第十九章材料世界.docx

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第十九章材料世界

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【本章概述】

本章教材是《标准》中“科学内容”的“物质”一级主题版块中二级主题的第四部分内容的载体，本章分“我们周围的材料”、“半导体”、“探索新材料”三节，其内容是和当前蓬勃发展的材料科学相联系的。

第三次技术革命中，我国在现代科技的“三大支柱”——“科技、能源、信息科学”；“三大前沿阵地”——“基本粒子、天体演化、生命起源”的重大科技领域方面经过多年的艰苦奋斗都已成为世界列强之一。

尤其世纪年代在世界“超导热”中，我国对超导材料的研究与应用方面跟美、日并居前列，并且两度领先。

教学中应注意拨动德育的主弦律——渗透“爱国主义”思想教育。

根据课程“从生活走向物理，从物理走向社会”的基本理念，教材从身边引导学生认识形形色色的材料，让学生觉得物理就在身边，消除那种“物理公式解题”的恐惧感，对物理学产生亲近感。

同时本章教材还体现了前瞻性，介绍了半导体材料及其探索中的新材料——超导及纳米材料。

【本章教学要求】

．能描述物质的一些属性。

尝试将这些属性与日常生活中物质的用途联系起来。

．了解物质的属性对科技进步的影响。

．初步了解半导体的一些特点。

了解半导体材料的发展对社会的影响。

．初步了解超导体的一些特点。

了解超导体对人类生活和社会发展可能带来的影响。

．初步了解纳米材料的应用和发展前景。

．有保护环境和合理利用资源的意识。

【本章教学重点】

探索新材料中的超导材料，纳米材料，这是当今世界最前沿的材料，引起了各行各业的广泛关注和极大兴趣。

【本章教学难点】

半导体的导电性，半导体元件的导电性，半导体的应用

【本章课时分配】

内容

课时

第一节我们周围的材料

第二节半导体

第三节探索新材料

单元总结与提升

【本章教学建议】

教学中应该注意体会科学，技术、社会的关系。

本章的教学，目的不在于讲多少知识，对涉及到的新名词术语只要求学生初步知道，教学中要让学生有轻松感，尽量让他们“看一看”、“见一见”，开阔眼界。

教学中注意体现本章教材内容的“三性”特点，即“生活常识性”、“科学探究性”，“德育渗透性”。

第一节我们周围的材料

一、教学目标

【知识与技能】

知道材料的分类，知道不同材料具有不同的物理性质

【过程与方法】

通过实验体验不同物质具有不同的物理性质

【情感、态度与价值观】

了解材料在人类发展的历史进程中的作用；认识到合理利用资源，有效保护环境的重要性．

二、教学重难点

重点：

材料的物理性质

难点：

实验探究的方法了解材料的弹性、硬度、延展性等物理性质

三、课时安排

课时

四、教与学互动设计

（一）创设情景，导入新课

【导语一】有人对当今浩瀚的材料世界进行过粗略统计，年代登记的新老材料达到万种，到年登记的材料总和已有万种，并且每年还以的速度增长。

可见当今社会对新材料的需求时非常大的，从今天开始我们就来学习一下我们周围形形色色的材料。

【导语二】探究：

身边的物品及材料，如：

文具盒、钢笔、铅笔、圆珠笔、课本、桌凳、黑板、墙壁、门窗、粉笔、电线、灯具……

讨论他们分别是由什么材料制成。

由此引入本节课。

【导语三】利用投影仪，播放各种物品的图片，如冰箱、彩电、大桥、公路、汽车、自行车……，并介绍这些物体所使用的材料。

（二）合作交流，解读探究

一、材料的分类

【提问】你周围有哪些物品？

是由什么材料制成的？

【讨论交流】探究：

身边的物品及材料，如：

文具盒、钢笔、铅笔、圆珠笔、课本、桌凳、黑板、墙壁、门窗、粉笔、电线、灯具……进行交流讨论。

【阅读】让学生阅读课本“形形色色的材料”，指出材料的分类及各种材料的特点及应用。

【点拨】根据材料不同的特点，材料可分为金属、无机非金属、有机高分子材料及复合材料．各种材料的特点及应用

【拓展】如果从使用角度看，不论上面哪一种材料，都可以归纳为两大类：

一类叫做结构材料，主要是利用它们的强度、韧性、硬度、弹性等机械性能；另一类是功能材料，是利用它们所具有的电、光、磁、热等功能和物理效应。

【想一想】根据材料不同的特点将下列材料分类．铜、陶瓷、半导体、钢、棉花、橡胶、钢筋混凝土、白纸、玻璃钢．

【点拨】金属：

铜、钢；无机非金属：

陶瓷、半导体；有机高分子材料：

棉花、橡胶、白纸；复合材料：

钢筋混凝土、玻璃钢

二、材料的物理性质

【提问】材料的物理性质包括哪些呢？

【点拨】材料的物理性质包括：

导热性、导电性、磁性、密度、比热容、弹性、硬度、延展性、透光性、状态等

