沪科版九年级物理全一册教案：第二十章第三节材料的开发和利用

第三节 材料的开发和利用
设计说明 本节课《材料的开发和利用》是本章的最后一节内容，是本章重要的组成部分，以“材料”为主线分材料与社会、材料的导电性和开发新材料三部分内容。其中材料与社会中提到的青铜器时代以及现在蓬勃发展的材料科学时期，我国在青铜冶炼、青铜器制作以及超导材料、纳米材料的研究与应用方面都处于世界领先地位，在此教学过程中应注重德育教育，渗透“爱国主义”思想教育，增强民族自豪感和用科学技术服务社会的使命感。材料的导电性部分要注重科学探究，让学生自主合作的探究，更重要的是培养学生的科学思维，注重体会探究过程。在介绍半导体材料、超导材料和纳米材料时，注重与实际生活相结合，与科技前沿相吻合，让学生开阔眼界，新材料的开发给人带来便利的同时，也会带来环境污染，增强辩证唯物主义自然观意识。 从学生的认知水平和能力状况来看，九年级学生处于形象思维向抽象思维过渡的阶段。因此，要通过各种情境资料和导学法来启发学生的思维，在教学中要增强直观性和趣味性，调动学生学习的积极性和主动性；通过让学生动口、动手、动脑，活跃思维，提高他们分析问题和认识问题的能力。从而逐渐培养学生的自主学习习惯、团队协作能力和科学思维。 教学目标 【知识与技能】 1．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学技术发展提供了物质基础。 2．认识材料导电性能的不同，能区分导体和绝缘体。 【过程与方法】 1．通过实验探究，了解导体和绝缘体没有绝对的界限。 2．通过实验探究，了解二极管的单向导电性和其他半导体材料的特性。 【情感、态度与价值观】 了解超导材料和纳米材料的应用，能够发现科学与生活社会密切相关，激发对科学探索的兴趣。 重点难点 教学重点 了解导体、绝缘体、半导体的特征和用途，半导体二极管的单向导电性。 教学难点 超导材料、纳米材料的广泛应用。 教学方法 实验探究法、讲解法、讨论法、分析归纳法、启发诱导、活动体验。 教具、学具 计算机多媒体教学系统、教学课件等。 授课时数 1课时 教学过程 导入新课 教师通过PPT播放如图所示的图片，并讲解：我们周围大大小小的物品都是由各种材料制成的。课桌、书本、黑板、道路、桥梁、首饰……这些物品都是由不同材料制成的，那么人类社会是怎样认识、开发、利用这些材料的呢？ 这节课让我们一起来学习第二十章第三节《材料的开发和利用》。 讲授新课 一、材料与社会 1．自主学习： 自主阅读教材第205页“材料与社会”的内容，独立思考并完成下列问题：人类使用材料的历史已经历了哪几个时代？ 2．师生总结： （1）旧、新石器时代：原始人利用不同性能的天然材料（木料、石头、动物的皮、骨做成工具或生活用品）。 （2）青铜时代：人们学会了冶炼金属铜，并用它来制造工具。 （3）铁器时代：为制造机器提供了材料基础，开创了人类的新纪元。 二、材料的导电性 1．自主学习： 自主阅读教材第206～207页“材料的导电性”的内容，独立思考并完成下列问题： （1）根据材料的导电性能，材料可分为哪三大类？ （2）什么是导体、绝缘体和半导体？ 2．师生总结： （1）根据材料的导电性能，材料可分为导体、半导体及绝缘体三大类。 （2）容易导电的材料是导体。例如：金、银、铜、铁。其中铜、铝是最常用的电的良导体，常被用来制成导线。 不容易导电的材料是绝缘体。例如：玻璃、橡胶等材料。绝缘体的电阻很大，电流几乎不能通过，因此绝缘体常常被用来隔离带电物体。 半导体材料是导电性能介于导体和绝缘体之间的材料。例如：硅、锗、砷化镓等。半导体材料具有一些特殊的物理性质。 3．实验探究： （1）实验探究：导体与绝缘体 实验原理：导体容易导电，绝缘体不容易导电。 实验器材：电源、灯泡、导线、接线柱、开关、待测材料（铁钉、橡皮、铜丝等）。 实验设计：如图所示，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。 实验过程及结论：如果闭合开关，灯泡亮，则待测材料为导体；若灯泡不亮，则待测材料为绝缘体。 （2）实验探究：半导体二极管的单向导电性 实验原理：半导体二极管具有单向导电的特性。 实验器材：电源、灯泡、导线、接线柱、开关、半导体二极管。 实验设计：自己设计一个实验电路，进行实验，探究半导体二极管的导电特性。 实验过程：如图所示将电路进行连接，在A、B两点间接入半导体二极管，观察小灯泡发光情况。调换半导体二极管的连接方向，再次实验，观察小灯泡的发光情况。 实验结论：两次实验中只有一次小灯泡发光，说明半导体二极管具有单向导电性。 三、开发新材料 1．自主学习： 自主阅读教材第207～209页“开发新材料”的内容，独立思考并完成下列问题： （1）什么是超导材料和纳米材料？（2）它们在日常生产、生活中有哪些应用？ 2．师生总结： （1）超导材料 1911年，昂内斯在研究汞电阻随温度的变化时，观察到在温度降低到时，汞的电阻突然降低到几乎测量不到的微小值，从而发现超导现象。 汞的电阻随温度变化情况 超导材料出现以后，人们首先想到的就是利用超导体的零电阻特性实现远距离大功率输电，因为超导输电线可以无损耗地输送极大的电流。这意味着用细电线就可以输送强电流。 超导磁浮现象使人们想到可以用超导体来实现交通工具的无摩擦运行，这将会大大提高交通工具的运行速度。20世纪末，人们分别对超导列车、超导船进行了可行性实验。 （2）纳米材料 纳米材料统指合成材料的基本单元大小限制在范围内的材料，这大约相当于个原子紧密排列在一起的尺度。 纳米材料除了其基本单元的尺度小以外，在力、热、声、光、电、磁等方面还表现出许多特殊的性能，它可以大大提高材料的强度和硬度，降低烧结温度，提高材料的磁性等。 人们正在研制纳米尺度的微小机器，由纳米材料制成的导线将大大提高计算机的性能，并缩小计算机芯片的体积。用纳米技术做成的所谓量子磁盘，每平方厘米面积内可贮存3万部《红楼梦》。 课堂小结 当堂达标 1．超导体是一种________为零的材料。 答案：电阻 2．1993年，迈斯纳和奥森菲尔德在实验时发现了____________现象。 答案：超导磁浮 3．纳米材料统指制成材料的基本单元大小限制在___________范围的材料，这大约相当于10～1 000个分子紧密排列在一起的尺度。 答案： 4．为了节能，许多体育馆采用二极管照明，二极管的主要材料是（ ） A．纳米材料 B．绝缘体 C．导体 D．半导体 答案：D 5．下列说法中正确的是（ ） A．任何一种物质都是超导材料 B．超导体是一种很理想的导体，但是却不能制造出来 C．只有汞才是超导体 D．超导材料是一种在很低温度下电阻为零的材料 答案：D 板书设计 第三节 材料的开发和利用 一、材料与社会 1．旧、新石器时代 2．青铜时代 3．铁器时代 二、材料的导电性 1．导体、半导体及绝缘体 2．实验探究：导体与绝缘体 3．实验探究：半导体二极管的单向导电性 三、开发新材料 1．超导材料 2．纳米材料