9.3 新型材料的研制---2024-2025学年九年级化学沪教版（2024）下册

配套中学沪教版 新型材料的研制 一、教材分析 地位与作用：本章节是初中化学知识与社会实际应用紧密结合的重要部分，是在学生已学习了常见的金属材料、无机非金属材料、合成材料和复合材料等基础知识之上，对材料领域的进一步拓展和深化。通过对新型材料的研制的学习，使学生认识到化学在材料科学发展中的关键作用，以及材料对社会可持续发展的重要意义，为学生今后理解和关注化学与社会的关系奠定基础。 内容结构：教材首先介绍了新型材料研制的重要性和紧迫性，引发学生对材料发展的关注。接着分别介绍了一些典型的新型材料，如纳米材料、超导材料、复合材料等，包括它们的性能、用途及研制原理等，使学生对新型材料有初步的认识和了解。最后，教材还强调了在新型材料研制过程中需要考虑的环境和资源问题，体现了化学与社会可持续发展的紧密联系。 二、教学目标 化学观念 认识到物质的性质决定其用途，新型材料的特殊性能是由其特定的结构和组成决定的，进一步强化 “结构决定性质，性质决定用途” 的化学观念。 了解化学在新型材料研制中的重要作用，认识到化学科学的发展对推动材料创新和社会进步的重要意义，树立化学学科价值观。 科学思维 通过对纳米材料、超导材料等新型材料性能和用途的分析，培养学生从现象到本质的逻辑思维能力，能够运用所学化学知识解释新型材料的特殊性质。 引导学生对新型材料研制过程中的问题进行思考和探究，如材料的合成方法、性能优化等，培养学生的创新思维和问题解决能力。 科学探究与实践 组织学生查阅资料或开展小组讨论，了解新型材料在日常生活、航空航天、新能源等领域的应用实例，培养学生收集、整理和分析信息的能力。 设计简单的实验或实践活动，让学生亲身体验新型材料的一些特性，如观察纳米材料的特殊光学或电学性质等，提高学生的实践操作能力和科学探究能力。 科学态度与责任 让学生了解新型材料的研制对解决资源、能源和环境问题的重要作用，培养学生关注社会、关注环境的责任感和使命感。 通过介绍我国在新型材料研制领域的成就和面临的挑战，激发学生的爱国情感和学习化学的动力，培养学生为实现我国材料科学发展和社会可持续发展而努力奋斗的决心。 三、教学重难点 教学重点 新型材料的种类和性能：让学生了解纳米材料、超导材料、复合材料等新型材料的独特性能，如纳米材料的小尺寸效应、超导材料的零电阻特性等，以及这些性能在实际应用中的优势，是学生认识新型材料的基础。 化学在新型材料研制中的作用：使学生理解化学原理和方法在新型材料的合成、改性和性能优化等方面的关键作用，如通过化学反应制备纳米颗粒、利用化学掺杂改变超导材料的性能等，从而突出化学学科的重要性。 教学难点 新型材料的研制原理：一些新型材料的研制涉及到复杂的化学原理和高科技手段，如纳米材料的制备方法、超导材料的超导机制等，对于初中学生来说理解起来有一定难度，需要教师通过简单易懂的方式进行讲解和类比。 新型材料与社会可持续发展的关系：学生需要理解新型材料的研制不仅要考虑材料的性能和应用，还要考虑对环境和资源的影响，以及如何实现材料的可持续发展，这需要学生具备一定的综合分析和系统思维能力，对学生的思维深度和广度要求较高。 四、教学过程 一、课程导入 师：同学们，在我们的日常生活中，材料无处不在。从我们身上穿的衣服，到居住的房屋，再到出行乘坐的交通工具，都离不开各种各样的材料。大家可以想一想，我们已经接触过哪些常见的材料呢？ 生：金属、塑料、玻璃、木材…… 师：非常好！这些材料在我们的生活中发挥了重要的作用。但是随着科技的不断进步和社会的发展，人们对材料的性能提出了越来越高的要求。于是，科学家们开始致力于研制新型材料，以满足不同领域的特殊需求。今天，我们就一起来学习第九章第三节 —— 新型材料的研制。 二、知识讲解 （一）纳米材料 师：首先，我们来认识一种非常神奇的新型材料 —— 纳米材料。什么是纳米材料呢？纳米是一个长度单位，1 纳米等于十亿分之一米。纳米材料就是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1 - 100nm）或由它们作为基本单元构成的材料。 