材料的開發(fā)和利用教案
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《材料的開發(fā)和利用》教學(xué)設(shè)計
教學(xué)目標(biāo)
1、初步認(rèn)識納米材料的高科技應(yīng)用。
2、常識性了解“綠色”能源。
3、常識性了解記憶合金在各種領(lǐng)域的應(yīng)用。
4、通過介紹一些新材料的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情，調(diào)動學(xué)習(xí)的積極主動性。
教學(xué)重點
1、初步認(rèn)識納米材料的高科技應(yīng)用。
2、了解記憶合金的“記憶”能力。
教學(xué)過程
一、納米材料
21世紀(jì)是科技高速發(fā)展的一個世紀(jì)，其主要方向之一就是新材料的研制和應(yīng)用。新材料的研究是人類對物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識和應(yīng)用向更深層次的進軍。
我們在本章開始的時候就學(xué)習(xí)了物質(zhì)的尺度，知道了納米這個單位。這個單位實在是太小了，過去我們在生活中沒有關(guān)注它，但現(xiàn)在卻成了人們談?wù)摰臒衢T話題。原因是人們發(fā)現(xiàn)，將某些物質(zhì)的尺度加工到1～100nm，它們的物理性質(zhì)或者化學(xué)性質(zhì)與較大尺度時比，發(fā)生了異常的變化，這就稱為納米材料。一些新穎的納米材料被應(yīng)用到某些產(chǎn)品上，產(chǎn)生了神氣的效果。
(投影)納米材料的應(yīng)用：
(1)洗衣機桶的表面上用了納米尺度的氧化硅微粒和金屬離子的組合，就具有抑制細(xì)菌生長的功能。
(2)普通領(lǐng)帶的表面經(jīng)過納米方法處理后，會有很強的自潔性能，不沾水，也不沾油。
(3)用納米陶瓷粉制成的陶瓷，具有一定的可韌性，用于制造發(fā)動機的缸體，汽車會跑的更快。
教師總結(jié)：納米材料在高科技上還有很多應(yīng)用，下面就由同學(xué)們來介紹吧，請同學(xué)們將昨天老師布置的要求你們上網(wǎng)查找有關(guān)納米材料的資料拿出來。
學(xué)生發(fā)言并討論。
教師總結(jié)，并對同學(xué)們的表現(xiàn)給予肯定和表揚。
二、“綠色”能源
人類一直在尋找各種高效和“綠色”的能源，新材料在這方面扮演了重要的角色。以電源為例，長期以來使用的干電池具有輕便的優(yōu)點，但只能使用一次，丟棄后會污染環(huán)境;鉛蓄電池能反復(fù)使用，但是又太笨重了。鋰是密度最小的金屬，只有0.534g/cm,大約是鉛的1/20、鎳的1/16。用鋰作電極制造出的鋰離子電池,它具有體積小、質(zhì)量輕、能夠多次充電,對環(huán)境污染小等特點,已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于移動通信、小型攝像機等設(shè)備上。并且完全不會造成污染。
我們在第一章的學(xué)習(xí)中認(rèn)識了晶體,最初的光電池就是用硅的單晶體制造的,面積只能做到幾十平方厘米。近年來開發(fā)的多晶硅和非晶硅材料,能夠制造出大面積的太陽能電池,發(fā)電的效率提高、成本下降,1m3的面積可以提供100多瓦的電力。人造衛(wèi)星離不開它，家庭生活中也可以使用它。
三、記憶合金
(播放錄象)：科普博覽會上的神奇金屬花。
同學(xué)們剛才看到的這種金屬花很奇特吧，它是根據(jù)什么道理制成的呢? 原來它的花瓣是用一種特殊的金屬片——記憶合金制成的，它原本是開放的，后來被彎成合攏的，當(dāng)用燈泡把它加熱到一定的溫度時，就自動恢復(fù)原狀，表現(xiàn)了它具有“記憶”能力。
記憶合金的主要成分是鎳和鈦，它獨有的物理特性是：當(dāng)溫度達(dá)到某一數(shù)值時，材料內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，從而導(dǎo)致了外型的變化。
現(xiàn)在已經(jīng)有多種形狀的記憶合金醫(yī)用支架，用于外科手術(shù)。還可以將記憶合金制成的彈簧安裝在熱水器的出水閥門內(nèi)，當(dāng)水溫超過某一溫度(例如80℃)時，彈簧自動伸長，將閥門關(guān)閉而停止出水，避免發(fā)生燙傷人的事故。 3
四、課堂小結(jié)
1、我們學(xué)習(xí)了納米材料的高科技應(yīng)用。
2、了解“綠色”能源和記憶合金。
五、布置作業(yè)
上網(wǎng)查找有關(guān)“綠色”能源和記憶合金的應(yīng)用，并完成一篇小論文。
補充資料
神奇的記憶合金
1932年,瑞典人奧蘭德在金鎘合金中首次觀察到"記憶"效應(yīng)，即合金的形狀被改變之后，一旦加熱到一定的躍變溫度時，它又可以魔術(shù)般地變回到原來的形狀，人們把具有這種特殊功能的合金稱為形狀記憶合金。記憶合金的開發(fā)迄今不過20余年，但由于其在各領(lǐng)域的特效應(yīng)用，正廣為世人所矚目，被譽為"神奇的功能材料"。
記憶合金在航空航天領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用有很多成功的范例。人造衛(wèi)星上龐大的天線可以用記憶合金制作。發(fā)射人造衛(wèi)星之前，將拋物面天線折疊起來裝進衛(wèi)星體內(nèi)，火箭升空把人造衛(wèi)星送到預(yù)定軌道后，只需加溫，折疊的衛(wèi)星天線因具有“記憶”功能而自然展開，恢復(fù)拋物面形狀
記憶合金在臨床醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的應(yīng)用，例如人造骨骼、傷骨固定加壓器、牙科正畸器、各類腔內(nèi)支架、栓塞器、心臟修補器、血栓過濾器、介入導(dǎo)絲和手術(shù)縫合線等等，記憶合金在現(xiàn)代醫(yī)療中正扮演著不可替代的角色。
記憶合金同我們的日常生活也同樣休戚相關(guān)。僅以記憶合金制成的彈簧為例，把這種彈簧放在熱水中，彈簧的長度立即伸長，再放到冷水中，它會立即恢復(fù)原狀。利用形狀記憶合金彈簧可以控制浴室水管的水溫，在熱水溫度過高時通過"記憶"功能，調(diào)節(jié)或關(guān)閉供水管道，避免燙傷。也可以制作成消防報警裝置及電器設(shè)備的保安裝置。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時,記憶合金制成的彈簧發(fā)生形變，啟動消防報警裝置，達(dá)到報警的目的。還可以把用記憶合金制成的彈簧放在暖氣的閥門內(nèi)，用以保持暖房的溫度，當(dāng)溫度過低或過高時，自動開啟或關(guān)閉暖氣的閥門?！ ∽鳛橐活愋屡d的功能材料，記憶合金的很多新用途正不斷被開發(fā)，例如用記憶合金制作的眼鏡架，如果不小心被碰彎曲了，只要將其放在熱水中加熱，就可以恢復(fù)原狀。不久的將來，汽車的外殼也可以用記憶合金制作。如果不小心碰癟了，只要用電吹風(fēng)加加溫就可恢復(fù)原狀，既省錢又省力，實在方便。
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