跨学科实践02：探索新材料-2024-2025学年八年级物理下学期项目化课程案例

跨学科实践02：探索新材料 气凝胶 考点聚焦 1．我们周围的材料 金属材料：由金属元素或以金属元素为主制成的材料。 无机非金属材料：陶瓷、玻璃、金刚石、半导体是常见的无机非金属材料。 有机高分子材料：指以有机高分子为基础构成的材料。 复合材料：将优缺点能互补的材料复合在一起，制造出的性能优良的新材料。 合金不是复合材料。 材料的物理性质 （1）弹性：材料受力发生形变，除去外力后，材料又自动回复到原状。 （2）硬度：描述材料的坚硬程度。 （3）延展度：材料具有的可以锻打成片、拉成丝的性质。 材料与社会发展：如何合理地利用资源，有效保护环境，已成为人类关注的一个重大课题。 2．半导体 材料的导电性分类 （1）导体：容易导电。 （2）半导体：导电能力介于导体与绝缘体之间。 （3）绝缘体：不容易导电。 半导体二极管：单向导电性。 半导体三极管：放大电信号。 半导体的应用：（1）太阳能电池；（2）条形码扫描器；（3）微处理器；（4）机器人。 3．探索新材料 超导材料：电阻为零的材料。 超导材料的应用：远距离输电、超导磁悬浮、增加磁性。 纳米材料特点：空间尺度小，硬度高、强度大。 纳米材料的应用：使计算机运行速度加快，芯片体积减小。制造纳米机器人。 气凝胶是当今世界上密度最小的固体。这种新材料具有隔热、耐高温等性能，在新能源汽车、航空航天等领域有多种用途。 一些物质的物理属性 连接在电路中的炭棒 碳棒具有导电性 炭棒 放在热水中的塑料勺 塑料勺 金属勺 导热性 一些物质的物理属性 磁性 透光 能吸引铁钉的磁体 磁体 阳光窗户的玻璃 一些物质的物理属性 硬度大，轻松切割玻璃 铁导热性好，塑料导热性差，防止烫手 塑料的铁锅把手 金刚石制成的玻璃刀 最早的衣服由兽皮简单缝制而成，或用树皮、树叶、草编织而成 兽皮、树皮、树叶、草 实践活动：调查某一物品或某一领域所用材料的演化变迁 任务一:认识材料对社会发展的作用 我国布的发展史： 商代，衣服的材料开始以丝、麻为主，丝即丝绸，由蚕丝纺织而成，麻即麻布，由麻类植物的纤维纺织而成 丝、 麻 丝绸衣服 麻布衣服 现代，‌随着化工产业的兴起和加工工艺的发展，出现了化纤、混纺、仿皮毛、仿丝绸等材料，衣服的材料更加多样化 化纤、混纺等 化纤布料 仿皮毛衣服 以书写材料为例： 早在殷商时期，人们便开 始用甲骨作为书写材料。 后经发展，人们开始使用竹简记录 文字信息。竹简造价低廉且容易制 作，但过于笨重，不利于保存和传 播。 我国纸的发展史： 11 以书写材料为例： 春秋战国时期开始出现在 绢帛上撰写文字的帛书， 帛书轻巧但造价昂贵。 西汉初期出现了早期的纸张。公元105年， 东汉蔡伦改进了造纸术、之后纸开始被广 泛用于文字图形信息的记录和传递。纸的 发明制造极大地促进了人类文明的发展。 12 认识材料对社会发展的作用 1.阅读课本第18页，谈谈你的收获 人类社会的发展始终伴随着对材料的开发和利用，材料的发展对人们的生产生活具有极大的促进作用。 纸的文明制造极大的促进了人类文明的发展 甲骨文 石鼓文 汉简 帛书 东汉蔡伦改进造纸术 电子书写 实践活动 我国笔的发展史： 新石器时代 的骨针 商周时期 的青铜刀 战国时期，毛 笔逐渐普及。 19世纪末，钢笔、 铅笔等硬笔从西方 传入，逐渐普及。 20世纪中期，圆 珠笔成为日常书 写工具。 随着电子设备的发展， 电子笔等新型书写工具 逐渐普及。 