第1课时 材料与社会以及材料的导电性
【教学目标】
一、知识与技能
1.常识性了解人类社会发展中人们对材料的认识、开发和利用情况.
2.知道材料的分类.
3.知道导体、半导体及绝缘体的性能和用途.
二、过程与方法
1.通过看书、查资料、上网了解人类社会发展中人们对材料的认识、开发和利用情况，让学生有初步的信息收集能力
2.通过实验探究判断导体和绝缘体，初步认识科学研究方法的重要性，学习从实验中归纳简单的科学规律，有初步的信息处理能力.
三、情感、态度与价值观
1.初步认识科学及相关技术对于社会发展、人类生活的影响.培养学生对人类社会发展做贡献的意识.
2.有将科学服务于人类的意识，有振兴中华的使命感和责任感
3.有将自己的见解公开并与他人交流的愿望，培养学生合作精神
【教学重点】
1.材料开发与利用经历的过程
2.导体、半导体及绝缘体的性能和用途.
【教学难点】
1.导体与绝缘体的实验探究
2.半导体的性能及用途
【教具准备】电源 灯泡 导线 接线柱 开关 小刀 橡皮 钢尺 胶带 二极管 三极管 电路板 多媒体课件等.
【教学课时】1课时
师:1.同学们，前面我们学习了能源的开发和利用，知道了如何利用能源来为人类服务，那么，材料在人类社会发展中，开发和利用情况又怎样呢？如何利用材料来提高我们生活的质量？要解决这些问题，下面，我们就来学习第三节材料的开发和利用.
【预习指导】
阅读课本P205 -207文字内容和插图，把基本概念、材料的开发、利用情况以及导体、半导体、绝缘体的性能和用途，用双色笔做上记号，并完成“学案”中“课前预习”部分，然后各小组内部交流讨论，提出预习疑问，学科组长做好记录，准备展示.
【课堂导学】
知识点1 材料与社会
1、学生小组内部讨论交流，回答下列问题，教师指导点拨
师:1.按照制造技能的划分，人类经历了哪几个时代？
生:1.人类经历了旧石器和新石器时代，大约500年前，进入了青铜器时代.
师:2.在冶炼铜时，为什么要加入少量的锡？
生:2.加入少量的锡，可以获得比纯铜更坚硬、密度更小、强度更高的青铜.
师:3.人类大规模制造机器的基础是什么？如今，什么已经成为材料家族的主体？
生铁的利用，以铁为主发展出的高性能钢铁材料.
[要点归纳]1.材料在人类社会发展的历史进程中具有极其重要的作用.旧石器→新石器→青铜器→铁器，材料的发展推动了社会的进步与发展.
2.利用材料所具有的电、光、磁、热等功能和物理效应，按材料的用途分类，如建筑材料、耐火材料、电工材料、光学材料、感光材料等.
思维拓展
教师引导学生完成对应课时中思维拓展题目，并进行讲解。
知识点2 材料的导电性
二、学生小组内部学生合作探究，教师巡视指导.
师:1.材料按导电性可分为哪几类？举例说明.
生:1.分为导体、半导体及绝缘体三大类，金、银、铜、铁是导体，玻璃、橡胶、陶瓷是绝缘体，硅、锗和砷化镓是半导体.
师:2.利用老师提供的器材设计一个实验电话，判定你桌上的铅笔芯、橡皮、墨水瓶盖、小刀是导体，还是绝缘体？
生:2.铅笔芯、小刀是导体、橡皮、墨水瓶盖是绝缘体.
师:3.半导体材料有哪些作用？半导体二极管和半导体三极管又各有什么作用？
生:3.可以制成二极管、三极管等半导体元件和集成电路，半导体二极管具有单向导电性，半导体三极管可以用来放大信号
[重难点点拨]材料的导电性能是由材料内部电荷的运动状况决定.如金属含有大量的自由电子、就容易导电，而大多数非金属由于自由电子数很少，故不容易导电.电解质导电是因为离子化合物溶解时产生阴、阳离子从而具有了导电性
思维拓展
教师引导学生完成对应课时中思维拓展题目，并进行讲解
[课堂小结]教师指导学生归纳总结本节课学到了什么
1.人们对材料的认识、开发和利用经历了旧石器、新石器、青铜器和铁器时代，以铁为主发展出的高性能钢铁材料成为当今材料家族的主体.
