資源簡介

(共45張PPT)
第八單元 金屬和金屬材料
主題情境·高鐵建設(shè)中的金屬和金屬材料
主題大概念
物質(zhì)具有獨特的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，同類物質(zhì)在性質(zhì)上具有一定的相似性；物質(zhì)具有廣泛的應(yīng)用價值，物質(zhì)的性質(zhì)決定物質(zhì)的用途。
單元大概念
金屬的組成與結(jié)構(gòu)決定其性質(zhì)，結(jié)構(gòu)上的相似性與差異性決定了金屬的性質(zhì)也具有相似性和差異性，性質(zhì)決定其用途；金屬具有廣泛的應(yīng)用價值，人類的可持續(xù)發(fā)展需要對金屬資源進行保護。
單元教學(xué)主題
高鐵建設(shè)中的金屬和金屬材料
單元課時劃分
單元核心知識
課時1 高鐵建設(shè)中金屬材料的選擇
課時2 高鐵建設(shè)中
金屬材料的獲取
課時3 高鐵建設(shè)中金屬材料的保護
課時4 我為列車蝕刻車牌
常見金屬和合金的物理性質(zhì)和用途
鐵的冶煉、含雜質(zhì)計算
金屬和氧氣的反應(yīng)、鐵生銹的條件和防銹措施、金屬資源的保護
金屬與酸、鹽溶液的反應(yīng)，金屬活動性順序、置換反應(yīng)
課時1 金屬材料
主題情境·高鐵建設(shè)中金屬材料的選擇
主題情境
高鐵建設(shè)中金屬材料的選擇
選擇軌道金屬材料
選擇高鐵車體金屬材料
選擇高鐵其他部位的金屬材料
了解未來高鐵材料
情境線
問題線
作為軌道建設(shè)的金屬有哪些要求？如何選擇能滿足對應(yīng)要求的金屬？能不能直接選擇純鐵作為高鐵軌道的材料？為什么不用鋁合金作為高鐵軌道材料？
哪種金屬材料適合作高鐵車體？主要考慮的因素是什么？
知識線
金屬的物理共性；
金屬的特殊物理性質(zhì)；
決定物質(zhì)用途的因素
高鐵電子組件焊料及電傳輸材料一般是什么材料？它們具有怎樣的性質(zhì)？
未來高鐵材料的發(fā)展趨勢是什么？
合金的性質(zhì)與用途
新型材料
1.知道金屬具有一些共同的物理性質(zhì),認識金屬的性質(zhì)與用途的關(guān)系，建立物質(zhì)性質(zhì)決定物質(zhì)用途的化學(xué)觀念
2.知道在金屬中加入其他元素形成合金可以改變金屬材料的性能
3.知道金屬、金屬材料在人類生產(chǎn)生活和社會發(fā)展中的重要作用，形成合理使用金屬材料的觀念
學(xué)習(xí)目標
重點
重難點
如果你是一名高鐵設(shè)計者，你會如何選擇金屬材料？
高鐵建設(shè)中哪些地方會用到金屬材料？
焊接焊料
車身
鐵軌
電傳輸線路
選擇軌道金屬材料
不易變形
耐磨
韌性好
能承受
巨大壓力
不易腐蝕
...
...
如何選擇金屬？
作為軌道建設(shè)的金屬有哪些要求？
任 務(wù) 1
復(fù)習(xí)回顧
金屬有哪些物理性質(zhì)？
觀察下列金屬及其制品，它們的外觀有什么異同？
銅(Cu)
金(Au)
鐵(Fe)
銀(Ag)
金屬有顏色、有光澤
汞(Hg)
銅、鐵、銀、金為固體；汞為液體
相同點
不同點
金屬具有良好的導(dǎo)電性
鐵導(dǎo)線
鋁芯線
銅電纜
以下金屬的用途主要反映其具有哪種物理性質(zhì)？
金屬具有良好的導(dǎo)熱性
鐵鍋炒菜
銅鍋涮肉
以下金屬的用途主要反映其具有哪種物理性質(zhì)？
金屬具有良好的延展性
鐵拉成絲
鋁展成箔片
銅制成銅片
以下金屬的用途主要反映其具有哪種物理性質(zhì)？
大多數(shù)
為固態(tài)
導(dǎo)熱性
延展性
有金
屬光澤
導(dǎo)電性
總結(jié)：金屬的物理性質(zhì)(共性)
······
······
(1)大多數(shù)金屬呈銀白色，銅為_______，金呈_______
(2)常溫下，大多數(shù)金屬都是固體，汞為________
(3)____能被磁鐵吸引
黃色
紅色
液態(tài)
鐵
自主閱讀
閱讀課本P2~3并結(jié)合生活常識，補全金屬的物理性質(zhì)(差異性)
閱讀課本P3表8-1，P4資料卡片，完成下列問題。
鋁 Al
地殼中含量最高的金屬元素 　
鈣 Ca
人體中含量最高的金屬元素
銀 Ag
導(dǎo)電、導(dǎo)熱性最好的金屬
鉻 Cr
硬度最大的金屬
