初中北师大版三 学生实验：探究物质的一种属性——密度教学设计

这是一份初中北师大版三 学生实验：探究物质的一种属性——密度教学设计，共20页。教案主要包含了物质世界的几何尺度，长度的单位，误差，体积的测量，课堂小结，布置作业，板书设计等内容，欢迎下载使用。

1、学会用刻度尺测量物体的长度，能正确地记录测量结果。 2、知道读数时要估读最小刻度的下一位数字。
3、知道测量有误差，通过多次测量取平均值以减小误差。知道误差和错误有区别。
4、学会用量筒和量杯测量不规则形状物体的体积。
5、培养学生初步应用物理知识解决生活实际问题的能力。
教学重点
用刻度尺测量物体的长度的方法。
用量筒和量杯测量物体的体积的方法。
教学难点
1、估读的方法。
2、量筒读数时的注意点。
3、误差与错误的区别。 实验器材
教师：示教刻度尺、方体木块、卷尺、螺旋测微器、游标卡尺 学生：学生自备透明三角尺、木块、量筒、石块、水、细线 学生课前准备 透明三角尺 教学过程
一、物质世界的几何尺度
让学生观察教师预先准备好的挂图，比较两条线段和两个圆面积的大小，再让学生上台用尺子量量，回答视觉总是可靠吗?继而举例说明，对于时间长短、温度高低等，靠我们的感觉去直接判断，并不总是可靠。不仅很难精确，有时甚至会出错误。
在观察和实验中，经常需要对各种物理量做出准确的判断，得到准确的数据，就必须用测量仪器来测量。例如，用刻度尺测量物体的长度，用秤来测量物体的质量，用钟表来测量时间的长短，用温度计来测量温度的高低。
长度是最基本的物理量，要求学生看书第25页图，了解宇宙、地球、上海的金茂大厦、微粒的尺度。在生产、生活中，在物理实验中经常要测量长度。(举例)测量长度的方法和仪器有许多种，其中刻度尺是常用的测量长度的工具。同时学会使用刻度尺，有助于我们学会使用其他测量仪器和了解测量的初步知识。
二、长度的单位
测量任何物理量都必须规定它的单位。学生已经知道"米"是长度单位。应告诉学生，米是国际统一的长度基本单位，其他的长度单位是由米派生的。米的代表符号是m。其他常用的长度单位有千米、分米、厘米、毫米、微米、纳米。它们的代表符号分别是km、dm、cm、mm、μm、nm。(通常刻度尺的单位标注是用符号表示，为使学生能顺利观察刻度尺，应介绍单位的代表符号。)
通过列举事例使学生对米、分米、厘米、毫米等单位长度能心中有数，有个粗略的概念。例如：常用铅笔笔芯直径大约1毫米，小姆指宽约有1厘米，手掌的宽大约有1分米，成年人的腿长大约1米左右，光年的长度。
三.正确使用刻度尺
对单位用单位的长度有所了解后，介绍几种测量长度的工具，分别介绍刻度尺、螺旋测微器、游标卡尺，说明螺旋测微器、游标卡尺用于精确的测量，我们目前只需掌握普通刻度尺的使用。那么如何使用刻度尺呢？对于刻度尺的总结一下，有四个字，那就是认、量、读、记。
①认：就是认识刻度尺，认识认识刻度尺的零刻线是否磨损，量程以及分度值是多少？量程就是刻度尺能测量的最大范围；分度值是指两刻度线之间的距离，在以前叫做最小刻度值。
②量：就是如何测量，在测量是要注意两点,零刻线对准被测物体,如果零刻线磨损了,则应让其它刻度线对准被测物体,未端读数与起点读数之差,就是被测物体长度。刻度线应紧贴并平行被测物体,说明厚刻度尺的使用(图2-7)。
③读：在读数时，视线应与尺面垂直，此外，在物理实验中，测量长度往往要求比较精确,此时,就要进行估读,即:要估读到分度值的下一位(难点)。估读值不是一个精确的值，但也是一个有效值。 让学生用透明三角板测量一纸条的宽度。首先分清三角板的正、反面，然后要求学生把三角板反着用（即有刻度的一面朝上）。学生在测量时，故意让学生身体向左偏、向右偏，让学生回答两次读数是否一样?(不一样，且尺子越厚，两次读数差别越大)。这两个读数哪一个对?(都不对)。怎样读才能得到正确的数值?引导学生总结出读数的视线规则：数时，视线要与尺面垂直。(可参照课本图2-7)。