2019-2020年高中物理 《材料科技與人類文明》教案 魯科版選修3-3.doc

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2019-2020年高中物理 《材料科技與人類文明》教案 魯科版選修3-3 一、教學(xué)目標(biāo) 【知識(shí)與技能】 1．知道材料的各類和用途 2．知道新材料及其應(yīng)用 【過程與方法】 通過查閱材料、上網(wǎng)等方式了解與本部相關(guān)的液晶和廣泛應(yīng)用及半導(dǎo)體材料和納米材料的應(yīng)用。 【情感、態(tài)度與價(jià)值觀】 展望新材料帶來的廣闊前景，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新意識(shí)，為材料的明天而努力 二、教學(xué)過程 先讓學(xué)生用10分鐘的時(shí)間閱讀本節(jié)內(nèi)容。 材料通常是人們揚(yáng)幡招魂各種物品所用的物質(zhì)，一般指固體，每一種材料都有自己的特性，按照不同分類標(biāo)準(zhǔn)可以把材料分為不同的種類不同的材料由于特性不同，所以用作也就不同。 （一）材料的分類 1．按材料特性分為：結(jié)構(gòu)材料和功能材料 2．按應(yīng)用領(lǐng)域分為：信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料、航空航天材料等 3．按習(xí)慣分為： （1）金屬材料，一般包括金屬與合金 （2）無機(jī)非金屬材料，主要是陶瓷和玻璃等 （3）有機(jī)高分子材料，由碳、氫、氧、氮、硅、硫等元素的有機(jī)化合物構(gòu)成的材料，之所以稱為高分子，就是因?yàn)樗鼈兊南鄬?duì)分子質(zhì)量較大。天然高分子材料有木材、棉花、羊毛、貝殼等；人工高分子材料包括塑料、合成橡膠、合成纖維、膠黏劑和涂料等。 討論：觀察生活中的物品，分析一下它們是用什么材料制造的，特點(diǎn)是什么？ （4）復(fù)合材料，由以上幾類不同材料通過復(fù)合工藝組合成的新型材料 （二）新材料 材料科學(xué)是研究材料的制造、結(jié)構(gòu)與性能三者之間相互關(guān)系的科學(xué)。 1．發(fā)生形變后幾乎能100%恢復(fù)原狀的材料稱為形狀記憶合金 形狀記憶合金“尼特隆”，是一種含鎳55%，含鈦45%的合金，這種合金的“回憶”-“變形”本領(lǐng)可以反復(fù)使用500萬次，在工程機(jī)械、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。 2．半導(dǎo)體材料：半導(dǎo)體是具有優(yōu)異特性的微電子材料，主要是硅和砷化鎵。從導(dǎo)電發(fā)到性能上看，其電阻率介于金屬導(dǎo)體和絕緣體之間。 3．力、熱、聲、光、磁等方向的某些性能會(huì)發(fā)生突變的納米材料，其顆粒在1~100nm之間的材料。 納米是長度單位，1nm = 10-9m。 4．材料、信息和能源被 當(dāng)今國際社會(huì)公認(rèn)為現(xiàn)代文明的三大支柱。 三、問題探究 1．納米材料有哪些奇特效應(yīng)？ a． 量子尺寸效應(yīng)：如銀的超細(xì)微微粒在溫度為1K時(shí)，會(huì)由導(dǎo)體變?yōu)榻^緣體。 b． 小尺寸效應(yīng)：如當(dāng)材料超細(xì)微微粒的尺寸與光波波長相當(dāng)或更小時(shí)，將由超導(dǎo)狀態(tài)變?yōu)檎顟B(tài)。 c． 表面和界面效應(yīng)：如納米材料活性極高，極不穩(wěn)定，很容易與其他原子結(jié)合。 d． 宏觀量子隧道效應(yīng)：如低于某一臨界溫度時(shí)，其微觀粒子的運(yùn)動(dòng)速度基本上與溫度無關(guān)。 2．用_________________的鉚釘，是在常溫（或工作溫度）下把鉚釘做成鉚接后的形狀；然后降溫并將兩腳拉直，使之能順利插入鉚釘孔；插入后讓溫度回升，鉚釘恢復(fù)原狀，完成鉚接。 形狀記憶合金制造 3．查閱有關(guān)資料，納米材料在力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、化學(xué)等方面有哪些良好性能？ 力學(xué)性能：具有高強(qiáng)、高硬和良好的塑性； 熱學(xué)性能：超細(xì)微微粒的熔點(diǎn)比常規(guī)粉體低得多 電學(xué)性能：在低溫時(shí)會(huì)呈現(xiàn)電絕緣性 磁學(xué)性能：當(dāng)超細(xì)微微粒的尺寸小到臨界尺寸時(shí)，常規(guī)的鐵磁性材料會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)樘幱陧槾判陨踔脸槾艩顟B(tài)的納米材料 光學(xué)性能：半導(dǎo)體材料在室溫下具有光致發(fā)光特性、光電轉(zhuǎn)換特性、介電特性和壓電特性 化學(xué)性能：具有相當(dāng)高的化學(xué)活性 四、研究性學(xué)習(xí)任務(wù) 上網(wǎng)查找納米技術(shù)的發(fā)展。