【提问】什么是弹性？

让学生阅读课本“弹性”，思考回答。

【点拨】材料受力会产生拉长、压缩或弯曲等形变，除去外力后材料又自动回复原状，这就是弹性

【讨论交流】在我们的生活中，经常用到材料的弹性，你能举出这些应用的例子吗？

【点拨】（）汽车轮胎所使用的橡胶是一种很好的弹性材料，用香蕉轮胎可以大大减轻汽车的震动与颠簸。

（）弹性材料制造的发条用来贮存时钟运行所需要的能量。

【拓展】（）材料的弹性是有限度的，在弹性限度内，弹簧的伸长与所受拉力成正比．（）弹性具有减震作用.（）弹性物体可以储存能量，发生弹性形变的物体具有弹性势能

【想一想】弹簧门在推开以后能自己关闭，如图所示，从能的转化来说明这一现象.

【点拨】推门时，使弹簧发生弹性形变，具有弹性势能；松开手后，弹簧的弹性势能转化为门的动能，使门关上

【提问】材料有软有硬。

较硬的材料能使较软的材料产生凹陷、划痕，或切削，磨损较软的材料。

什么是硬度？

【点拨】硬度就是描述材料坚硬程度，即阻止其被刮破、刮伤或产生凹陷能力的物理量。

【拓展】在科学研究和生产实际中常用莫氏硬度来评价材料的坚硬程度。

年德国矿物学家穆尔列出种矿物作为硬度标准。

其中，钻石的硬度最高，滑石最低。

种矿物的硬度从高至低依次排列如下：

钻石、金、水晶、石英、正长石、磷灰石、氟石、方解石、石膏、滑石

【实验探究】材料的硬度

实验装置如图所示，自选若干待测材料如肥皂、橡皮泥、塑料、铝片、瓷片等，将被测材料置于一个空心竖直管的底部，从管的顶部释放一钢钉，钢钉作用在该材料上会产生一个小小的凹痕。

从凹痕的大小和深度，判断材料的硬度并排序。

【说明】比较物质的硬度最简单的方法就是相互“较量”

【结论】由软到硬的顺序是：

橡皮泥、肥皂、塑料、铝片、瓷片

【讨论交流】探究你身边的物品的硬度，说出你的实验方法。

【讲解】具有延展性的材料可以锻打成片、拉成丝；不具有延展性的材料在外力作用下容易破碎、断裂．

【阅读】课文“延展性”部分，知道具有延展性的材料和不具有延展性的材料的特点。

【说明】（）大部分金属都具有延展性．常见的玻璃、陶瓷等材料不具有延展性．（）实际应用中需要改变物体的形状，则应选用延展性好的材料．

【想一想】如图所示物体中，利用材料的延展性制成的是（）

【点拨】铁门、金属容器靠锻打等方式构成不同形状．因此，本题中只有铁器利用了材料的延展性．答案：

【讨论交流】课本，列举生活中一些物品所用材料的名称，讨论其物理性能与用途。

三、材料与社会发展

【想一想】让学生阅读“材料与社会的发展”后思考：

（）材料与社会发展的关系？

（）我国在材料发展的历史中有何重要贡献？

（）材料的发展与资源浪费和环境污染问题。

【点拨】简单回顾一下历史便可知晓，正是在历史发展过程中以及此相联系的人类知识和经验的增长过程中，材料的使用才得以发展。

我们从中得知：

是哪些或哪类材料在一定的历史条件下最能满足技术和经济的需要；同时还可以看到，材料的发展与社会的发展以及人类文明之间贯穿着一条辨证的线索——材料的合理利用和资源及环境保护的统一。

（三）应用迁移，巩固提高

类型之一：

材料的分类

【例】（年镇江市）现有六种物品：

铁钉、玻璃、铅笔心、水银、橡胶棒、陶瓷片.小明将它们分成两类，如下表所示.则小明是按照物质的哪种物理属性进行分类的（）

第一类

第二类

铁钉铅笔芯水银

玻璃橡胶棒陶瓷片

．密度．磁性．硬度．导电性

【解析】第一类物质是导体，第二类物质是绝缘体，所以小明是按物质的导电性分类的。

【答案】

类型之二：

材料的物理性质

【例】（年广东省茂名市课改区）汞、橡胶、金钢石这些物质中，常温下呈液态的是，适宜用做冲击钻钻头的是。

汞的温度降低到℃时会出现超导现象，在超导情况下用汞作为大电流的传输导线时，汞导线（填“会”或“不会”）消耗电能。

【解析】汞，又叫水银，常温下是液态，又称为“液态金属”，是导体。

金钢石的硬度很大，适宜做钻头。

超导情况下，汞没有电阻，不会产生电流的热效应，作为导线不会消耗电能。

【答案】汞；金钢石；不会

【变式题】（年临沂市课区）不同的材料，有不同的物理性质，不同条件和环境，对材料的物理性质要求不同。

消防队员们所穿的消防服，就应具备某些特殊性能。

若让你设计消防服装，请根据学过的物理知识，对制造消防服装的材料应具备的物理性质提出要求。

（至少提三项）

【解析】本题从实际中选取素材，将物质的属性与和社会实际、科学技术的发展联系起来，是新课示标倡导的方向。

【答案】耐热，防变形；不善于传热；反射光和热；抗燃，熔点高；黄色，便于发现消防队员的位置；耐腐蚀，防化学品；不善于导电，防电源漏电触电；自洁能力强，不沾水和污渍。

