材料世界

第十九章 材料世界
第一节 我们周围的材料
学习目标
1．知道我们身边形形色色的材料按不同特点可分为金属、无机非金属、有机高分子、复合材料等四类。
2．能举例说明材料除具有导热性、导电性、磁性、密度、比热容外，材料还具有弹性、硬度、延展性等物理性质。
3．知道材料对人类社会发展的促进作用。知道新材料的发展为科技发展提供物质基础的同时，造成了资源浪费和环境污染题。
课前准备
1．自带物品
在家准备一些常见的有不同材料制成的物品，如大铁钉、较粗的塑料吸管（内径大于钢钉帽的直径）、石块、木块、硬币、塑料杯、玻璃杯、陶瓷碗、部分自行车轮胎、铜线、铝线、肥皂、橡皮泥、几种不同型号的铅笔芯……并在上课前带到教室。
2．预习记录
通过预习课本，你学会了什么？有哪些疑问？请简要记录下来。

合作探究
一．形形色色的材料
活动1：观察我们周围的物体及同学们带来的各种物品，思考讨论：
1.你能说出哪一物体是由哪些材料制成的吗？
2.你能将制成各种物品的材料进行简单的分类吗？并说明你的分类标准。
3.各种不同的材料具有哪些特点呢？
填一填
1．人们根据材料的不同特点将材料分为 、 、
、 。
2．金属通常都具有 、 、 、 等特点。
3． 、 、 、 是常见的无机非金属材料。具有各种特殊性能的 、 已广泛应用于 、
及 等领域，成为 最重要的基础材料。
4．天然的高分子材料有 、 。人工合成的高分子材料有 、 、 、 等。
5．复合材料是指 。

二．材料的物理性质
活动2：阅读教材P151—153“材 料的物理性质”。思考讨论：
1.如何比较不同物体的硬度大小？你有哪些方法？
2.你对莫氏硬度有哪些认识？
3.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。

活动3：探究不同材料的硬度。
实验材料：自选待测材料，如肥皂、橡皮泥、塑料片，铝片、陶瓷片等。
实验装置如图19—7所示。
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。
填一填
1．材料通常具有 、 、 、 、
、 、 、 等不同的物理性质。
2． 是一种很好的弹性材料。
3．硬度就是描述材料 ，即阻止其被 、 、或产生
的物理量。
4．在科学研究和生产实际中常用 来评价材料的坚硬程度。
5．具有 的材料可以锻打成片、拉成丝；如 。不具有
的材料在外力的作用下容易破碎、断裂。如 。
三．材料与社会发展
活动4：阅读教材P154—155“材料与社会发展”并观察图19—10至19—16。思考讨论：
1．材料的发展及大量使用带来了怎样的资源和环境问题？
2．地球上的资源在不断地减少，而垃圾却堆积如山，如何解决日益恶化的环境问题呢?最好的出路是什么呢?
3．白色污染的危害是什么？目前治理白色污染有哪些技术？
填一填
1．随着人类制造技能的不断提高，人类经历了 和 时代。
2． 的利用为人类大规模制造机器提供了 。
3．材料的发展也为 的发展提供了物质基础。
说明

通过认识各种物品的组成材料不同，使学生认识到不同材料具有不同的性质特点。用不同材料做成不同的物体就是利用它们具有不同的性质。

实验完全放给学生自己设计组织，有助于激发学生的学习兴趣，培养学生的探究能力。

第二节 半导体
学习目标
1．知道身边形形色色的材料中按导电性不同可分为导体、半导体、绝缘体三大类。
2．初步了解半导体的一些特点。
3．了解半导体材料的发展对社会的影响。
课前准备
1．自带物品
带有绝缘皮的铜导线、铝导线、玻璃片、塑料片、铁钉、橡皮泥、干电池（两节）、导线、开关、灯泡、待测材料、橡胶条……
2．预习记录
通过预习课文，你学会了什么，有哪些疑问，请简要记录下来。

合作探究
一．材料的导电性
活动1：阅读课本P156“材料的导电性”，思考讨论：
1.导体和绝缘体有什么不同，你怎样辨别导体和绝缘体？
2.导体容易导电，绝缘体不容易导电的原因是什么？
3.常见的材料中哪些是导体？哪些是绝缘体？哪些是半导体？
填一填
1．根据导电性的不同，材料可分为 、 、 。
2．材料的导电性能是由材料内部 的运动情况决定的。
3．半导体材料的导电性介于 和 之间，具有一些特殊的物理性质。
4．常见的半导体材料有 、 和 等。
活动2：探究导体和绝缘体

