【中學(xué)】材料與社會(huì)進(jìn)步教學(xué)建議

高三科學(xué)第八章《材料與社會(huì)進(jìn)步》教學(xué)建議整理ppt本章教材結(jié)構(gòu)從傳統(tǒng)陶瓷到先進(jìn)陶瓷從普通金屬到新型金屬復(fù)合材料與復(fù)合新觀念半導(dǎo)體材料及其對(duì)社會(huì)信息化的貢獻(xiàn)納米材料與按需設(shè)計(jì)材料的新思想

整理ppt本章教材的核心內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)

了解先進(jìn)陶瓷、新型金屬、復(fù)合材料、半導(dǎo)體材料和納米材料等新材料，是科學(xué)與技術(shù)結(jié)合的典范，具有巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，是現(xiàn)代社會(huì)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。樹立以下觀念：新材料的發(fā)展與科學(xué)進(jìn)步、社會(huì)需求緊密相聯(lián)；科學(xué)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展是推動(dòng)新材料發(fā)展的原動(dòng)力；新材料技術(shù)會(huì)極大影響經(jīng)濟(jì)、國防、科學(xué)發(fā)展和我們的日常生活了解材料的發(fā)展趨勢(shì)，了解復(fù)合的新觀念和按需設(shè)計(jì)的新思想整理ppt本章課時(shí)分配建議

節(jié)次內(nèi)容課時(shí)第一節(jié)從傳統(tǒng)陶瓷到先進(jìn)陶瓷1課時(shí)第二節(jié)從普通金屬到新型金屬1課時(shí)第三節(jié)復(fù)合材料與復(fù)合新觀念1課時(shí)第四節(jié)半導(dǎo)體材料及其對(duì)社會(huì)信息化的貢獻(xiàn)1課時(shí)第五節(jié)納米材料與按需設(shè)計(jì)材料的新思想1課時(shí)調(diào)查和探究1-2課時(shí)