在将零刻度对准被测物体的一端时，也要按这一规则去做。 让学生把三角尺翻过来，重复上面的测量，这时身体偏左、偏右的两次读数基本一致。由此得到，测量时刻度尺的正确放置方法是：让刻度尺刻度紧贴被测物体的始、末两端。如果刻度尺不透明(如钢尺、木尺)应怎样放置?利用课本图2-7总结出刻度尺使用中的放置规则：刻度尺应"立"着放正，不能歪斜。(应使刻度尺面垂直被测物体表面，学生还不理解这些立体几何术语，改用"立"着的说法。可通过示范的方法，帮助学生理解。) 要求学生按上述放置和视线规则，正确放置刻度尺，并将零刻度对准纸条的一个边，看纸条的另一条边靠近那一条刻度线，读取这一刻度的数值，就是纸条的宽。如果要求测量更精确些，则应估读到最小刻度值的下一位。这就是刻度尺使用时的估读规则。 有效数字只要求学生有所了解，着重讲清最后一位估读数字是有意义的，此，估读的数字及其前面的数字都是有效数字。
④记：测量完了，就要记录测量结果，测量结果由数字和单位组成。只有数字而没有单位是不行的，应懂得根据记录来判断所使用的刻度尺的分度值（难点）。列举几个无单位数字，说用这组数是无用的。测量结果的记录应由数字和单位组成。对于任何物理量的测量结果，
只有标明单位数据才有意义。
四、误差
测量时，要用眼睛估读出最小刻度值的下一位数字，是估读就不可能非常准确，测量的数值和真实值之间必然存在着差异，这个差异就叫误差。任何测量都存在误差。或许有的同学会认为物体的末端恰好对着刻度线，测量的结果应是准确的。其实，任何刻度线都有一定的宽度，"恰好对着刻度线"
也是估计的，这时最小刻度值的下一位估读数字是零。(估读数字为"零"，容易被忽视，要提醒学生注意。)由此可见，测量中存在误差是不可避免的。
误差跟错误不同。测量中，由于视线的偏斜而导致测量的错误，这是由于没有按规则去做而造成的。错误是应该而且可能避免的。测量的误差是不可避免的，除了估读的误差外，还有其他原因造成的误差如仪器本身不准确，环境温度、湿度变化的影响等，这都是造成误差的原因。误差不可能消除，只能尽量的减小。减小误差的措施比较多，其中求平均值的方法，简单而有效。
测量中有时估计偏大，有时会偏小，这样多次测量值的平均值更接近于真实值。
五、体积的测量
学习了长度的测量后，在我们的生活中体积的测量也是非常重要的，任何物体都要占据一定的立体空间，也就是具有一定的体积，对于具有规则形状的物体，如长方体、正方体、球体等，只要测量出它们的长、宽、高或直径，就可以算出它们的体积。但是对于液体的体
积，就要用专门的仪器测量，如量筒、量杯。并且对于形状不规则的固体，就要用特殊的方法间接测量它们的体积。
要求学生观察桌上的量筒，结合书第28页图2-9，认清量筒和量杯的结构特点。
1、体积的单位：国际单位是米3，实际应用中还有分米3、厘米3、毫米3、升、毫升，它们的符号分别是m3、dm3、cm3、mm3、L、mL,1L=1dm3。并简单介绍体积单位的换算。
2、认识量筒的量程、分度值。
3、量筒读数时要注意视线要同凹形水面的底相平，或与凸形水银面的顶相平。
实验：让学生在量筒中到入一定体积的水，并正确读出水的体积。明白了量筒的使用，再简单介绍量杯，强调量杯的示数特点与量筒不同，由于量杯的形状特点，所以量杯上的刻度是不均匀的。
在介绍完量筒的使用后，提出问题：如何测出你们桌面上的不规则形状的石块的体积呢？（要求学生看书第28页的做一做，并思考测量石块体积的方法）
教师讲解：我们只要借助排开水的体积间接测量出这个石块的体积，先在量筒中到入一定体积的水，然后用细线绑住小石块，慢慢放入水中（说明为什么要用细线绑着慢慢放入水中），此时水面上升，分别读出前、后两次量筒的示数，将两次的示数相减，就可以得到石块的体积。这种方法测量不规则形状固体的体积，以后在学习中将经常用到。
学生分组实验，教师巡视，并对个别学生的操作提出更正。（实验结束后，要求学生整理实验器材）
六、课堂小结
