初中八年级物理上册 5.5 点击新材料教案

点击新材料

【三维教学目标】

1、初步了解半导体、超导体和纳米材料的一些特点。

2、经历上网、进图书馆、作社会调查收集资料的过程，学习查文献资料和社会调查研究问题的方法，感悟新材料的发展对人类生活和社会发展带来的影响。

3、培养学生对今天人类在高科技领域内的成就的兴趣，激发他们为人类科学事业献身的精神。

【教材分析】

本节主要包括四部分：纳米材料，超导材料，形状记忆合金，隐性材料。教学过程中主要通过阅读、交流、讨论、提问的活动方式进行，课前可让学生通过上图书馆、上网查询等方式，获得与教科书上“点击”的不同的新材料及其应用带到课堂上交流。教师也要准备一些新的内容，参与学生交流讨论。本节课留给教师和学生发挥的空间很大。本节课还要求讨论新材料的应用，在改变人类今天生活方式、提高生活质量方面有哪些作用，要能做到举例说明。

【教学重点、难点】

重点是了解这几种新材料的特性及其应用；难点是作为农村学生，由于条件的限制，在自己查询这几种新材料有关知识方面比较困难。

【教学方法】阅读、交流、讨论、提问等。

【教学过程】

一、引入新课

各种新材料层出不穷，它们越来越多地进入我们的学习、工作和生活的方方面面，并正在改变我们的生活方式，提高我们的生活质量，促进社会的进步和发展。下面，我们点击几种新材料，初步认识它们。

板书：4.4 点击新材料

二、新课教学

板书：1、纳米材料

指导学生阅读课文，了解纳米材料的特点及其应用。

一、纳米技术的基本概念

就象毫米、微米一样，纳米是一个尺度概念，是一米的十亿分之一，并没有物理内涵。当物质到纳米尺度以后，大约是在1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法做了超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，象铁钴合金，把它做成大约20—30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。

纳米技术是一种在纳米尺度空间内的生产方式和工作方式，并在纳米空间认识自然、创造一种新的技能。比如进入血管的机器人很小，将来它要工作的工具就必须是纳米材料。最近，科学家已经发明了纳米铲子、纳米勺子，血管机器人可以在血管里用这些工具来进行操作，这就是纳米工具，绝不象现在工具这样。

纳米技术的内涵非常广泛，它包括纳米材料的制造技术，纳米材料向各个领域应用的技术(含高科技领域)，在纳米空间构筑一个器件实现对原子、分子的翻切、操作以及在纳米微区内对物质传输和能量传输新规律的认识等等。但是，我们不要把纳米技术仅仅看作是纳米材料，也不能把纳米材料仅仅理解为是纳米粉体。纳米粉体仅仅是纳米材料的一个内涵，实际上纳米丝、纳米管、纳米线、纳米电缆、纳米薄膜、三维纳米块体、复合材料等等都是纳米材料，范围相当广。另外，纳米材料不单纯是固态的，也有液态，例如纳米水，用高频超声处理，使水分子结成小汽团。

板书：2、超导材料

指导学生阅读课文，了解超导材料的特点及其应用。

物质在超低温下失去电阻的性质称为超导电，具有这种性质的物质称为超导体，超导体在电阻消失以前的状态称为常导状态，电阻消失以后的状态称为超导状态。

　　早在1911年，荷兰科学家昂尼斯用液氮冷却水银，当温度降到零下269摄氏度左右时，发现水银的电阻空气完全消失，这种现象称为“超导”现象，所有具有这种零电阻的材料称为超导体。

　　超导体具有两大宏观特征，即零电阻和完全抗磁性。零电阻是指可以输送大电流不发热，几乎不损耗能量；完全抗磁性是指即当超导体处于超导状态时，超导体内部磁场为零，对磁场完全排斥，但当外部磁场大于临界值时，超导性被破坏。

　我们把具有这种特性的物体称为超导体，把电阻突然降为零时的温度称为超导转变温度。如果把电流、磁场、压力等参数维持在很小的值，在这一条件下的转变温度称为超导临界转变温度，用Tc表示。