總計(jì)6-7課時(shí)整理ppt第一節(jié)從傳統(tǒng)陶瓷到先進(jìn)陶瓷教學(xué)目標(biāo)了解傳統(tǒng)陶瓷與先進(jìn)陶瓷在結(jié)構(gòu)、原料、工藝上的區(qū)別；了解先進(jìn)陶瓷的優(yōu)良性能以及與社會(huì)進(jìn)步的關(guān)系；樹立陶瓷材料的發(fā)展與科學(xué)進(jìn)步、社會(huì)需求緊密相聯(lián)的觀念。了解陶瓷材料發(fā)展的基本過程整理ppt教材分析和教學(xué)建議陶瓷材料下的定義為：經(jīng)高溫?zé)崽幚砉に嚭铣傻臒o機(jī)非金屬材料。區(qū)別于陶器、瓷器、玻璃、水泥等硅酸鹽材料，也區(qū)別于單晶硅材料。發(fā)明陶器的歷史意義，教材中提出的陶瓷的發(fā)展，最主要是指陶器到瓷器的發(fā)展用現(xiàn)代科學(xué)理論對(duì)傳統(tǒng)陶瓷的工藝和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的結(jié)果，整理ppt先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷的結(jié)構(gòu)：提高陶瓷中晶態(tài)的比例，降低玻璃態(tài)的含量和排除氣孔先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷的功能：以陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)為例先進(jìn)功能陶瓷的原理：以濕度傳感功能和壓電功能的陶瓷材料為例先進(jìn)功能陶瓷的應(yīng)用：以壓電陶瓷為例陶瓷材料發(fā)展過程中的三次飛躍：陶器到瓷器，傳統(tǒng)陶瓷到先進(jìn)陶瓷，先進(jìn)陶瓷到納米陶瓷教學(xué)參考資料：傳統(tǒng)陶瓷和先進(jìn)陶瓷的化學(xué)組成；碳化硅(SiC)、氮化硅（Si3N4）和二氧化硅（SiO2）晶體結(jié)構(gòu)的比較;為什么在西藏高原上不能使用壓電陶瓷的打火機(jī);整理ppt從普通金屬到新型金屬教學(xué)目標(biāo)了解形狀記憶合金、金屬晶須材料、非晶態(tài)合金等新型金屬初步學(xué)會(huì)從微觀結(jié)構(gòu)的角度思考新型金屬的發(fā)展整理ppt教材分析和教學(xué)建議著重介紹了形狀記憶合金、金屬晶須材料、非晶態(tài)合金等三種新型金屬,從金屬微觀結(jié)構(gòu)的角度來理解新型金屬發(fā)展的方向形狀記憶合金:形狀記憶合金的原理和運(yùn)用;發(fā)現(xiàn)過程和體驗(yàn)科學(xué)探究的要素金屬晶須材料:對(duì)比完美晶體和實(shí)際晶體的區(qū)別,金屬晶須的巨大經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。非晶態(tài)合金:和普通金屬、普通玻璃相比較非晶態(tài)合金具有許多特殊的優(yōu)良性能。整理ppt復(fù)合材料與復(fù)合新觀念教學(xué)目標(biāo)了解常見的樹脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料的基本組成、性能和用途了解復(fù)合材料的基本組成和復(fù)合新觀念整理ppt教材分析和教學(xué)建議復(fù)合的新觀念：有意識(shí)地根據(jù)需要，選擇特定的具有粘結(jié)保護(hù)特性的基體材料與特定的增強(qiáng)材料實(shí)現(xiàn)功能性的復(fù)合復(fù)合材料的主要組成：基體和增強(qiáng)材料樹脂基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料復(fù)合方式主要分無序復(fù)合和有序復(fù)合整理ppt半導(dǎo)體材料及其對(duì)社會(huì)信息化的貢獻(xiàn)教學(xué)目標(biāo)了解半導(dǎo)體材料的主要特征和制取單晶硅的的過程了解半導(dǎo)體材料發(fā)展過程以及對(duì)社會(huì)信息化的貢獻(xiàn)了解半導(dǎo)體材料對(duì)發(fā)展綠色能源的貢獻(xiàn)整理ppt教材分析和教學(xué)建議向?qū)W生介紹半導(dǎo)體的主要特征和制取單晶硅的過程主要是為了幫助學(xué)生理解單晶硅今后的發(fā)展方向以及面臨的困難。讓學(xué)生理解單晶硅的直徑與“摩爾定律”之間的關(guān)系，并讓學(xué)生了解硅集成電路線寬的“物理極限”和突破“物理極限”的發(fā)展方向。在硅太陽能電池的閱讀中，讓學(xué)生了解工作原理和硅太陽能電池在發(fā)展綠色能源中的重要作用，在這部分教學(xué)時(shí)，可以組織學(xué)生討論硅太陽能電池的現(xiàn)在和發(fā)展前景。整理ppt教學(xué)參考資料單晶硅的結(jié)構(gòu)單晶硅與晶體管單晶硅與集成電路整理ppt納米材料與按需設(shè)計(jì)材料的新思想教學(xué)目標(biāo)了解納米材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和特殊效應(yīng)了解制取納米顆粒的一些方法了解按需設(shè)計(jì)的新思想了解發(fā)展納米材料的重大意義整理ppt教材分析和教學(xué)建議納米材料定義：通常由直徑為納米數(shù)量級(jí)的納米顆粒壓縮而成。納米：10-9m，也就是我們通常說的接近原子、分子水平，原子半徑一般在0.1納米（1埃）左右。一般材料中顆粒的數(shù)量級(jí)是微米數(shù)量級(jí)10-6m通常納米顆粒是指它的直徑范圍為0.1nm-100nm整理ppt納米顆粒的特殊結(jié)構(gòu)：在納米數(shù)量級(jí)時(shí)，材料的表面積大，顆粒中的15%-50%的原子都處在顆粒的表面，而在表面的原子和處于里面的原子在性能上有許多不同。納米材料具有許多特殊的性質(zhì)：不要求學(xué)生知道具體的四大效應(yīng)：即小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)（含宏觀量子隧道效應(yīng)）、表面效應(yīng)和界面效應(yīng)。整理ppt表面與界面效應(yīng)