我们学习了利用刻度尺和量筒测量物体的长度和体积。 注意刻度尺的使用规则和读数。 再次强调误差与错误的区别。
重复利用量筒测量不规则形状物体体积的方法。
七、布置作业
课文第28页作业第1、2、3题。
在家中利用刻度尺测量自己物理书的长和宽，要求估读，并作好记录。 课时作业设计
1、用刻度尺测量时,尺要沿着物体的,不利用磨损的,读数时,视线要与尺面,在精确测量时,要估读到 的下一位。
2、某人测得一本字典正400页厚度为18.0mm,则该字典正文每张纸厚度为 mm。 3、如图所示,物体的长度应记作 cm。 4、给下面的测量数据填上适当单位 某同学身高是15.86 教室的黑板长度是33.5 课本纸张的厚度约为0.08 武汉长江大桥全长为1750。
5、某同学利用柔软棉线测出地图上长江长63.00cm,北京至郑州铁路线长6.95cm。经查书,长江实际长度为6300km。则此地图的比例尺为 ,北京至郑州实际铁路线长为。
6、下列单位换算的写法中正确的是:
A.12cm＝12×1/100＝0.12m B.12cm＝12cm×1/100=0.12m C.12cm＝12cm×1/100m＝0.12m D.12cm＝12×1/100m＝0.12m
7、给你一段涤良线（柔软、弹性较小的一种线）和一把刻度尺,你怎样测出如图所示曲线的长度？
8、如图，把金属块放入装有70cm3水的量筒内，量筒中水面如图2所示，则金属块的体积是cm3。
9、完成下列单位换算： （1）156cm=m=nm
（2）500mL=L
（3）300cm3=m3=mm3 补充资料
纳米材料的特殊性质
随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质。（1）特殊的光学性质 当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上，所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小，颜色愈黑，银白色的铂（白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于l％，大约几微米的厚度就能完全消光。利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等。（2）特殊的热学性质 固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。例如，金的常规熔点为1064C，当颗粒尺寸减小到10纳米尺寸时，则降低27℃，2纳米尺寸时的熔点仅为327C左右；银的常规熔点为670C，而超微银颗粒的熔点可低于100℃。因此，超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此时元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可用塑料。采用超细银粉浆料，可使膜厚均匀，覆盖面积大，既省料又具高质量。日本川崎制铁公司采用0．1～1微米的铜、镍超微颗粒制成导电浆料可代替钯与银等贵金属。超微颗粒熔点下降的性质对粉末冶金工业具有一定的吸引力。例如，在钨颗粒中附加0.1％～0.5％重量比的超微镍颗粒后，可使烧结温度从3000℃降低到1200～1300℃，以致可在较低的温度下烧制成大功率半导体管的基片。（3）特殊的磁学性质人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微的磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。磁性超微颗粒实质上是一个生物磁罗盘，生活在水中的趋磁细菌依靠它游向营养丰富的水底。通过电子显微镜的研究表明，在趋磁细菌体内通常含有直径约为2′10-2微米的磁性氧化物颗粒。