193探索新材料教案1.doc
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1、 北京中考网北达教育旗下 电话 010-62754468第三节 探索新材料 教案教学目标1知识与技能 知道超导材料是一种电阻为零的材料,知道超导材料具有超导磁悬浮的特性,了解纳米材料的有关知识2过程与方法 了解新材料的特性及应用前景3情感、态度与价值观 了解我国新材料研究的新成果,增强民族自豪感教学准备 投影片(纳米材料的应用)教学设计说明教师活动学生活动引入新课进行新课作业虽然社会的发展给我们带来了丰富的物品,但是为了制造物美价廉、性能更好的物品,人们正不断研究性能更好、更容易制造的新材料。引入课题:193 探索新材料一、超导材料1、超导材料是一种电阻为零的材料。让学生看课本P160页第一、
2、二段后回答:什么现象叫超导现象?什么材料叫超导材料? 强调: 只有当温度在某一低温(称转变温度或临界温度)以下才具有超导性。 不同材料的转变温度不同,如汞(4.15K)、钨(0.012K)、锌(0.75K)等。现在的一些高温超导材料,由一般导体转变为超导体的温度已达到100K以上。我国研制的超导材料的转变温度已达到134K。2、让学生看课本P160页第三至七段,提出问题。师生共同作答:超导磁悬浮现象是一个超导体与一个永磁体(或电磁铁)叠放时,由于电磁感应现象,超导体中产生的感应电流激发很强的磁场与永磁体(或电磁铁)的磁场在它们中间因同名磁极互相排斥,磁场的排斥力与被悬起来的物体的重力相平衡时,
3、就形成了稳定的磁悬浮现象,超导材料的应用: 运用电阻为零的特性制作电动机线圈、输电导线等,可减少电能损失,提高电能利用率。运用磁悬浮的特性制造磁悬浮列车、超导船等既减少了能量损失,又提高了交通工具的运行速度和安全性能。 例1. 超导材料通过电流时,它的电阻为零。你认为这种超导材料适合制作( )A输电导线 B电炉丝 C保险丝 D电磁铁线圈二、纳米材料让学生看课本P160页第八段至P161页内容,知道什么是纳米材料?纳米材料的特性及应用?强调:纳米是长度单位,符号“nm”,1nm10-9m 不是所有材料达到纳米尺度时就一定是纳米材料,只有当材料到了纳米尺度时性能发生突变,才能称为纳米材料。只有产品
4、的主导技术或主要材料是由纳米结构单元构成的,才是真正的纳米产品。投影“纳米材料的应用”例2. 纳米材料所特有的性能及应用是( ) 大大提高材料的强度和硬度 降低烧结温度 提高材料的磁性 能制作高贮存密度的量子磁盘 纳米机器人“医生”能进入人体杀死癌细胞A只有 B 只有C只有 D 都是分析 纳米材料的性能包括提高材料的强度、硬度、改变颜色、增强磁性等。纳米技术能制造出纳米“机器人”,进入人体杀死病毒细胞,制作的量子磁盘,能作高密度的磁记录。1、收据有关超导材料、纳米材料的一些资料并记录下来与同桌或小组同学讨论交流 。序号应用方面发展前景1234探究点拨:可到WWW网站再输入关键字进行搜索2、课本
5、作业中的第2题,下面提供一些题目供参考。材料硬度和脆性矛盾能否克服。关于材料延展性的提高和应用。我想象中的新材料。材料的弹性在生活中的新用途。超导材料应用的设想。(1)超导现象有些材料当温度降低到某一温度时,材料的电阻突然变为零的现象叫超导现象能够发生超导现象的材料叫超导材料。笔记老师强调说明的问题。(2)1933年迈斯纳和奥森菲尔德发现了超导磁悬浮现象,如图1929。提出问题,如:超导磁悬浮现象是怎么回事?超导材料有哪些应用?答案 A、D 理由:输电导线、电磁铁的线圈选用超导材料,可减少导线因发热而损失的电能看课本P160页第八段至P161页内容,知道什么是纳米材料?纳米材料的特性及应用?当
6、材料的微粒大小达到纳米级(10 -9m),就是这种材料的微粒由几个分子组成时,材料的性能会发生显著变化,如颜色、导电性、导热性、硬度、磁性等会产生很大的变化。由纳米材料组成的物质也就有了许多一般物质没有的特性。观看投影,进一步了解纳米材料的应用。答案 D 以上为所附投影内容纳米材料的应用领域 板书设计193 探索新材料一、超导材料1、超导现象有些材料当温度降低到某一温度时,材料的电阻突然变为零的现象叫超导现象能够发生超导现象的材料叫超导材料。强调: 2、超导磁悬浮现象超导磁悬浮现象是一个超导体与一个永磁体(或电磁铁)叠放时, 由于电磁感应现象,超导体中产生的感应电流激发很强的磁场与永磁体(或电
