新材料及其应用（教学设计）

新材料及其应用教学设计◁设计意图▷本节内容属于科普常识，所以在课堂教学中着重体现“以学生为主，教师为辅”“从生活走向物理”的课程理念，让学生在讨论中学习，在阅读中学习，突出学生在课堂上的主体地位，增强学生的自主学习意识。◁教材分析▷本节主要内容是介绍四种新材料（纳米材料、半导体材料、超导材料、隐形材料）的一些特点及其应用。其中纳米和超导材料是课程标准要求的。本节内容属于物质属性的应用和拓展，教材内容联系生活和社会，让学生在了解新材料及其属性的同时，体会新材料在生活、生产中的重要地位，对人类社会的重要影响，体会物理学对整个社会的巨大推动作用。◁学情分析▷本节内容主要是介绍一些前沿科学，与生活、社会联系紧密，这种由浅到深的递进，且生活和社会紧密联系的选材、组织和编排方式颇有新意，符合初中生的认知特点。其中一些知识使学生感觉新鲜，兴趣浓厚，学起来比较轻松。这既有利于激发他们的学习兴趣，又能达到逐步深人认识、理解事物的目的。◁教学目标▷【物理观念】1．概念（1）纳米材料：指制成材料的基本单元大小限制在1nm~100nm范围的材料。（2）半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的材料。（3）超导体：温度降低到一定程度时，导体的电阻突然接近于零，我们把低温下材料电阻突然为零的特性称为超导性，这样的导体叫做超导体。2．概念（1）纳米：是长度单位，符号为nm，1nm=10-9m。（2）半导体制成的二极管具有单向导电性。【科学思维】说出新材料的发展对人类生活和社会发展的影响。【科学探究】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。【科学态度与责任】通过对新材料特性和运用的了解，认识科学对社会进步的贡献，对我们生活的改变，体会科学技术是第一生产力的重大意义，激发为振兴中华而学习的积极性。◁教学重难点▷【教学重点】了解新材料的性能及其应用，培养学生多样化的学习方式。【教学难点】创造条件让学生了解更多关于新材料及其应用的信息，培养学生用多样化的学习方式进行学习的习惯。◁教学方式▷实验法、阅读和讨论相结合。◁教学过程▷一、新课导入随着人类对物质属性的研究的不断深入，各种新材料层出不穷，它们越来越多地进入到我们的生活，正改变着我们的生活方式和提高我们的生活质量。比如纳米自洁玻璃、纳米芯片、发光二极管、半导体材料、隐形材料等等，你了解它们吗？二、教学步骤探究点1纳米材料的特性及其应用[阅读课本]P141“纳米材料的特性及其应用”[思考]什么是纳米材料?[提示]纳米是一个长度单位，大小为十亿分之一米（10-9m），并没有物理内涵。当物质小到纳米尺度以后，大约是在1~100nm这个范围空间，物质的性能就会突变，出现特殊性能。这种既具有不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。[思考]纳米材料有什么特性?[提示]纳米材料相比传统材料有许多新特性。例如，纳米陶瓷材料可在室温下任意弯曲；纳米碳管强度是钢的100倍；纳米磁性材料的磁记录密度比普通磁性材料高10倍以上；纳米复合材料对光的反射率低，能吸收电磁波，可用作隐形飞机的涂层；气体通过纳米材料的扩散速度比通过一般材料的扩散速度大几千倍等等。探究点2半导体材料的特性及其应用[阅读课本]P141“半导体材料的特性及其应用”[实验]组织活动：探究半导体的导电性（分组实验活动）。如图所示，用导线把电池、开关、灯泡和一个由半导体材料制成的晶体二极管连接起来进行实验。（1）连接好电路后，闭合开关，观察灯泡的发光情况。（2）将晶体二极管反接，闭合开关，观察灯泡的发光情况。探究结论：用半导体材料制成的晶体二极管具有单向导电性，即只允许电流从一个方向通过，不允许电流反向通过。[思考]半导体材料在生活中有哪些应用?[提示]电子表、收录机、数码照相机、数码摄像机、电视机、电脑以及汽车、火车、飞机中都用到了半导体元器件。计算机的心脏——微处理器，就含有成千上万个半导体元件。探究点3超导材料的特性及其应用[阅读课本]P141“超导材料的特性及其应用”[思考]什么是超导材料?[提示]当温度降至一定时，材料的电阻会突然变为零。材料的这种特性称超导性，具有超导性的材料称为超导材料。[思考]超导体有哪些应用?[提示]（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。（2）超导磁浮列车。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产生的阻力，列车的行驶速度大大提高，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。（3）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，并减小体积。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。◁作业设计▷（一）课堂作业1．纳米是长度单位，大小为________米（________m）。2．当材料的微粒小到________尺寸时，材料的性能就会发生显著变化。3．关于纳米，下列说法错误的是（）A．纳米是一个长度单位，符号为nmB．人们在纳米尺度内发现很多新的现象，给技术带来很多新进展C．纳米技术是现代科学技术的前沿，我国在这方面的研究具有世界先进水平D．所有的高科技产品都与纳米技术有关4．有些材料，它的导电性能介于导体和绝缘体之间，这类材料被称为________________。5．半导体元件具有许多独特的功能，如半导体二极管具有________导电性，只允许电流从________通过，不允许电流________通过。6．五光十色的LED灯点缀着这个多姿多彩的城市，甚是美观。LED灯是一种新型的高效节能光源，它的核心元件是发光二极管。现在用的二极管主要是由下列哪种材料制成的（）A．陶瓷材料B．金属材料C．半导体材料D．纳米材料7．1911年，荷兰物理学家________，在实验中发现，当温度降至________时，汞的电阻会突然接近于零。8．当温度降到一定时，材料的电阻接近于零，材料的这种特性被称为________性，若在常温下具有超导性能，其应用前景非常宽广。9．超导材料的应用前景非常广阔，若用它来输电可以大大节约________和________。10．“隐形飞机”可以有效避开雷达的探测，秘密之一在于它的表面有一层特殊材料，这种材料能够________（选填“增强”或“减弱”）对电磁波的吸收作用；秘密之二在于它的表面制成特殊形状，这种形状能够________（选填“增强”或“减弱”）电磁波反射回雷达设备。[参考答案]1．10－910－92．纳米3．D4．半导体材料5．单向一个方向反方向6．C7．昂内斯4.2K8．超导9．能源材料10．增强减弱◁教学反思▷本节课主要介绍了一些前沿科学，学生比较感兴趣，学起来也比较轻松，但其中所涉及的一些知识却是学生没有学习过的，如电阻等，因此本节内容对学生的目标要求较低，关键是调动学生的学习积极性，培养学生主动搜集信息和查找资料的能力。