小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料显著的不同，大块的纯铁矫顽力约为80安／米，而当颗粒尺寸减小到2′10-2微米以下时，其矫顽力可增加1千倍，若进一步减小其尺寸，大约小于6′10-3微米时，其矫顽力反而降低到零，呈现出超顺磁性。利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，已作成高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等。利用超顺磁性，人们已将磁性超微颗粒制成用途广泛的磁性液体。
二、物体的质量及其测量
教学目标
知识目标：
1.初步认识质量的概念。
2.知道质量是物体的基本属性。
3.能对质量单位形成感性认识，会粗略估计常见物体的质量。
4.会正确使用托盘天平测量固体和液体的质量。
教学重点：使用托盘天平测量质量。
教学难点：质量的概念和质量是物体的属性比较抽象；托盘天平的使用方法和注意事项。[来源:学。科。网]
教具准备
托盘天平、砝码等。
教学过程
一、情景引入
明确两个概念：物体和物质。
物体：我们常见的具体的实物都是物体。
物质：是指组成物体的材料。
例如：一把椅子和一张桌子。
1．椅子是一个物体，桌子也是一个物体，它们都是由木材组成的。
2．椅子、桌子都叫做物体，木材就是组成它们的物质。
那么下面我们再来观察几组物体，请同学们注意比较（课本插图）。
二、新课教学
探究点一 物体的质量
1.交流讨论：学生对上面“问题导入”中的问题进行交流、讨论，在教师引导下形成以下认识：
(1)铁钉和铁锤为一类，它们都是铁制成的；木板和米尺为一类，它们都是木材加工成的。
(2)一把铁锤和一颗铁钉都是由铁这一种物质构成的，但两者所含铁这种物质的多少不同，一把铁锤比一颗铁钉所含的铁多；一块木板和一把教学用木制米尺都是由木材这一种物质构成的，但两者所含木材这种物质的多少不同，一块木板比一把教学用木制米尺所含的木材多。
归纳总结：(1)铁钉和铁锤、木板和米尺，我们都把它们称为物体。构成这些物体的铁、木材，我们都把它们称为物质。从上面的例子我们可以看出物体是由物质组成的。
(2)在物理上为了描述物体所含物质的多少引入质量概念，物理学中把物体所含物质的多少叫做质量。质量通常用字母m表示。
拓展教学：要注意“物质”和“物体”的区别。物体有一定的形状，占据一定的空间，是有体积和质量的实物。物质是构成物体的材料。例如：桌子是物体，构成桌子的物质是木材，还可以是铁。再例如：大小两个铁球是由铁这种物质构成，而质量代表这种物质的多少，大铁球的质量就大于小铁球的质量。“质”指物质，“量”是物质的多少的意思。
有了质量的概念，就可以对各种不同的物体所含物质的多少进行比较。如在日常生活中人们去粮店买米，告诉营业员自己要买多少米，实际上他表达的是质量的大小。物理学中的“质量”与日常生活中表示产品优劣的那个“质量”含义是完全不同的。
2.物体的质量不会
探究点二 质量的单位
提出问题：你知道哪些质量的单位？它们之间的换算关系是怎样的？
讨论总结：国际单位制中，质量的基本单位是千克，符号是kg。常用的质量单位还有克(g)、毫克(mg)、吨(t)。它们的换算关系是：1 kg＝103 g，1 mg＝10－3 g＝10－6 kg，1 t＝103 kg
生活中常用的单位有：公斤、斤、两，1千克＝1公斤＝2斤＝20两。
要衡量质量的大小，首先要规定一个标准——单位。
完成课本上的练习题。学生通过较熟悉的一些实物的质量与一些质量单位近似比较，来帮助学生形成较为具体的认识。
探究点三 学习使用天平测量物体的质量
1．认识托盘天平的构造和天平使用注意事项。
教师引导：教师播放课件，学生观察，认识托盘天平和物理天平的主要构造。
交流总结：
(1)平衡螺母：用来调节天平横梁平衡；
(2)指针和分度盘：判断天平是否平衡，可以根据指针在分度盘上左右摆动幅度是否相等来判断，而不必等到指针完全停止摆动，只要摆动幅度相同即可；