实验材料：电源、灯泡、导线、接线柱、
开关、待测材料（塑料尺、玻璃片、
橡皮泥、橡胶条、铜片……）
实验设计：在右面的方框中，自己设计
一个实验电路，进行实验，判定待测材
料是导体还是绝缘体。

导体有： ；
绝缘体有： 。
二．半导体元件
活动3：阅读P157“半导体元件”并观察图19—20、19—21。思考讨论：
1.你认识哪些半导体元件？
2．半导体元件有哪些类型及特点？
填一填
1． 、 和 都是半导体元件。
2．半导体元件具有 ，即仅允许 由一个方向通过元件。
可以用来放大电信号。
活动4：探究半导体二极管单向导电特性

实验材料：电源、灯泡、导线、接线板、接线柱、半导体二极管。
实验设计：自己设计实验电路，探
究半导体二极管的单向导电特性，
并将设计的电路画入右面的方框中。

三．半导体的应用
活动5：阅读P158—159“半导体的应用”，思考讨论：
1.半导体的奇妙电学特性有哪些？
2.你能说说生活中哪些地方使用了半导体材料吗？
填一填
1．科学研究发现，当光照射到某些 时，半导体内将会产生 。
2．太阳电池是一种 、 、 的电源。
3．在条形码扫描器内有由 、 等元件构成的电路。
当 照射条码时， 便测量被条码反射回来的光，并将 变为 。电脑则依据获取的 进行分析，检测物品。
说明

材料有学生自主随意选取，有利于增强实验的可信度。同时探究的结果能够帮助学生将生活中的常见材料从导电性能方面进行分类。增强学生对材料的认知能力。

学生自主设计实验，增强了学生的学习兴趣，提高了学生的探究能力。

引导学生查阅相关资料，拓宽学生的视野，进一步增强学习兴趣。
第三节 探索新材料
学习目标
1.知道超导材料的核心特征是————电阻为零。
2.了解超导材料的应用前景。
3.知道纳米材料的界定范围：1——100nm
4.利用互联网扩展对超导材料和纳米材料的了解。
课前准备
1.复习回忆：
①导体的电阻及其随温度的变化；导电能力最强的金属是什么？

②焦耳定律的内容及公式。

③磁悬浮列车的悬浮原理。

2.搜集信息：
①人们最初是怎样发现超导现象的？


②目前人类获得具有超导性的材料的最高温度

3.预习记录：
通过预习课文你已经获取了哪些认知？还有哪些疑问？

合作探究
一．超导材料
活动1：阅读教材p159—160,思考下列问题
（1）超导材料的核心特征是什么？

（2）远距离输电过程中能量损耗的主要形式是什么？现阶段是采用什么方法减小这种损耗的？超导输电有什么好处？

（3）普通电磁悬浮列车的悬浮原理是什么？超导磁悬浮有什么好处？

填一填
超导材料是一种 的材料，其应用前景主要有 和 。
活动2 ：阅读材料，交流讨论：
超导材料大规模应用的最大障碍是什么？
1911年，荷兰物理学家昂尼斯(1853～1926)发现，当温度降到4.15K附近时，水银的电阻突然降到零。
1986年1月，美国将超导温度提高到30K。紧接着，日本东京大学工学部又将超导温度提高到37K；12月30日，美国休斯敦大学宣布，美籍华裔科学家朱经武又将超导温度提高到40．2K。
1987年1月初，日本川崎国立分子研究所将超导温度提高到43K；不久日本综合电子研究所又将超导温度提高到46K和53K。中国科学院物理研究所由赵忠贤、陈立泉领导的研究组，获得了48.6K的锶镧铜氧系超导体，并看到这类物质有在70K发生转变的迹象。2月15日美国报道朱经武、吴茂昆获得了98K超导体。2月20日，中国也宣布发现100K以上超导体3月3日，日本宣布发现123K超导体。3月12日中国北京大学成功地用液氮进行超导磁悬浮实验。3月27日美国华裔科学家又发现在氧化物超导材料中有转变温度为240K的超导迹象。很快日本鹿儿岛大学工学部发现由镧、锶、铜、氧组成的陶瓷材料在14℃温度下存在超导迹象。高温超导体的巨大突破，以液态氮代替液态氦作超导制冷剂获得超导体，使超导技术走向大规模开发应用。

二．纳米材料
活动3. 阅读教材P160—161,思考下列问题
（1）纳米材料的界定范围是多少？

（2）纳米材料在哪些方面表现出与普通材料不同的特殊性能？

填一填
纳米材料是指 的材料，在 等方面表现出特殊的性能。

说明

依据焦耳定律分析如何减小能量损耗的方法。

纳米材料产品已经应用到生活用品，从电视广告中也可以获取一些认识。

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