新材料及其應用的教案

教學目標

1、初步認識納米材料的高科技應用。

2、常識性瞭解“綠色”能源。

3、常識性瞭解記憶合金在各種領域的應用

4、通過介紹一些新材料的應用，激發學生學習物理的熱情，調動學習的積極主動性。

教學重點

1、初步認識納米材料的高科技應用。

教學難點

1、瞭解記憶合金的“記憶”能力。

學生課前準備

學生上網查找有關納米材料的資料，並分類總結。

教學過程

一、納米材料

21世紀是科技高速發展的一個世紀，其主要方向之一就是新材料的研製和應用。新材料的研究是人類對物質性質的認識和應用向更深層次的進軍。

我們在本章開始的時候就學習了物質的尺度，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注它，但現在卻成了人們談論的熱門話題。原因是人們發現，將某些物質的尺度加工到1～100nm，它們的物理性質或者化學性質與較大尺度時比，發生了異常的變化，這就稱爲納米材料。一些新穎的納米材料被應用到某些產品上，產生了神氣的效果。

（投影）納米材料的應用：

（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的功能。

（2）普通領帶的表面經過納米方法處理後，會有很強的自潔性能，不沾水，也不沾油。

（3）用納米陶瓷粉製成的陶瓷，具有一定的可韌性，用於製造發動機的缸體，汽車會跑的更快。

教師總結：納米材料在高科技上還有很多應用，下面就由同學們來介紹吧，請同學們將昨天老師佈置的要求你們上網查找有關納米材料的資料拿出來。

學生髮言並討論。

教師總結，並對同學們的表現給予肯定和表揚。

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。以電源爲例，長期以來使用的乾電池具有輕便的優點，但只能使用一次，丟棄後會污染環境；鉛蓄電池能反覆使用，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。用鋰作電極製造出的鋰離子電池,它具有體積小、質量輕、能夠多次充電,對環境污染小等特點,已經被廣泛地應用於移動通信、小型攝像機等設備上。並且完全不會造成污染。

我們在第一章的學習中認識了晶體,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釐米。近年來開發的多晶硅和非晶硅材料,能夠製造出大面積的太陽能電池,發電的效率提高、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。

同學們剛纔看到的'這種金屬花很奇特吧，它是根據什麼道理製成的呢？

原來它的花瓣是用一種特殊的金屬片——記憶合金製成的，它原本是開放的，後來被彎成合攏的，當用燈泡把它加熱到一定的溫度時，就自動恢復原狀，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，材料內部的晶體結構會發生變化，從而導致了外型的變化。

現在已經有多種形狀的記憶合金醫用支架，用於外科手術。還可以將記憶合金製成的彈簧安裝在熱水器的出水閥門內，當水溫超過某一溫度（例如80℃）時，彈簧自動伸長，將閥門關閉而停止出水，避免發生燙傷人的事故。

四、課堂小結

1、我們學習了納米材料的高科技應用。

2、瞭解“綠色”能源和記憶合金。

五、佈置作業

上網查找有關“綠色”能源和記憶合金的應用，並完成一篇小論文。

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，即合金的形狀被改變之後，一旦加熱到一定的躍變溫度時，它又可以魔術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爲形狀記憶合金。記憶合金的開發迄今不過20餘年，但由於其在各領域的特效應用，正廣爲世人所矚目，被譽爲"神奇的功能材料"。

記憶合金在航空航天領域內的應用有很多成功的範例。人造衛星上龐大的天線可以用記憶合金製作。發射人造衛星之前，將拋物面天線摺疊起來裝進衛星體內，火箭升空把人造衛星送到預定軌道後，只需加溫，摺疊的衛星天線因具有“記憶”功能而自然展開，恢復拋物面形狀

記憶合金在臨牀醫療領域內有着廣泛的應用，例如人造骨骼、傷骨固定加壓器、牙科正畸器、各類腔內支架、栓塞器、心臟修補器、血栓過濾器、介入導絲和手術縫合線等等，記憶合金在現代醫療中正扮演着不可替代的角色。

記憶合金同我們的日常生活也同樣休慼相關。僅以記憶合金製成的彈簧爲例，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，調節或關閉供水管道，避免燙傷。也可以製作成消防報警裝置及電器設備的保安裝置。當發生火災時,記憶合金製成的彈簧發生形變，啓動消防報警裝置，達到報警的目的。還可以把用記憶合金製成的彈簧放在暖氣的閥門內，用以保持暖房的溫度，當溫度過低或過高時，自動開啓或關閉暖氣的閥門。

作爲一類新興的功能材料，記憶合金的很多新用途正不斷被開發，例如用記憶合金製作的眼鏡架，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，汽車的外殼也可以用記憶合金製作。如果不小心碰癟了，只要用電吹風加加溫就可恢復原狀，既省錢又省力，實在方便。