2.材料的导电性:根据材料的导电性能，材料可分为导体、半导体和绝缘体三大类.（1)导体:容易导电的物体.(2)绝缘体:不容易导电的物体.(3)半导体:导电性能介于导体和绝缘体之间的物体.常见半导体有硅、锗、砷化镓、碳化硅等
3.半导体元件:（1)半导体二极管:具有单向导电性，只允许电流从正极流入，从负极流出.电路符号为“”.(2)三极管:用来放大电信号.（3)压敏元件:可以把压力的变化转化为电流的变化.（4)热敏元件:可以实现温度自动控制.(5)光敏元件:可用于对光照反应灵敏的自动控制设备中
4.半导体材料的应用:太阳能电池、条形码扫描器、微处理器、机器人中都用到了半导体材料.
【课后作业】
完成本课时对应练习并预习下一课时内容。
生活中的物理
半导体的应用
半导体有锗、硅、硒、硼、碲、锑等.50年代，锗在半导体中占主导地位，但锗半导体器件的耐高温和抗辐射性能较差，到60年代后期逐渐被硅材料取代，用硅制造的半导体器件耐高温和抗辐射性能较好，特别适宜制作大功率器件. 因此，硅已成为应用最多的一种增导体材料，目前的集成电路大多数是用硅材料制造的.化合物半导体由两种或两种以上的元素化合而成的半导体材料.它的种类很多，重要的有神化嫁、嶙化锢、锑化锢、碳化硅、硫化镉及嫁神硅等.其中砷化镓是制造微波器件和集成电路的重要材料.碳化硅由于其抗辐射能力强、耐高温和化学稳定性好，在航天技术领域有着广泛的应用.无定形半导体材料用作半导体的玻 璃是一种非晶体无定形半导体材料，分为氧化物玻璃和非氧化物玻璃两种.这类材料具有良好的开关和记忆特性和 很强的抗辐射能力，主要用来制造阈值开关、记忆开关和固体显示器件.有机增导体材料已知的有机导体材料有几十种，包括萘、蒽、聚丙婦腈、酞菁和一些芳香族化合物等，目前尚未得到应用
计算机是数字生活中的重要设备，计算机的核心部件是中央处理器（CPU)和存储器（RAM)，它们是以大规模集成电路为基础建造起来的，而这些集成电路都是由半导体材料做成的，Si片是第一代半导体材料，集成电路中采用的Si片必须要有大的直径、高的晶体完整性、高的几何精度和高的洁净度.为了使集成电路具有高效率、低能耗、高速度的性能，相继发展了GaAs、InP等第二代半导体单晶材料.SiC、GaN、ZnSe、金刚石等第三代宽禁带半导体材料、SiGe/Si、SOI( Silicon On Insulator)等新型硅基材料、超晶格量子阱材料可制作高温(300?500°C )、高频、高功率、抗辐射以及蓝绿光、紫外光的发光器件和探测器件，从而大幅度地提高原有硅集成电路的性能，是未来半导体材料的重要发展方向.
第2课时 开发新材料
【教学目标】
一、知识与技能
1.知道超导磁浮现象
2.知道超导体的零电阻特性的应用
3.了解纳米材料，知道纳米材料的相关应用
二、过程与方法
1.能在物理学习过程中发现一些问题，有初步的提出问题的能力
2.结合超导体和纳米材料的应用，能书面或口头表述自己的观点，初步具有评估和听取反馈意见的意识，有初步的信息交流能力
三、情感、态度与价值观
1.具有对科学的求知欲，勇于探究日常用品或新器件中物理学原理，有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识.乐于参与观察、实验、制作、调查等科学实践活动.
2.有将科学服务于人类的意识，有理想，有抱负，热爱祖国，有振兴中华的使命感与责任感.
