《点击新材料》设计

《点击新材料》教学设计【教学目标】知识与技能初步了解一些新材料（如纳米材料、超导材料、形状记忆合金、隐性材料等）的一些特点及其应用。过程与方法通过了解新材料的一些知识，关注前沿科学的新进展，体验科学技术的神奇力量。情感态度和价值观通过对新材料的了解和认识，激发学生学习积极性。【教学重点】常识性了解纳米材料，半导体材料，超导体材料等新材料。【教学难点】培养学生用多样化的学习方式进行学习。【教学方法】多媒体教学法。【课时安排】1课时。【教学过程】一、导入新课：随着对物质属性的研究不断深入，各种新材料层出不穷，它们越来越多的进入我们的学习、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。二、讲授新课：1.纳米材料纳米是空间长度单位，符号为nm，10-9m。纳米材料就是之在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围，或由他们作为基本单元构成材料。如果按照维数，纳米材料的基本单元可分为3类：（1）0维，指空间3维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒，原子团簇；（2）1维，指空间上有2维处于纳米尺度，如纳米棒，纳米管；（3）2维，三维空间中有1维在纳米尺度，如超薄膜，多层膜在材料方面应用纳米技术，制备出纳米材料，可以出现很多新的特性，实现结构功能上的材料需求。自从80年代你米材料概念形成以后，世界各国先后对这种材料给予了相当大的重视。2.半导体材料有些材料的导电性能介于导体和绝缘体之间，这类材料称为半导体，它有以下三方面的特性（1）热敏特性半导体的导电能力随温度的变化而变化。人们利用这种特性，制成热敏元件，如热敏电阻等。（2）光敏特性半导体的导电能力与光照有关。人们利这种特性，制成光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等。（3）掺杂特性在半导体中掺入微量杂质后其导电能力要发生很大变化。利用这一特性，可制成半导体二极管、三极管、集成电路等。有些材料，它的导电性能介于导体和绝缘体之间，这类材料称为半导体材料。锗、硅、砷化镓等都是半导体材料。晶体二极管具有单向导电属性。在日常生活中，电子表、收录机、照相机、电视机、汽车、火车、飞机等，都要应用各种半导体元器件。例如，计算机的心脏——微处理器，就含有成千上万半导体元件。3.超导材料(1)超导现象：当温度降到某一温度时，金属的电阻变为零的现象。(2)超导体：能够发生超导现象的物质，叫做超导体。（注意：不是所有物体都会发生超导现象）(3)超导转变温度（又叫超导临界温度）：物质的电阻降到一定温度时，才会出现超导现象，物质电阻变为零的温度叫做超导转变温度，用Tc表。几种超导体的超导转变温度（Tc）铝：℃．铅：℃．锡：℃．水银：℃．钨：℃．(4）超导体的应用前景因为超导体在很低的温度下才会发生超导现象，目前超导体还不能在常温下应用于实际生产和生活中，只应用于科学实验和高新技术中。如果能应用于实际，会给人类带来很大的好处。举几例如下：①电导线利用超导体，可以大大降低输电的电能损耗。②如果把发电机和电动机的线圈用超导体制成超导线圈，可以使发电机和电动机的质量减小，功率增大，效率提高。③用超导体可制造出磁悬浮列车，它的速度可达几百千米每时。讲授磁悬浮现象可做图11所示的实验。其中A、B、C、D是圆环形磁体，它的上、下两个平面分别是两个磁极。使相邻的两个圆环的南极和南极相对，北极和北极相对。由于排斥力使B、C、D三个圆环悬浮在空中，这种现象叫磁悬浮。在磁悬浮列车中，有超导体制成的超导线圈，当发生超导现象时，线圈中电流可以达到很大的程度，强大的电流产生很强的磁性。地上有用超导线圈铺设的轨道，跟列车底部超导线圈相对，它们产生的磁性都很强，相互正对的一面磁极相同，在强大的磁力作用下，列车悬浮在空中，列车向前运行时不受地面的摩擦阻力，只受到较小的空气阻力，就使列车的速度能提高很多倍。形状记忆合金形状记忆合金是在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℃～1000℃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