7、磁铁)的磁场在它们中间因同名磁极互相排斥,磁场的排斥力与被悬起来的物体的重力相平衡时,就形成了稳定的磁悬浮现象。3、超导材料的应用:制作电动机线圈、输电导线等制造磁悬浮列车、超导船等二、纳米材料当材料的微粒大小达到纳米级(10 -9m),就是这种材料的微粒由几个分子组成时,材料的性能会发生显著变化,如颜色、导电性、导热性、硬度、磁性等会产生很大的变化。由纳米材料组成的物质也就有了许多一般物质没有的特性。强调: 教学反思教学参考我国在(20世纪80年代)超导研究中的一些成就 20世纪80年代,世界科技领域的一件大事是发现了转变温度(材料电阻率突然降为零的温度)高于液氮(沸点为77K)温度的超导体
8、。我国在高温超导技术研究方面,处于世界领先地位。我国于1986年底发现厂一种锶镧铜氧化物的转变温度为48.6K,又于1987年2月20日,中国科学院物理研究所的杨国桢、赵忠贤等发现了转变温度为100K的超导体,1987年3月10日,中国科技大学获得转变温度达130K的超导体。1989年又研制出零电阻温度高于132K的掺锑铋系材料,已被国际证实是零电阻温度的最高纪录。在高温超导的应用方面,1989年初,我国用高温超导体制成了液氮温度下工作的超量子干涉器,可测量小于10-11T的磁场。还研制出在液氮温度下临界电流密度j。31010Am2的超导薄膜,并掌握了把高温超导薄膜微加工到尺度为2 10-7
9、m的图形技术,为发展大型高速计算机、医疗电子学微波技术打下了良好基础。 20世纪90年代,高温超导研究必将取得更丰硕的成果,并将使高温超导体逐渐在经济建设和国防建设中得到广泛应用。(参见1990年1月l刚光明日报第三版和参考消息1990年1月10日)低温现象 19世纪上半叶,以英国科学家法拉第(17911867)为代表的一批科学家利用同时增大压强和降低温度的方法,把几乎所有的气体都液化了。但是,对氧、氢、一氧化碳、一氧化氮和甲烷等气体,把压强增加到标准大气压的3000倍,温度降低到一1000C,也没有把它们液化。难道这些气体是不能液化的吗?原来每种气体都有一个特定的温度。在这个温度以上,无论怎
10、样增大压强,气体也不会液化。这个温度叫作临界温度。通常把处于临界温度以上的气态物质叫做气体,处于临界温度以下的气态物质叫做汽(或蒸气)。要使气体液化时,必须使它的温度降低到临界温度以下。 由下表可知,各种物质的临界温度差别很大。氦的临界温度很低,为一2680c,即5K。1908年荷兰物理学家昂尼斯在莱顿大学的实验室里成功地实现了42K的低温,才液化了氦气,这是最后一个被液化的气体。他让氦气蒸发,还得到了1K左右的低温。昂尼斯的成就为低温物理的研究和应用奠定了基础。 几种物质的临界温度物 质临界温度toc物 质临界温度toc水374二氧化碳31酒精243氧一119乙醚194氮147氯144氢24
11、0氨132氦一2680K到120K为低温物理学研究的温度范围。在这个温度范围里,物质会表现出许多奇特的现象。例如,鲜嫩的花瓣变得像玻璃一样脆,弹性很好的橡胶制品会一敲就碎、铅皮制做的小铃能发出清脆的响声等等。除此之外,在极低温度下,物质还能呈现出更奇特的性质。 超流动性 液体流动时,由于液体各部分之间以及液体跟器壁之间有摩擦力,通常液体很难通过很长的毛细管。例如,在4K时,把液氦盛放在中间用很细的管子连接的左侧容器中,液氦不能流过毛细管,如图甲所示;但当温度降到2.172K时,液氦竟可以从连通器的左侧通过毛细管射向右侧的容器中,如图乙所示。科学家们还发现,这个温度下的液氦可以流过直径为0.00
12、001cm(头发丝直径的1/10)的小孔。可以说,在2K的温度时,液氮没有过不去的孔。液体在极低温度下的这种性质,叫做超流动性。 超导电性 金属的电阻随着温度的降低会减小,在温度接近绝对零度时,电阻会怎么样呢?1911年昂尼斯在测量低温下汞的电阻时发现:在42K时汞的电阻突然完全消失。这时汞中的电流,不需要外电压来维持,长期保持着,永不衰减。像低温下汞那样,电阻完全消失的导体,叫超导体。现在已经知道,元素周期表中约占半数的金属元素以及相当多的化合物和合金,都能在一定的温度下转变成超导体。 超导体具有的超导电性,对科学技术的发展有很大的意义。产生强磁场的电磁铁工作时,需要很大的电流,由于线圈电阻
13、的作用,使得通电导线产热,把电能消耗掉。较大的电磁铁工作时,消耗的功率达几千瓦甚至更多。但是,如果用超导线圈,只需要一个40kW左右的电源,就可以发挥同样的作用,大大地节省了电能。目前,这种超导磁铁已应用在科学研究上。在输电线路上使用超导材料,大约可以节约1/4以上的电能。超导磁铁和磁铁之间能产生强大的磁力,使磁体上浮,就像两个磁体的同名磁极相对一样,如图甲所示;有电流的超导铅环能够托起超导铅球,如图乙所示。这表明超导体被磁化后,变成磁性相反的物质,这种性质叫做抗磁性。人们利用超导体的抗磁性设计了磁悬浮列车,这种列车能悬浮在铁轨上空几厘米处,行车阻力小,无噪声、无污染、速度大,很受人们的赏识,
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