資源簡介

2.4 新材料及其應用
學習目標
1.復述新材料的廣泛應用和未來發展前景;體驗收集信息的過程,感受獲得知識而帶來的快樂。
2.通過學習新材料的有關知識,體驗科技為人類帶來的便利,提高學習物理的興趣;養成樂于參加調查、收集資料等社會實踐的品質。
◎重點:說出納米材料、綠色能源和記憶合金等材料在現代科技、工農業生產和日常生活中的應用,以及其他新材料的有關應用。
學法指導
1.利用不同的渠道收集信息,體驗收集信息的過程,感受獲得知識而帶來的快樂。
2.通過討論認識新材料的應用和前景,注意交流時語言的準確性及時間的把握。
【預習導學】
知識點一 納米材料
1.納米是什么物理量的單位
2.什么叫納米材料
3.舉例說明納米材料有哪些神奇的效果
【答案】1.長度。
2.某些物質的尺度加工到1~100 nm,它的物理性質或者化學性能與較大尺度時相比,發生了異常變化,這些物質組成的材料為納米材料。
3.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;普通領帶的表面經過納米技術處理后會有很強的自潔性能,不沾水也不沾油;陶瓷中加了納米陶瓷粉就具有一定的可韌性,如果用它制造發動機的缸體,汽車會跑得更快。
知識點二 “綠色”能源
4.“綠色”能源是 材料的應用。
5.舉例說明“綠色”能源在生產生活中的貢獻。
【答案】4.新
5.以電源為例,長期以來使用的干電池較輕便,但只能用一次,丟棄后會污染環境;鉛蓄電池能反復使用,但又太笨重;而新材料做成的鋰電池具有體積小、質量輕、能夠多次充電、對環境污染小等特點,已經被廣泛地用于移動通信、小型攝像機等設備上;硅光電池能夠把太陽能直接轉換成電能,并且完全不會造成污染,它廣泛應用于人造衛星和照明。
知識點三 記憶合金
6.什么叫記憶合金
7.記憶合金的主要成分是什么
8.記憶合金有什么獨特的物理特性
【答案】6.有些合金在加熱時能像彈簧一樣被拉長和扭曲,冷卻后可以保持這個形狀不變;當再次加熱時,它們又恢復到被拉長或扭曲前的形狀。這種合金叫做形狀記憶合金。
7.鎳和鈦。
8.當溫度達到某一數值時,材料內部的晶體結構會發生變化,從而導致了外形的變化。
【合作探究】
任務驅動 了解新材料
1.閱讀短文,回答文后試題。
納 米 陶 瓷
目前,我國在對納米技術的研究方面已經躋身世界前列,尤其是對“超級纖維”——碳納米管的研制上走在世界前沿。納米陶瓷作為高新科技材料應用廣泛。貼于“神舟十三號”飛船外表面的“太空”納米陶瓷,具有永久、穩定的防靜電性能,且有耐磨、耐腐蝕、耐高溫、防滲透等特點。采用氧化鋯材料精制而成的納米陶瓷刀,具有金屬刀無法比擬的優點:刀刃鋒利,能切割鋼鐵等物質;能削出如紙一樣薄的肉片;硬度高,其耐磨性是金屬刀的60 倍;完全無磁性;不生銹變色,健康環保;可耐各種酸堿有機物的腐蝕;為全致密材料,無孔隙、易清潔。納米陶瓷充分體現新世紀、新材料的綠色環保概念,是高新技術為現代人奉獻的又一杰作。
(1)“神舟十三號”飛船與空氣摩擦呈熾熱狀態時,飛船船艙不至于被燒毀的原因之一是飛船外表面的陶瓷具有 的特點。
(2)納米陶瓷刀 (選填“能”或“不能”)被磁化。它的耐磨性好,是因為它的 高。
(3)圖是納米陶瓷刀、合金鋼刀、普通菜刀磨損程度隨時間變化的曲線,其中反映納米陶瓷刀磨損特點的是曲線 (填字母)。
(4)新材料的開發和應用是多方面的,當前主要是從兩個方面去開發新材料,一是尋找一些特殊的物質在特定條件下出現的特性來加以應用;二是利用科學技術的進步將物質加工到一定的程度出現的特性來加以應用。下列新材料屬于第二種情況的是 ( )
A.記憶合金　　　　　B.納米材料
C.“綠色”能源 D.超導體
2.地熱是蘊藏在地球內部的天然綠色能源,這里的“地熱”是指地下一定深度的地層溫度,一年四季保持恒溫。當深度約為100 m時,地溫大約為20 ℃;若深度達到千米時,地溫可達45 ℃以上?！氨本W運會最大地熱供應建筑群”利用了淺層地熱供熱,以代替空調設備和鍋爐。圖甲是地熱供應建筑群冬季供熱的工作原理示意圖。它在地下裝有內管,分別形成進水管和出水管,與地面上方蛇形散熱管相接,這一設備是利用地源熱泵系統消耗少量電能來完成的一個封閉的循環水路。舉世聞名的西藏羊八井熱電站,利用了深層地熱發電,其發電原理圖如圖乙所示。地熱井口噴出來的水汽混合物經處理后,蒸氣送入汽輪機進行發電,現總裝機容量已經達到2.5×107 W。
綜合以上信息,解答下列問題:
(1)“綠色能源”是指使用該能源不會對環境造成污染的能源。下列能源:①太陽能　
②風能?、凼汀、苊骸、莩毕堋、弈静闹?屬于“綠色能源”的是 ( )
A.①②③ B.③④⑤
C.④⑤⑥ D.①②⑤
(2)結合地熱發電的情況,請你從環保的角度評價火力發電對環境的影響
3.科普展覽會上有一種神奇的金屬花,它的花瓣是用一種特殊的金屬片——形狀記憶合金制成的(如圖)。它具有記憶能力,制作時先將記憶合金制成的花瓣制成開放狀態,然后在低溫下將花瓣閉合。當燈光一照它會 ,如 (選填“左”或“右”)圖,當關上燈又會 ,如 (選填“左”或“右”)圖。
4.*探究活動:不同的材料具有不同的物理性質,如導熱性、導電性、磁性、密度、彈性、硬度、延展性等等。如何探究材料的硬度
實驗器材:肥皂、鋁片、鐵塊等。
實驗過程:
(1)組成如圖的裝置。
(2)將被測材料置于一個空心豎直管的底部,從管的頂部釋放一鋼釘,鋼釘作用在該材料上會產生一個小小的凹痕。
(3)從凹痕的大小和深度,判斷材料的硬度并排序。
實驗現象:凹痕由深到淺的次序為: 。
實驗結論:材料有軟有硬,較硬的材料能使較軟的材料產生 ,材料的硬度不同, 不同。
【答案】1.(1)耐高溫
(2)不能　硬度　
(3)c
(4)B
2.(1)D
(2)火力發電會造成大氣污染(或溫室效應或形成酸雨或使土地酸化等)
3.開放　左　閉合　右
4.(3)肥皂、鋁片、鐵塊　凹陷、劃痕　劃痕
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