光導纖維最廣泛的應用在通信領域，即光導纖維通信。自20世紀60年代以來，由于在光源和光纖方面取得了重大的突破，使光通信獲得異常迅速的開展。作為光源的激光方向性強﹑頻率高，是進行光通信的理想光源；光波頻帶寬，與電波通信相比，能提供更多的通信通路，可滿足大容量通信系統(tǒng)的要求。因此，光纖通信與衛(wèi)星通信一并成為通信領域里最活潑的兩種通信方式。在醫(yī)學上，光導纖維可以用于食道﹑直腸﹑膀胱﹑子宮﹑胃等深部探查內窺鏡〔胃鏡﹑血管鏡等〕的光學元件和不必切開皮肉直接插入身體內部，切除癌瘤組織的外科手術激光刀，即由光導纖維將激光傳遞至手術部位。在照明和光能傳送方面，利用光導纖維進短距離可以實現(xiàn)一個光源多點照明，光纜照明，可利用塑料光纖光纜傳輸太陽光作為水下﹑地下照明。由于光導纖維柔軟易彎曲變形，可做成任何形狀，以及耗電少﹑光質穩(wěn)定﹑光澤柔和﹑色彩廣泛，是未來的最正確燈具，如與太陽能的利用結合起來將成為最經(jīng)濟實用的光源。今后的高層建筑﹑禮堂﹑賓館﹑醫(yī)院﹑娛樂場所﹑甚至家庭依據(jù)都可直接使用光導纖維制成的天花板或墻壁，以及彩織光導纖維字畫等，也可用于道路﹑公共設施的路燈﹑廣場的照明和商店櫥窗的廣告。此外，還可用于易燃﹑易爆﹑潮濕和腐蝕性強的環(huán)境中不宜架設輸電線及電氣照明的地方作為平安光源。在國防軍事上，光導纖維也有廣泛的應用，可以用光導纖維來制成纖維光學潛望鏡，裝備在潛艇﹑坦克和飛機上，用于偵察復雜地形或深層屏蔽的敵情。在工業(yè)方面，可傳輸激光進行機械加工；制成各種傳感器用于測量壓力﹑溫度﹑流量﹑位移﹑光澤﹑顏色﹑產(chǎn)品缺陷等；也可用于工廠自動化﹑辦公自動化﹑機器內及機器間的信號傳送﹑光電開關﹑光敏元件等。此外，還可用于火車站﹑機場﹑廣場﹑證券交易場所等大型顯示屏幕；短距離通訊和數(shù)據(jù)傳輸；將光電池纖維布與光導纖維布巧妙地結合在一起制成夜間放光的夜行衣，不僅為夜行人起照明作用，還可提高司機的觀察視距，能夠有效地減少交通事故的發(fā)生。光導纖維必將在通訊﹑國防﹑醫(yī)療﹑照明及各種技術傳導的現(xiàn)有根底上出現(xiàn)新的突破，更廣泛的普及應用于各個領域。光導纖維問世光導纖維提供了一個途徑，光在具