（四）总结反思，拓展延伸

金属

无机非金属

有机高分子材料复合材料

【总结】

一、材料的分类

二、材料的物理性质

材料的物理性质包括：

导热性、导电性、磁性、密度、比热容、弹性、硬度、延展性、透光性、状态等

三、材料与社会发展

【拓展】铅笔上的和字母分别是英文单词“，’和""的缩写，表示硬度和黑度前的数字越大，表示铅笔芯中粘土的比例越高，硬度越大，颜色越浅；前的数字越大，表示铅笔芯中的石墨的比例越高．硬度越小，颜色越深．铅笔硬度和颜色适中，软硬程度一样适合写字用．

【例】有一种铅笔标有“”字样，你知道它代表的含义吗?

【答案】表示硬度表示黑度铅笔硬度和黑度适中，软硬程度一样．

（五）当堂检测反馈

．大约在年前，人类学会了冶炼金属，并用其来制造工具．后来在冶炼时，加入了少量的，获得了更坚硬、质量更轻、强度更高的．

【答案】铜锡青铜

．下列物体中，利用材料导电特性的是（）

铁门内燃机的散热金属片

灯泡内的钨丝电饭煲的金属锅

【答案】

．下列物理过程中，防止材料导热的事例是（）

饮具选用金属暖气管道外的塑料包层

电磁铁的芯选用铁内燃机的冷却液选用水

【答案】

．根据图写出物质的属性

（）；（）；（）；（）

【答案】透光性导电性弹性磁性

．钢铁、铝合金、塑料、玻璃是几种常见物质．

（）制造机器一般选用；

（）制造电器设备的外壳一般选用；

（）制造飞机多选用；

（）制造一般的家具多选用；

【答案】（）钢铁（）塑料（）铝合金（）玻璃

五、资料链接

爱迪生和白炽电灯

大家都说白炽电灯是美国科学家爱迪生发明的，其实他并不是最先制成白炽电灯的人．但是，他最先制成了实用、价格低廉的白炽电灯，而且建成了能给兮散在千家万户的电灯供电的电力系统，对电力工业的发展起了巨大的推动作用．

最初人们是用铂做灯丝的，铂是化学性质最稳定的元素之一，即使在高温下也很难跟其它元素化合．但是熔点只有℃，刚达到白炽状态再继续通电就烧断了．认年前后开始，人们改用熔点超过℃的碳做灯丝，碳很容易氧化，必须装在抽去空气的玻璃泡里．由于当时抽气技术水平低，泡内残存着大量氧分子，高温时与碳化合，所以碳丝亮不了几分钟就烧断了．

爱迪生的研究，开始选用碳做灯丝材料，他把碳化的纸条放在抽出空气的玻璃泡里，维护白炽状态可达到分钟．以后改用耐高温的金属，试用了铂、铱、钼、锇等熔点高的金属，也想到了钨，但由于当时没有加工工具，没有取得成功．经过多次失败后，他又想到了碳，试验什么材料碳化后做灯丝最好．他先后试验了各种各样的灯丝材料．年月日制成了用碳化棉做灯丝的高真空白炽灯泡，寿命达几十小时．同时他还努力改进了抽气机，把灯泡里残余空气的压强从帕减小到．帕．

必须具备什么条件下才可以使将来发明的

白炽灯能实际用来给千家万户照明，而不是只供少数人观赏?

爱迪生从当时的煤气系统得出启发，想到应该有一个相当于中心煤气站的中心发电站，给各家各户供应廉价的电．后来，他又改进了发电机，把发电机的效率从％（这在当时是最高的）提高到％．

年除夕，爱迪生在他的门罗公园实验室院子里的树上，亮起了只电灯．成千上万的人闻讯赶来观看这个开辟人类照明新纪元的奇异景象．后来他又改用碳化的竹子纤维做灯丝，把灯泡的寿命

延长到上千小时．年爱迪生在纽约建立了第一个中心发电站，开创了电照明的新时代．

在研制白炽电灯的过程中，爱迪生和他的助手常常连续几天几夜不停地试验，吃、睡在实验室中，这位只上过个月小学、全靠自学成材的大发明家，除了亲自动手实验外，还夜以继日地阅读科学书刊和学术论文．有一次，他的朋友当面称赞他是天才，他笑了笑说：

“天才，不过是百分之一的灵感加上百分之九十九的汗水!

”

——摘自《中华一题》