(3)标尺、游码、砝码：指示所称物体质量。
教师引导：自学课本113到114页得内容，讨论使用天平为什么这样要求？
交流总结：使用托盘天平的注意事项：
(1)防止损伤：被测物体的质量不能超过天平的称量；往盘里增减砝码时要轻拿轻放，用后及时将砝码放回砝码盒里。
(2)防止锈蚀：要保持天平干燥、清洁；不要用手摸天平盘，不准把潮湿的东西或化学药品直接放在天平盘里；砝码要用镊子夹取，不准直接用手拿。
2．学生实验——用天平测量固体和液体质量
分组实验：让学生边操作边思考：你所用的天平有没有检查天平底座是否水平的装置？应怎样调平？你的天平的平衡螺母安装在什么位置？如果指针偏左，应该向哪个方向旋动平衡螺母？这样，学生通过观察和分析，在操作体验的基础上体会天平的操作程序和规则，就明白并学会了如何用天平称量质量。
交流总结：
托盘天平的使用方法：
(1)把天平放在水平台面上；
(2)把游码放在标尺左端的零刻度线处，调节横梁上的平衡螺母，使横梁平衡；
(3)将被测物体轻放在左盘上，估测物体的质量，将适当的砝码用镊子夹取轻放在右盘上，增减砝码，并移动标尺上的游码，直到横梁恢复平衡(千万注意：此时不能调节平衡螺母使横梁平衡！)；
(4)算出右盘中砝码的总质量，再加上游码所对的刻度表示的质量，即得出左盘中被测物体的质量。
测量液体的质量的步骤：
(1)用天平称出容器的质量m1。
(2)将容器注入适量的液体后，用天平称出液体和容器的总质量m2。
(3)液体的质量m液＝m2－m1。
注意：如果先测容器与液体的总质量，倒出液体后再测容器的质量，那么由于容器内还有残留的液体，测量误差就较大，因此这种方法一般不可取。
探究点四 质量是物体的基本属性
实验探究：
1．用天平称量一块橡皮泥的质量。把橡皮泥捏成其他形状后再称一称，它的质量会改变吗？
2．一块冰放在杯子中，用天平测量其质量。待冰熔化成水后再测量一次，看冰化成水后的质量有没有变化。
3．用天平称量室温下的铁块质量。把这个铁块放在沸水中煮一段时间，取出擦干再称一称。看它的质量有没有改变？
4．科学家发现，地球上的物体被宇航员带到太空后，质量没有变化。
实验总结：物体的质量不会随物体的形状、状态、温度、位置的变化而变化。只要物体中含有物质的多少不变，它的质量就不变，质量是物体的基本属性。
三、板书设计
第五章 我们周围的物质
5.1 物体的质量
质量eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(概念,单位及单位换算,测量(天平)\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(构造,调节,使用))))w w w .x k b 1.c m
b 1.c m
四、教学反思
本节课的主要教学内容是质量的初步概念、单位及其换算和托盘天平的使用方法。在完成知识与技能目标上也是按照这个顺序来进行的，通过讲解、设疑、自学、小组讨论，使同学们认识质量的概念和质量是物体本身的一种性质，它不随物体的位置、形状、状态而改变，以及常见的测质量的仪器。通过观察、讲解、示范操作，学生亲自操作，让学生认识天平的结构，学会托盘天平的使用方法。这种教学设计基础夯实有力，有利于学生学习掌握知识。本节课在完成过程与方法目标上，关注学生生活，以生活中的现象为切入点，让生活走进物理。



三、学生实验： 探究--物质的密度
第一课时
教学目标
知识目标：
1.经历密度概念建立的过程，领会用比值定义物理量的方法。
2.理解密度的定义、公式和单位。
3.会进行密度单位的换算。
教学重点：探究物体的质量与体积的关系。
教学难点：密度是物质的一种特性。
教具准备
实验器材(天平，砝码，长方体蜡块、木块、铁块、铝块)、文本、图片或音视频资料；自制PPT课件。
教学过程
一、情景引入
播放有关大型飞机的图片，提出问题：