鐵 Fe
年產(chǎn)量最高的金屬
汞 Hg
熔點最低的金屬
鎢 W
熔點最高的金屬
金屬之最
不同金屬的物理
性質(zhì)有差異！
性質(zhì)決定用途，用途體現(xiàn)性質(zhì)，我們來根據(jù)特定用途來選擇材料吧！
結(jié)合所學(xué)并根據(jù)下面呈現(xiàn)的 “資料卡片”，選出適合作為軌道材料的金屬。
資料卡片 金屬市場價格(僅供參考)
4850元/噸
14325元/噸
銅
22760元/噸
22670元/噸
銀
鉻
143280 元/噸
錫
948. 85 元/克
生鐵
鉛
鋅
鋁
66000元/噸
鎳
277500 元/噸
68700元/噸
4. 96元/克
鉑金
資料卡片 金屬的硬度比較(以金剛石的硬度為10作為標準)
4~5
鉛
2.5~3
鋁
銀
鉻
金
鐵
1.5
2~2.9
9
銅
2.5~4
2.5~3
硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一項重要性能指標。
如果不考慮其他因素的情況下，硬度越高耐磨性也就越好。
資料卡片
環(huán)保
性質(zhì)
回收
便利
價格
美觀
資源
決定物質(zhì)用途的因素
物質(zhì)
的用途
決定性因素
······
銅
鉻
鐵
綜合多種因素，鐵最適合用作軌道材料
釋疑
結(jié)合學(xué)到的知識并根據(jù) “資料卡片”，選出適合作為軌道材料的金屬。
價格：最便宜
硬度：小于鉻
含量：最多
價格：高于鐵
硬度：最大
含量：最少
價格：高于鉻
硬度：小于鐵
含量：較多
(1)高鐵熱水按鈕為什么使用塑料制作
金屬具有良好的導(dǎo)熱性，為了防止被燙傷。
(2)選擇鑄造高鐵紀念幣的金屬材料需要考慮哪些因素？
光澤好、耐磨、耐腐蝕、易加工、儲藏量等。
思考：
(3)為什么電線用銅絲，高壓線用鋁絲，不用導(dǎo)電性能更好的銀絲
Cu
銅的導(dǎo)電性能比鋁高，在低壓電路中使用銅線可以減少電阻，提高電路效率。銅的熔點較高，耐腐蝕，可以保證電線的使用壽命
良好的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能、熔點較高，耐腐蝕
Al
鋁的熔點低，通電后會很快熔斷，不適合用于日常導(dǎo)線。與電線相比，高壓線在輸送電功率相同的前提下，電壓高電流低生熱少
導(dǎo)電性好，密度小，熔點低
Ag
導(dǎo)電性最好，相對密度較大，造價高，可用于精密儀器的導(dǎo)線
思考：
通過綜合考量，我們已選擇了鐵作為高鐵軌道所用材料。那么我們是否可以直接選擇使用純鐵呢？
鋼
含碳量為0.03% ～ 2%，不銹鋼中還含有鉻、鎳等
機械性能：較硬而韌，有彈性、良好的延展性
生鐵
含碳量為2% ～ 4.3%，還含有硅、錳等
機械性能：硬而脆、無韌性
工業(yè)純鐵(熟鐵)
含碳量：0%~0.02%
機械性能：質(zhì)軟
高鐵軌道材料需要用到性能更好的鋼。
在純金屬中加熱熔合某些金屬或非金屬，就可以制得具有金屬特征的合金
金屬+金屬
如黃銅(銅+鋅)
金屬+非金屬
如生鐵(鐵+碳、硅等)
“生鐵和鋼是含碳量不同的兩種鐵合金”。那什么是合金呢？
不銹鋼
硬鋁
黃銅
焊錫
常見的合金
閱讀課本P6表8-2，你有何發(fā)現(xiàn)？
合金具有更加廣泛的用途
合金的組成成分不同，性能也會發(fā)生相應(yīng)改變。
合金的強度和硬度一般比組成它們的純金屬更高，抗腐蝕性能也更好。
自主閱讀
資料卡片
資料1：哈德菲爾德，英國冶金學(xué)家。 1882年，他制造出含錳量12%~ 14%的高錳耐磨鋼。高錳鋼鐵軌可以連續(xù)使用
22年。
資料2：高鐵鋼軌的選用，除了要考慮強度、
耐磨性外，還要考慮抗拉強度，目前時速200~ 250 km客貨運高鐵使用的鋼軌牌號為U75VG(鋼中添加了釩元素)。
高鐵軌道用的材料是
高錳鋼和釩鋼
根據(jù)以下資料你能得到哪些信息？
鋁 鋁合金 鋁合金 高錳鋼
現(xiàn)象
硬度
結(jié)論
在鋁片上留下刻痕
鋁合金硬度比鋁大
在鋁合金片上留下刻痕
高錳鋼硬度比鋁合金大
合金的硬度大于其組分金屬，不同合金硬度不同
鋁合金相對質(zhì)軟,不耐磨,不能作為軌道材料。
鋁和鋁合金、鋁合金和高錳鋼硬度的比較(劃痕法)
合金的強度和硬度一般比組成他們的純金屬更高，抗腐蝕性能也更好。
