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新材料及其應用的教案
教學(xué)目標
1、初步認識納米材料的高科技應用。
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)域的應用
4、通過(guò)介紹一些新材料的應用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習物理的熱情，調動(dòng)學(xué)習的積極主動(dòng)性。
教學(xué)重點(diǎn)
1、初步認識納米材料的高科技應用。
教學(xué)難點(diǎn)
1、了解記憶合金的“記憶”能力。
學(xué)生課前準備
學(xué)生上網(wǎng)查找有關(guān)納米材料的資料，并分類(lèi)總結。
教學(xué)過(guò)程
一、納米材料
21世紀是科技高速發(fā)展的一個(gè)世紀，其主要方向之一就是新材料的研制和應用。新材料的研究是人類(lèi)對物質(zhì)性質(zhì)的認識和應用向更深層次的進(jìn)軍。
我們在本章開(kāi)始的時(shí)候就學(xué)習了物質(zhì)的尺度，知道了納米這個(gè)單位。這個(gè)單位實(shí)在是太小了，過(guò)去我們在生活中沒(méi)有關(guān)注它，但現在卻成了人們談?wù)摰臒衢T(mén)話(huà)題。原因是人們發(fā)現，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(shí)比，發(fā)生了異常的變化，這就稱(chēng)為納米材料。一些新穎的納米材料被應用到某些產(chǎn)品上，產(chǎn)生了神氣的效果。
�。ㄍ队埃┘{米材料的應用：
�。�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，就具有抑制細菌生長(cháng)的功能。
�。�2）普通領(lǐng)帶的表面經(jīng)過(guò)納米方法處理后，會(huì )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(dòng)機的缸體，汽車(chē)會(huì )跑的更快。
教師總結：納米材料在高科技上還有很多應用，下面就由同學(xué)們來(lái)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(lái)。
學(xué)生發(fā)言并討論。
教師總結，并對同學(xué)們的表現給予肯定和表?yè)P。
二、“綠色”能源
人類(lèi)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(cháng)期以來(lái)使用的干電池具有輕便的優(yōu)點(diǎn)，但只能使用一次，丟棄后會(huì )污染環(huán)境；鉛蓄電池能反復使用，但是又太笨重了。鋰是密度最小的金屬，只有0.534g/cm3,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(diǎn),已經(jīng)被廣泛地應用于移動(dòng)通信、小型攝像機等設備上。并且完全不會(huì )造成污染。
我們在第一章的學(xué)習中認識了晶體,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(lái)開(kāi)發(fā)的多晶硅和非晶硅材料,能夠制造出大面積的太陽(yáng)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。人造衛星離不開(kāi)它，家庭生活中也可以使用它。
三、記憶合金
�。úシ配浵螅嚎破詹┯[會(huì )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，它是根據什么道理制成的呢？
原來(lái)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(kāi)放的，后來(lái)被彎成合攏的，當用燈泡把它加熱到一定的溫度時(shí)，就自動(dòng)恢復原狀，表現了它具有“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：當溫度達到某一數值時(shí)，材料內部的晶體結構會(huì )發(fā)生變化，從而導致了外型的變化。
現在已經(jīng)有多種形狀的記憶合金醫用支架，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(mén)內，當水溫超過(guò)某一溫度（例如80℃）時(shí)，彈簧自動(dòng)伸長(cháng)，將閥門(mén)關(guān)閉而停止出水，避免發(fā)生燙傷人的事故。
四、課堂小結
1、我們學(xué)習了納米材料的高科技應用。
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(guān)察到"記憶"效應，即合金的形狀被改變之后，一旦加熱到一定的躍變溫度時(shí)，它又可以魔術(shù)般地變回到原來(lái)的形狀，人們把具有這種特殊功能的合金稱(chēng)為形狀記憶合金。記憶合金的開(kāi)發(fā)迄今不過(guò)20余年，但由于其在各領(lǐng)域的特效應用，正廣為世人所矚目，被譽(yù)為"神奇的功能材料"。
記憶合金在航空航天領(lǐng)域內的應用有很多成功的范例。人造衛星上龐大的天線(xiàn)可以用記憶合金制作。發(fā)射人造衛星之前，將拋物面天線(xiàn)折疊起來(lái)裝進(jìn)衛星體內，火箭升空把人造衛星送到預定軌道后，只需加溫，折疊的衛星天線(xiàn)因具有“記憶”功能而自然展開(kāi)，恢復拋物面形狀
記憶合金在臨床醫療領(lǐng)域內有著(zhù)廣泛的應用，例如人造骨骼、傷骨固定加壓器、牙科正畸器、各類(lèi)腔內支架、栓塞器、心臟修補器、血栓過(guò)濾器、介入導絲和手術(shù)縫合線(xiàn)等等，記憶合金在現代醫療中正扮演著(zhù)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(cháng)度立即伸長(cháng)，再放到冷水中，它會(huì )立即恢復原狀。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(guò)高時(shí)通過(guò)"記憶"功能，調節或關(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備的保安裝置。當發(fā)生火災時(shí),記憶合金制成的彈簧發(fā)生形變，啟動(dòng)消防報警裝置，達到報警的目的。還可以把用記憶合金制成的彈簧放在暖氣的閥門(mén)內，用以保持暖房的溫度，當溫度過(guò)低或過(guò)高時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉暖氣的閥門(mén)。
作為一類(lèi)新興的功能材料，記憶合金的很多新用途正不斷被開(kāi)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，就可以恢復原狀。不久的將來(lái)，汽車(chē)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)加加溫就可恢復原狀，既省錢(qián)又省力，實(shí)在方便。
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