1．如果你是设计师，在设计制造飞机时，你会选择什么样的材料？你为什么选择这些材料？
2．有同学说，“铁块比木块重”这句话对吗？
通过交流讨论，使学生认识到，不同的物质即使体积相同，质量也不一样，并由此引出同种物质的质量与体积之间有什么关系这个课题。
二、新课教学
探究点一 探究物质的质量与体积的关系
学生实验：调节好天平，用天平称量体积相同的木块、铝块、铁块。看看它们的质量是否相同？
实验结论：体积相同的不同物质，它们的质量不同。
提出问题：如果同种物质，体积不相等，质量还相等吗？将两个木块分别放在天平的两盘中，这两个木块哪个质量大？同一种物质，体积大的质量大，体积小的质量小。这仅仅是质量跟体积的粗略关系，同种物质的质量跟体积有什么准确的数量关系呢？(渗透由粗略到精确，定量研究物理规律的方法。)
设计实验：要研究质量跟体积的数量关系，首先要把质量、体积的数值测出来。质量用天平测量；体积可以先用刻度尺测量出长、宽、高，然后根据长方体体积＝长×宽×高进行计算。为了便于记录和分析测得的数据，我们需要设计一个表格。
进行实验：用质量不同、形状规则的长方体的石蜡块和干松木块为研究对象，把它们的质量和对应的体积填入下表。新 -课- 标-第 -一-网
数据处理：我们以体积V为横坐标，以质量m为纵坐标，在方格纸上描点，再把这些点连起来，会得到如图所示的图象。
实验结论：同一种物质的质量跟体积成正比，即质量跟体积的比值是一定的。
探究点二 密度
教师引导：物质相同，质量跟体积的比值相同，物质不同，其质量跟体积的比值一般不同，就是说质量跟体积的比值与物质的种类有关，质量跟体积的比值反映了不同物质的不同性质，在物理学里用密度来表示物质的这种性质。
交流总结：
1．定义：某种物质组成的物体的质量与它的体积之比叫做这种物质的密度。用符号ρ表示。
2．计算公式：密度＝ ρ＝
符号的意义及单位：
ρ——密度——千克每立方米(kg/m3)
m——质量——千克(kg)
V——体积——立方米(m3)
3．单位换算 1 g/cm3＝1×103 kg/m3
要点辨析：对于公式ρ＝的理解：
(1)由同种物质组成的物体，体积大的质量大，物体的质量跟它的体积成正比，质量和体积的比是一个定值(即密度不变)。w W w .x K b 1.c M
(2)由不同物质组成的物体，在体积相同的情况下，密度大的质量大，物体的质量跟它的密度成正比。
(3)由不同物质组成的物体，在质量相同的情况下，密度大的体积反而小，物体的体积跟它的密度成反比。
4. 利用公式ρ＝，会进行简单的计算。
三、板书设计
第2节 密度
密度eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(探究：同种物质的质量与体积的关系,概念：单位体积某种物质的质量,公式：ρ＝m/V,单位：kg/m3 g/cm3 1 g/cm3＝1×103 kg/m3,物理意义：))
四、教学反思
由于是概念教学，物理概念的建立要符合学生的认知规律和生活经验，避免密度把密度概念直接灌输和强加给学生，依据建构主义的学习理论和教学心理学原理，在密度概念教学过程中，应通过形象化的实验，充分发挥学生主动探究的积极性，引导学生在合作探究、小组讨论的过程中自主建构密度概念，教师仅仅是学生概念学习的引导者、促进者和帮助者。为此，本节课采用“科学探究小组合作”的教学模式。
四、 新材料及其应用
教材分析
本节内容的安排主要是让学生感受到时代科技发展的脉搏，形成并保持积极向上的精神状态，初步认识科技发展对人类社会发展所产生的影响，激发学生的学习兴趣，增强学生的科技意识，鼓励学生努力学习，力争将来能在新材料的开发和应用上做贡献，有对国家和人民的使命感和责任感，对于知识方面不做具体的要求。