為什么不用鋁合金作為高鐵軌道材料？
選擇高鐵車體金屬材料
用鋁合金，因為質(zhì)量輕，硬度大，可塑性強，美觀。
用鐵合金，因為鐵合金來源廣，硬度大，價格便宜。
用鈦合金，熔點高，密度小，可塑性好，易加工，耐腐蝕，機械性能好。
任 務(wù) 2
結(jié)合前面所學(xué)內(nèi)容并閱讀課本P7，說說哪種金屬材料適合作高鐵車體？主要考慮的因素是什么？
來源廣，雖然可以作普通火車的車體，但密度相對較大
鐵合金
鈦合金
鋁合金
熔點高、密度小、可塑性好、易加工、機械性能好，但價格高
熔點高，密度小，可塑性好，易加工，耐腐蝕，機械性能好，是高鐵車體的理想材料
目前，一個高鐵的
車廂使用鋁合金大約10 t，比全部使用鋼材減輕30%~50%
選擇高鐵其他部位的金屬材料
資料卡片
焊料熔點比被焊接金屬低，焊料熔化時，在被焊接金屬不熔化的條件下能潤濕被焊金屬的表面，并在接觸面處形成合金層與被焊金屬連接到一起，高鐵電子組件中焊料不可或缺。
任 務(wù) 3
合金的熔點低于組成它們的金屬的熔點，不同種類合金熔點不同
閱讀課本P5，你能得到什么啟示呢？
伍德合金（鉛、鉍、錫和鎘組成的合金）可以實現(xiàn)連接鐵軌，但使用溫度不能超過70 ℃。焊錫（錫鉛合金）是常用焊料，伍德合金常用作保險絲。
小貼士
自主閱讀
純金屬或合金 純金屬 合金
鉛 鉍 錫 鎘 焊錫 伍德合金
熔點/℃ 327 271 232 321 183 70
啟示
資料卡片
鐵路的電氣化對銅和銅合金的需要量很大，每公里的架空導(dǎo)線需要2噸以上的異形銅線，列車上電機、整流器以及控制、制動、電氣和信號系統(tǒng)等都依靠銅和銅合金來工作。據(jù)《電網(wǎng)設(shè)備金屬材料監(jiān)督與檢測》一書提供的資料，同為標稱120mm2截面的導(dǎo)體，在20℃時，銅導(dǎo)體的電阻不大于0.158Ω/km，而鋁合金導(dǎo)體為0.249Ω/km。可見，在相同截面下鋁合金電纜的線損率要明顯高于銅電纜。
高鐵傳輸系統(tǒng)中電傳輸材料選擇銅合金
根據(jù)以下材料你能得到哪些信息？
與組成它們的純金屬相比
與組成它們的純金屬相比
合金的性能
強度和硬度更高
抗腐蝕性更強
熔點低
三增
一降
合金的性能
總結(jié)
了解未來高鐵材料
任 務(wù) 4
未 來 高 鐵
更輕
強度更高
更耐用
更便宜
思考：未來高鐵材料發(fā)展趨勢？
回顧中國高鐵45年發(fā)展史
知識拓展
高鐵
建設(shè)
中金
屬材
料的
選擇
性質(zhì)
純金屬
合金
有光澤、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性
共性
特性
強度高、硬度大、熔點低、耐腐蝕
資源
價格
美觀
組成不同、性質(zhì)不同
決定
利用
高鐵
軌道：鐵合金
車身：鋁合金
電傳輸：銅合金
電子元件：焊錫
課堂小結(jié)
其他因素
1.(2023山西)中國國家博物館珍藏著一枚“國璽”，即“中華人民共和國中央人民政府之印”，代表著熠熠生輝的共和國符號。她由銅胎鑄字，不易變形。選用這種材料作為印章胎體最大的優(yōu)點是(　　)
A.硬度較大
B.熔點較高
C.不溶于水
D.形狀美觀
A
隨堂練習(xí)
2. 日常生活用品很多是由金屬材料制成的。
(1)貼金技藝是中華民族民間傳統(tǒng)工藝的瑰寶，能夠?qū)ⅫS金錘成極薄的薄片是因為金具有良好的_____性。(2)我國早在商代，就有用鐵制造的兵器，現(xiàn)在鐵制品更是具有廣泛的用途。例如，鐵制成炊具是因為其具有良好的_____性。(3)銅是人類最早使用的金屬之一，我們現(xiàn)在又將銅制成導(dǎo)線，這是利用了銅的___ _性；銀是導(dǎo)電性最好的金屬，但我們通常不用銀制作導(dǎo)線，原因是 _______。
延展
導(dǎo)熱
導(dǎo)電
成本高
3.為探究黃銅(銅鋅合金)和銅性能上的差異，某實驗小組進行如下實驗。根據(jù)實驗現(xiàn)象得出的結(jié)論是_________________________。
用銅片刻劃黃銅片，
黃銅片表面無劃痕
用黃銅片刻劃銅片，
銅片表面出現(xiàn)劃痕
合金的硬度大于其組分金屬

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