納米顆粒越小，它的表面積就越大同樣，納米顆粒直徑越小、界面原子數(shù)量越大，界面能越高，使處于界面的原子數(shù)越來越多，這極大增強(qiáng)了納米粒子的活性與界面狀態(tài)有關(guān)的吸附、催化、擴(kuò)散、燒結(jié)等物理、化學(xué)特性也將顯著變化(納米二氧化鈦在室溫下壓縮就已經(jīng)結(jié)合得很好，而在500℃以上就很快地密集，其硬度相當(dāng)于普通陶瓷在1100℃下燒結(jié)的硬度)整理ppt量子尺寸效應(yīng)

指當(dāng)粒子尺寸極小時(shí)，電子能級(jí)將由準(zhǔn)連續(xù)態(tài)分裂為分立能級(jí)的現(xiàn)象出現(xiàn)反?，F(xiàn)象。例如金屬都是導(dǎo)體，但納米金屬顆粒在低溫時(shí)，由于量子尺寸效應(yīng)會(huì)呈現(xiàn)絕緣性電子具有粒子性又具有波動(dòng)性，因此存在隧道效應(yīng)。在制造半導(dǎo)體集成電路時(shí)，當(dāng)電路的尺寸接近電子波長時(shí)，電子就通過隧道效應(yīng)而溢出器件，使器件無法正常工作，經(jīng)典電路的極限尺寸大概已達(dá)0．13-0.09微米,進(jìn)一步達(dá)0.07-0.01微米既70-10納米。

整理ppt小尺寸效應(yīng)

隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會(huì)引起顆粒性質(zhì)的質(zhì)變。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。當(dāng)黃金、銀被細(xì)分到小于光波波長的尺寸時(shí)，即失去了原有的富貴光澤而呈黑色。事實(shí)上，所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)都呈現(xiàn)為黑色。尺寸越小，顏色愈黑?？筛咝实貙⑻柲苻D(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、電能?？蓱?yīng)用于紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)等整理ppt固態(tài)物質(zhì)在其形態(tài)為大尺寸時(shí)，其熔點(diǎn)是固定的，超細(xì)微化后卻發(fā)現(xiàn)其熔點(diǎn)將顯著降低，銀的常規(guī)熔點(diǎn)為670℃，而超微銀顆粒的熔點(diǎn)可低于100℃。因此，超細(xì)銀粉制成的導(dǎo)電漿料可以進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)。人們發(fā)現(xiàn)鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物體中存在超微的磁性顆粒，使這類生物在地磁場(chǎng)導(dǎo)航下能辨別方向，具有回歸的本領(lǐng)。磁性超微顆粒實(shí)質(zhì)上是一個(gè)生物磁羅盤。由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料卻具有良好的韌性。因?yàn)榧{米材料具有大的界面，界面的原子排列是相當(dāng)混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性與一定的延展性整理ppt一些微粒的大小和換算1μm(微米10-6m)1nm(納米10-9m)1埃（1?）=10-10m=0.1nm銀原子（Ag）的直徑（金屬直徑：2.89埃(?)膠體中分散質(zhì)顆粒的直徑大小在10-9m（1nm）~10-7m（100nm）之間整理ppt閱讀《納米顆粒的制取》理解為什么從氣態(tài)、溶液、膠體出發(fā)來制取納米顆粒在氣態(tài)、溶液、膠體狀況下，微粒都小于或在納米數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)，在一定條件下，有可能獲得納米顆粒不要求學(xué)生記住具體的工藝方法整理ppt材料“按需設(shè)計(jì)”的思想只有當(dāng)人們對(duì)材料的認(rèn)識(shí)達(dá)到納米數(shù)量級(jí)或接近原子、分子水平時(shí)才可能實(shí)現(xiàn)材料合成和制備：實(shí)現(xiàn)對(duì)基本單元在原子和分子級(jí)上的控制，然后把它們組裝成應(yīng)用于實(shí)際的納米材料開發(fā)研制納米器件和系統(tǒng)組裝，操縱和制造新的器件，并進(jìn)行系統(tǒng)集成和組裝整理ppt對(duì)材料發(fā)展的總結(jié)人類文明的標(biāo)記：石器、青銅器、鐵器時(shí)代