师：纳米材料具有许多独特的性能，这是由于它的纳米尺度所导致的。比如说，纳米材料具有小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应等。这些效应使得纳米材料在光学、电学、磁学、热学和力学等方面表现出与传统材料截然不同的性质。谁能举例说明一下纳米材料在实际生活中的应用呢？ 生：纳米涂层可以使衣服具有防水、防污的功能。 师：非常好！这就是利用了纳米材料的表面效应，使涂层的表面能降低，从而达到防水、防污的效果。还有吗？ 生：纳米技术还可以用于制造更高效的太阳能电池，提高电池的光电转换效率。 师：非常棒！看来同学们对纳米材料已经有了一定的了解。纳米材料的研制涉及到许多先进的化学技术，比如物理气相沉积法、化学气相沉积法等，通过这些方法可以制备出各种不同形状和性能的纳米材料。 （二）超导材料 师：接下来，我们再来看另一种神奇的材料 —— 超导材料。超导材料，顾名思义，就是具有超导特性的材料。当温度降低到一定程度时，超导材料的电阻会突然消失，电流可以在其中无损耗地流动。这种现象被称为超导现象。 师：超导材料的发现具有重大的科学意义和应用价值。它可以用于制造高速列车、核磁共振成像仪、量子计算机等高科技产品。大家知道超导材料的超导转变温度一般是多少吗？ 生：好像很低，需要在液氮温度下才能实现超导。 师：对，大多数传统超导材料的超导转变温度都比较低，这就限制了它们的大规模应用。因此，科学家们一直在努力寻找具有更高超导转变温度的新型超导材料，这也是目前超导材料研究的一个热点方向。超导材料的研制需要深入研究材料的晶体结构、电子态等微观性质，通过化学掺杂、高压等手段来调控材料的超导性能。 （三）复合材料 师：除了纳米材料和超导材料，复合材料也是一种非常重要的新型材料。复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法组合在一起，形成的一种具有新性能的材料。 师：比如我们常见的玻璃钢，就是由玻璃纤维和树脂复合而成的。玻璃纤维具有较高的强度和模量，而树脂则具有良好的韧性和可塑性，两者结合在一起，使得玻璃钢既具有较高的强度，又具有较好的韧性和耐腐蚀性，被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑等领域。同学们能再举一些其他复合材料的例子吗？ 生：碳纤维复合材料，它被用于制造飞机的机翼和机身等部件，因为它既轻又结实。 师：很好！还有吗？ 生：钢筋混凝土也是复合材料，它结合了钢筋的抗拉强度和混凝土的抗压强度，用于建造高楼大厦。 师：非常对！复合材料的研制关键在于选择合适的基体材料和增强材料，并通过优化复合工艺来实现材料性能的最大化。 三、小组讨论 师：现在，我们分成小组来讨论一下新型材料的研制对我们社会可持续发展的影响。每个小组从资源利用、能源消耗、环境保护等方面进行分析，并推选一名代表来发言。 （学生分组讨论，气氛热烈） 四、小组代表发言 小组 1 代表：我们小组认为，新型材料的研制可以提高资源的利用率。比如，一些高强度、轻量化的材料可以减少原材料的使用量，从而节约资源。同时，新型材料在能源领域的应用，如高效太阳能电池材料，可以帮助我们更好地利用可再生能源，减少对传统化石能源的依赖，降低能源消耗和环境污染。 小组 2 代表：我们觉得新型材料还可以改善环境。例如，一些可降解的材料可以替代传统的塑料，减少白色污染。而且，新型的环保建筑材料可以提高建筑物的能源效率，减少能源消耗和温室气体排放，对环境保护有很大的帮助。 五、教师总结 师：同学们说得都非常好！新型材料的研制确实对社会可持续发展具有重要的意义。它不仅可以提高资源利用率、降低能源消耗，还可以减少环境污染，为我们创造一个更加美好的未来。但是，我们也要认识到，新型材料的研制过程中也面临着一些挑战，比如成本较高、制备工艺复杂等。因此，我们需要不断地努力，通过科技创新来克服这些困难，推动新型材料的发展和应用。 五、板书设计 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$