【教学重点】超导体、纳米材料的特性和应用
【教学难点】超导体和纳米材料的性能
【教具准备】多媒体课件
【教学课时】1课时
【巩固复习】
教师引导学生复习上一节内容，并讲解学生所做的课后作业(教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对知识的巩固.
【新课引入】
师:1.同学们，前一节课我们学习了材料与社会、半导体的特性和应用，知道材料可以给我们的生产和日常生活带来很多方便，大大提高我们生活的质量，那么，如何开发新材料来更好地为人类服务，下面我们就来学习:开发新材料.
【预习指导】
阅读课本P207 -209文字内容和插图，把基本概念、规律以及超导体、纳米材料的用途用双色笔做上记号，并完成“学案”中“课前预习”部分，然后各小组内部交流讨论，提出预习疑问，学科组长做好记录，准备展示.
【课堂导学】
知识点1 超导材料
一、学生小组内部讨论交流，回答下列问题，教师指导.
师:1.什么是超导现象？什么是超导材料？
生:1.材料温度降低到一定时，电阻降低到几乎为零的现象叫超导现象，发生超导现象的材料叫超导材料.
师:2.利用超导体做输电线实现远距离输电有什么好处?
生：2.可以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.
师:3.迈斯纳和奥林菲尔德发现的超导磁浮现象有什么重大意义？
生:3.用超导体可以实现交通工具的无摩擦运行，大大提高交通工具的运行速度.
[重难点点拨]超导材料是一种电阻为零的材料.
(1)超导现象:一些材料，当温度降到某一值时，电阻变为零的现象.
(2)超导体:能够发生超导现象的物质.
思维拓展
教师引导学生完成对应课时中思维拓展题目，并进行讲解
知识点2 纳米材料
二、学生小组内部讨论交流，回答下列问题，教师指导点拨
师:1.什么是纳米材料？纳米材料有哪些特殊性能？
生:1.合成材料的基本单元大小限制在1……100nm范围内的材料是纳米材料，其基本单元的尺度小，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.
师:2.谈谈你对利用纳米材料的性能来改善人们生活的设想和建议？
师:2.研制纳米尺度的微小机器，缩小计算机芯片的体积，做量子磁盘等，合理即可.
师:3.有人设想:用纳米材料制造机器人进入人体内,“吃掉“人体内的病毒，你认为可行吗？
生:3.可行.
[要点归纳]纳米材料：（1）“纳米”是长度单位，lnm = 10-9m. (2)纳米材料统指合成材料的基本单元大小限制在1?100nm范围的材料.（3)特性：特殊的力学性质、热学性质、光学性质和磁学性质等.（4)应用：大大提高材料的强度、硬度，降低烧结温度，提高材料的磁性等.
思维拓展
教师引导学生完成对应课时中思维拓展题目，并进行讲解
[课堂小结]教师指导学生归纳总结本节课学到了什么
1.超导材料:(1)超导材料是一种电阻为零的材料.温度降到某一数值时，电阻值突然变为零的现象叫超导现象.(2)特征:超导材料在超低温下具有超导磁浮现象和零电阻性.（3)应用:能源方面实现远距离、大功率输电;交通运输方面实现交通工具的无摩擦运行.
2.纳米材料:（1)纳米材料统指合成材料的基本单元大小限制在1?100nm范围的材料.（2)特性:特殊的力学性质、热学性质、光学性质和磁学性质等.（3)应用:大大提高材料的强度、硬度，降低烧结温度，提高材料的磁性等.
3.易错点：由于对用电器的工作原理和超导材料的特点不理解，容易在超导材料的应用问题上出错.超导材料的电阻为零，电流通过超导材料不会产生热效应，但仍然有磁效应和化学效应，如超导材料制成的电动机仍能转动，只是不产生热．
【课后作业】
完成本课时对应练习并预习下一课时内容。
这节课容量不大，但都是科技前沿知识，要应用开放式教学方法，让学生能活学活用，即应用讨论交流、学生上网搜集资料等教学手段，培养学生搜集信息的能力，交流合作的能力，养成将科学服务于人类的意识，努力成长为创新型人才.
