第十九章 材料世界
教学目标：
了解决定材料性能的各种物理性质
了解材料科学的发展对社会发展的作用
了解材料的导电性，知道半导体的特点及常见半导体材料，了解半导体材料的应用。
了解超导材料的特点及应用前景，了解纳米材料的特点及应用前景。
教学内容：
 我们周围的材料
形形色色的材料我们周围大大小小的物品都是由各种材料制成的。材料分为金属、无机非金属、有机高分子材料和复合材料（1）金属材料：由各种金属元素制成（单质、合金）（2）无机非金属材料：陶瓷、玻璃、金刚石、半导体等。           陶瓷材料                                 玻璃                 金刚石                                            橡胶                                   半导体材料——单晶硅（3）有机高分子材料：棉花、皮革、塑料、合成橡胶、人造纤维、黏合剂等。                  棉花                                       皮革                 塑料                                   合成橡胶    人造纤维——聚脂纤维原料                            黏合剂（4）复合材料：将具有各自优点的不同材料复合而成，具有性能优异的特点。国产歼11战斗机大量采用复合材料（图中绿色部分），既减轻重量，又大减少雷达反射面积
材料的物理性质材料的物理性质决定了材料的性能，是各种材料被应用的原因。常见材料的物理性质有：导热性、导电性、磁性、密度、比热容、弹性、硬度、延展性等。其中有很多就是我们学习过的物理知识。（1）弹性：材料受力形变，外力除去后自动恢复原状。弹性的应用：各种弹簧。发条是特殊的弹簧，可以蓄存能量。                     弹簧与发条（2）硬度：材料抵抗外力不变形的能力，也就是材料的坚硬程度。硬度的应用：高硬度的材料可以做成切割其他材料的工具，可以防止或减缓磨损。          金刚石锯片                            节水陶瓷阀门（3）延展性：材料受挤压后变细、变薄、变长、变宽。常见各种金属具有延长性。通过轧制，可以得到板材、管材，通过拉制，可以得到各种规格的线材。其中金和铜的延长性最好，最高纪录为28g金可以拉成65km的金丝，还可打造金箔,最薄的金箔厚度为0.1μm。纯铜常被制成铜线、铜板。陶瓷、玻璃没有延长性。                           圆钢                                          铜线          钢板                                         铜板、铜线
科学探究——材料的硬度（1）实验思路：材料硬度是抵抗外力不变形的能力，不同硬度的材料在受到相同压强的条件下，变形程度不同，通过观察、测量变形的程度，可以分辨他们硬度的大小。（2）实验装置：控制变量——相同的钢钉、置于相同高度的直管、自由下落，使材料表面受到的压力、压强相同。（3）实验步骤：安放实验装置、让钢钉自由下落、观察测量材料表面凹痕的大小、判断材料硬度的大小。（4）其他实验方法：划痕实验——不同材料用相同的力在彼此表面划过，比较划痕大小，分辨硬度大小；压痕实验——用相同大小的高硬度金属球，以相同大小的力压在不同材料表面，测量、比较凹坑的直径，判断硬度大小。                   各种测量硬度仪器——硬度计
交流与讨论列举生活中一些物品所用的材料的名称，讨论其物理性能与用途。（1）钢叉及其他餐具——不锈钢。硬度高，耐腐蚀、不生锈，耐高温（2）化纤服装——聚酯纤维。耐磨、不易褪色、不缩水、不易起皱（3）太阳镜——有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）（4）塑料桶——聚丙烯。重量轻、价格低廉、不怕水、耐酸碱。（5）汽车轮胎——合成橡胶。弹性好、耐磨、原料丰富。（6）墙、地砖及洁具——陶瓷。硬度高、耐磨损、防水性能好。            卫生间使用的墙、地砖和洁具都采用陶瓷材料
材料与社会发展（1）材料在人类发展的历史进程中具有极其重要的作用       新石器时代的石器                                 彩陶      青铜器——司母戊方鼎                          铁器——沧州铁狮子（2）材料的发展为科学技术的发展提供了物质基础。     赵州桥——最早的石拱桥                      集美大桥——钢结构箱梁桥（3）材料的发展及大量的使用也带来了许多和环境问题               大量使用塑料袋带来了“白色”污染