14 二、认识新材料 石铲 青铜铲 合金铲 嫦娥五号的机械铲 15 新材料 特性 应用举例 轻质材料 密度极小却坚固耐用 飞机机翼、汽车框架、体育器材等 纳米材料 能抑制细菌生长 纳米陶瓷、医疗器械等 超耐热合金 高温下仍具有良好的物理性质 核燃料棒的包壳、热交换器和管道系统等 高分子材料 生物相容性、耐磨性 人工器官 常见的新材料 指新出现的或正在发展的材料,它具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能，如在密度、强度、硬度、耐磨性、耐蚀性、抗辐射等某一方面或多个方面具有优越的性能。 1.纳米材料 将某些物质的尺度加工到 1～100 nm 时，它们的物理性质或化学性质与较大尺度时相比，发生了异常的变化，这种材料称为纳米材料 1 nm＝10-9 m 二、认识新材料 （1）防水防油 防水 防油 荷叶的自洁效应 ——荷叶的自洁效应 （2）抗菌性 ——将银纳米化，使银的杀菌能力飞跃 普通奶瓶 纳米抗菌奶瓶 （3）韧性大和强度高 纳米陶瓷刀摔不坏 纳米陶瓷杯 ——纳米陶瓷粉制成 纳米陶瓷发动机 （5）强度高，约为普通钢的100倍。 自重轻，是钢质量的1/6。 具有良好的柔韧性，可弯曲。 纳米防弹衣 纳米碳管 纳米碳管、石墨烯 石墨烯 （4） 吸收电磁波：隐形技术 2017 年中国研制的第四代双发重型隐形战斗机服役，标志着中国成为第二个自主研发并装备第五代战斗机的国家。 2.气凝胶 气凝胶是世界上最轻的固体之一，密度仅有0.2kg/cm3，甚至更小，被称为“冻结的烟”。 具有密度小、耐压、熔化温度高、隔热性能好、对光的偏折能力低、绝缘性能好等特点，是航天探测中的重要材料。 凝胶非常坚固耐用。它可以承受相当于自身所受重力几千倍的压力，在温度达1200℃时才会熔化。 气凝胶还有对光的偏折能力低、绝缘性能好等特性。气凝胶成为航天探测中的重要材料。 3.微晶格材料 用镍金属通过3D打印制成，是世界上最轻的金属材料之一。 具有超强的抗压缩和能量吸收能力，非常适用于抗压减振。 4.合金材料 是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有 金属特性的物质。一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。 形状记忆合金 超耐热合金 22 认识新材料 高科技领域已广泛使用各种新材料制品。 我国嫦娥五号探测器上采集月壤的机械铲就是用轻质、耐高温、耐严寒的新材料制作的。 认识新材料 密度极小却坚固耐用的轻质材料，能够抑制细菌生长的纳米材料。 在高温下仍具有良好物理性质的超耐热合金，用于制造人工器官的高分子材料。 某些材料很容易造成环境污染 生产生活中广泛使用的塑料袋、农用地膜、一次性餐具、饮料瓶等塑料制品。 任务三 认识材料发展对环境的影响 大多是用聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的。 这些塑料制品被弃置后成为固体垃圾，它们难以降解，会在土壤、水体中存在上百年，因此被称为“白色污染”。 白色污染 工业废水污染 任务三 认识材料发展对环境的影响 电池污染 光污染 26 某些材料很容易造成环境污染 “白色污染”会对生态环境造成严重危害，给各类野生动植物和人类的生命安全带来威胁。 任务三 认识材料发展对环境的影响 为了遏制“白色污染”，我国自2008年6月1日起，严格限制塑料购物袋的生产、销售、使用。 材料的研发和使用与环境保护并不矛盾。通过不断研发更环保的材料，优化生产工艺，绿色发展是能够实现的。 $$