超导材料的特点：

(1)当温度低于Tc时，直流电阻为零；

(2)当温度低于Tc时，材料具有完全反磁性；

(3)当温度低于Tc时，材料具有量子效应。 因此，如何提高T，成为超导材料能否在工业中得到应用的技术关键。

(如果把电流、磁场、压力等参数维持在很小的值，在这一条件下的转变温度称为超导临界转变温度，用Tc表示。)

超导材料的应用领域较广：

① 电力输送。可以不加压输电，电能损失可减少10％以上，电费开支可节省15％以上。据测算，单是超导输电的实现就可使美国一年节省价值100亿美元的电力。

②受控热核聚变反应装置。其反应过程中的温度高达1亿摄氏度，目前还没有任何装置能约束这种极高温的反应过程，而将来用超导体产生的超强磁场可有效地控制这种反应过程。

③ 超导磁悬浮列车。这种列车打破了传统的轮轨接触方式，它是在没有轮子的车厢上和轨道上安置线圈，电流通过时使之产生相斥的磁场将车厢抬起悬浮状，以线形电机推动车厢前进。这种列车没有轮轨接触滚动的阻力，列车行驶速度大大提高，时速可达500多公里。如北京到广州，只需要4个多小时。另外，用超导电动汽车取代燃油汽车，全世界每年可节省燃油10亿吨以上，并可大大减少噪音和环境污染。

④超导电子计算机。用超导芯片将大大提高计算机的运算速度，并减少体积。美国IBM公司研制的一台运算速度为8000万次/秒的超导计算机，体积只有一部电话机大小，其元件不发热，可长时间高效率运行。

由清华大学物理系自主研制成功的我国首台CDMA移动通信用的高温超导滤波器系统，至今已连续无故障使用一年半以上，每天24小时不间断地为用户提供优质。

板书：3、形状记忆合金

指导学生阅读课文，了解形状记忆合金的特点及其应用。

形状记忆合金是在20世纪60年代初期发现的，它是一种特殊的合金，有一种不可思议的性质，即使把它揉成一团，一旦达到一定温度，它便能在瞬间恢复到原来的形状。由镍和钛组成的合金具有记忆能力，称为NT合金。

　　首先将预先加工成某一形状的这种NT合金，在300 ℃～1 000℃高温下热处理几分钟至半小时，这样NT合金就会记忆被加工成的形状。以后在室温下无论形状怎样变化，一旦将它的温度升至一定温度时，它就会恢复成原来被加工成的形状。

　　形状记忆合金的结构尚未完全探明，为什么金属会记住某些固定形状的问题也还没有完全搞清楚。据科学家推测，金属的结晶状态，在被加热时和冷却时是不同的，虽然外表没有变化，然而在一定温度下，金属原子的排列方式会发生突变，这称为相变。能引起记忆合金形状改变的条件是温度。分析表明，这类合金存在着一对可逆转变的晶体结构。如含有Ti和Ni各为50％的记忆合金，有两种晶体结构，一种是菱形的，另一种是立方体的，这两种晶体结构相互转变的温度是一定的。高于这一温度，它会由菱形结构转变为立方体结构；低于这一温度，又由立方体结构转变为菱形结构。晶体结构类型改变了，它的形状也就随之改变。具有这种形状记忆效应的合金，除镍钛合金外，还先后发现铜-锌、金-镉、镍-铝等约20种合金，其中“记忆力”最好的是NT合金。

　　形状记忆合金的应用范围广泛，除了可用于温度控制装置、集成电路引线、汽车零件与机械零件外，由于其与生物体的相容性好、耐蚀性强，还可用于骨折部位的固定、人造心脏零件、牙齿矫正等医用材料。由于NT合金成本昂贵，目前正在研制廉价的铜系形状记忆合金。

板书：4、隐性材料

指导学生阅读课文，了解隐性材料的特点及其应用。

特点：能将雷达发射出的电磁波大部分吸收掉，反射回去的却很少。

应用：常用于飞机、坦克等重要军事目标或武器上。

三、归纳小结

通过本节学习，你有什么收获？

四、巩固练习

五、反思

通过学习、练习，学生基本对文中介绍的四种新材料的特点与应用已经掌握。可鼓励学生多查有关资料，多了解一些与这些新材料有关的知识信息，以扩大知识面。