课堂练习：课本P164“实践活动”2.调查你周围一些造成环境污染的材料。提示：（1）塑料：各种包装袋、容器；（2）汞：废电池；（3）铅：废蓄电池
课堂练习：课本P164“实践活动”3.小明家装修房屋，他和爸爸、妈妈一同到商店买木地板。售货员向他们宣传：硬度高的木地板质量较好，同时拿出A、B、C三种不同品牌木地板样品，用刀在三种木地板上刻划，然后推荐其中划痕最不突出的C品牌地板。小明看后对爸爸、妈妈说这种比较硬度的方法不科学，并详细说明应该怎样控制变量，进行实验比较。爸爸、妈妈听后露出了满意的笑容。（1）请根据尝过的物理知识判断，在售货员所做的演示中，影响木地板划痕深度的两个主要原因是：a.提示：刀刃对木地板的压强b.提示：木地板的硬度（2）提出一个能客观对比林地板硬度的实验方案。提示：采用上述落钉实验的方法
课堂练习：课本P164“请提问”地球上的材料会用完吗？提示：（1）有的材料（地球上稀缺的天然材料）会逐渐减少；（2）许多材料可以循环利用。
课后作业：《创新优化（下）》P1～2
预习内容与预习作业：预习《课本》P165 第二节 半导体预习作业：《创新优化（下）》P3～4
半导体
材料的导电性根据材料的导电性能，材料可以分为导体、半导体和绝缘体。（1）常见导体：各种金属、石墨、酸碱盐水溶液、大地、人体、含有杂质的水。（2）常见的绝缘体：塑料、橡胶、陶瓷、玻璃、干燥的棉布和木材。（3）常见的半导体：硅、锗和砷化镓等
半导体元件（1）二极管、发光二极管LED。二极管在电路中的符号是：观察发光二极管的工作（2）二极管的单向导电性电流只能从二极管的正极流向负极，不能从负极流向正极。观察实验：（3）三极管：具有放大与开关作用。可以组成放大电路也可以组成开关电路。（4）集成电路IC
半导体材料的应用（1）太阳能电池（2）条形码扫描器（3）微处理器CPU（4）机器人
课堂练习：课本P168“请提问”半导体二极管为什么能单向导电呢？提示：（1）半导体二极管是由在硅材料中添加微量铝元素形成的N型半导体和在硅材料中添加微量磷元素形成的P型半导体结合而成。（2）在N、P二种半导体的结合面会形成阻碍电流从N向P流动的作用。
课后作业：《创新优化（下）》P3～四
第三节 探索新材料
什么是超导材料？超导材料是一种电阻为零的材料（1）超导现象的发现：1911年昂内斯观察到汞在4.2K（K是绝对温度T的单位，t=T－273.15，4.2K＝-268.95℃）时电阻几乎为零。     Heike Kamerlingh Onnes                汞在4.2K时电阻几乎为零1933年迈斯纳、奥森菲尔德发现磁悬浮现象（2）超导材料的应用：超导输电、磁悬浮列车
什么是纳米材料？纳米材料是指合成材料的基本单元大小限制在1~100nm范围的材料，大约相当于10~100个原子紧密排列在一起。纳米材料在力、热、声、光、电、磁等方面表现出许多特殊的性能：可以大大提高材料的强度和硬度，烧结温度，提高材料的磁性。  电子显微镜下的纳米材料        计算机描绘的碳纳米管，每个小圆点为一个碳原子                         “纳米铁纸”可以像白纸一样被轻易撕开          纳米材料制造的面料                          纳米机器人计算机的CPU中的导线宽度为45nm，继续缩小导线宽度，在同样面积芯片中可以容纳更多的晶体管，提高CPU的处理能力和速度
课堂练习：课本P171“作业”3.三个同学希望探究纸片、塑料薄膜、棉布对电视机遥控信号的阻挡能力。他们的探究过程分别是：甲同学在自己家里，将绝版放在遥控器与电视机之间，手指按遥控器控制键，如果遥控器能对电视机起控制作用，则增加纸片的数量。如此重复实验，增加纸片的层数，起到遥控器不能控制电视机为止，记下纸片的层数。乙同学在自己家中用塑料薄膜按照与甲同学同样的方法进行实验，记下塑料薄膜的层数。丙同学在自己家中用棉布按照与甲同学同样的方法时行实验，记下棉布的层数。他们的实验结果已经记录在下面的表格中：他们依据上表，得出的结论是：棉布比纸片和塑料薄膜能更有效地阻挡电视机遥控器发出的控制信号。（1）三个同学的探究过程存在一些问题，请你指出其中存在哪些问题？提示：（1）纸片、塑料薄膜和棉布的厚度是否一致；（2）遥控器不一致无法确定发射能力相同；（3）电视机不同无法确定接收能力相同；（4）遥控器与电视机距离不一

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