教材上所涉及到的知识也只是起到一个抛砖引玉的作用，对新材料的认识还给同学和老师留了很广阔的空间，搜集资料的过程和同学们交流的过程是本节课的关键．在内容的实施过程中，老师对学生的活动过程的监控就显得非常重要，及时发现学生准备过程中的问题，既保证了交流活动的顺利进行，也在过程培养了学生有计划完成调查研究的科学素养．教师在这节课中重点突出了引导者的角色和参与者的角色。
教学目标：
知识目标 ：
1、了解纳米材料、“绿色能源”和记忆合金等新材料在现代科技、工农业生产和日常生活中的应用。
2、了解其它新材料的有关应用，培养收集整理信息的能力。
能力目标 ：
1、通过利用不同的渠道收集信息，体验收集整理信息的过程．尝试一种新的学习方法。 2、通过研究小组交流调查、研究结果，了解新材料的广泛应用和未来发展前景。
素养目标 ：
1、通过了解新材料的应用，初步认识科技对现代社会生活的影响，引导学生关心社会发展。
2、通过学习新材料的有关知识，了解科技为人类带来的便利，提高学生学习科学的兴趣。 3、培养学生乐于参加调查、收集资料等社会实践活动的品质．在合作中培养协作精神。 教学重点：对学生收集、整理信息的过程的指导
教学难点：对学生整理信息、加工信息的指导以及交流过程的指导 教学方式：教师指导下学生自主学习
课前准备：课前布置学生上网查询有关资料
提出问题：提前两周向学生提供如下的调查研究的问题，要求学生完成调查报告．问题如下：
1.纳米技术、 2.记忆合金、
3.单晶硅、多晶硅（太阳能电池），太阳能电池； 4.钕铁硼材料；液晶材料； 5.防弹衣、贫铀弹、不锈钢；
6.高温超导陶瓷、航天飞机、宇航服、合成材料、稀土材料； 7.交通标志和反光涂料、光导纤维、光缆；
以下此表格可作为参考，但又不拘一格，从以下几个方面来了解新材料 材料的名称 起源 性质 特点 属性 应用 发展方向 前景展望
分工合作：
由于内容太多，对所有的同学来说，不可能在有限的时间内把所有的以上涉及的材料都查找清楚，为避免学生在自由组合过程中将一些比较内向的同学遗漏，采取按教室里的座位分成6组可7组，由学生自己选出组长，每组认领课题可以是上面的问题，也可以是与新材
料有关的其李课题。指导学生利用互联网、图书馆、音像、报刊杂志等各种渠道收集与研究问题有关的资料。选出全班总活动的主持人。
教学过程：
在课堂上每组派一名代表向同学汇报．可以借助幻灯片等软件的方式汇报，可以用实物演示，可以演讲。每组成员汇报完毕，下面的同学可以提问、质疑。
评价的标准：评价可有教师评价和学生评价两种方式．可以设单项评奖，也可综合评奖或以学生选票的方式评出以下几种奖项；例如：材料最详实的，讲解最深入浅出的（能让同学听懂的），讲解最清楚的„„
交流、学习
学生做主持，各组选派代表汇报本组的调查情况．最后教师对整个活动做简要概括。 资料的内容见媒体素材．
为了更充分地调动全体学生的参与意识，特设置以下表格，使学生更好地完成任务。表格如下：
奖项 组 最佳组织奖 最佳风采奖 最佳制作奖 最佳
想象奖
最佳深入浅出奖 最佳
内容丰富
奖
1 2 3 4 5 6 7 参考资料 太阳能的利用
人类生存和发展基本上依赖于太阳能，地球上除了核能以外，其他各种形式的能源，包括化石燃料（煤、石油、天然气等）能、生物质能（柴草、树木等）、风能、水力能、潮汐能和海洋能等都起源于太阳能。地球表面上每年所接受的太阳辐射能，大约是目前人类全年所消耗能量的1—2万倍。太阳能起源于太阳内部物质在高温、高压状态下的聚变反应。据推算，太阳这个巨型聚变反应球还可能维持100亿年以上。地球上常规能源的储量被大量开发而迅速减少，促使人们更加重视太阳能的利用。二十世纪五十年代中期，各国政府和广大科技工作者开始有计划有组织进行太阳能利用的研究工作，目前，很多方面已经得到实际应用并且已经形成产业，不仅且有巨大的社会效益，同时也具有很大的经济效益。太阳能的优越性还在于它不需要开采和运输，干净清洁，不会造成污染。太阳能必将逐步取代常规能源，同核能一起成为未来人类社会两大主要能源。
我国的太阳能利用起步于二十世纪七十年代，主要是光热、光电转换方面的利用。在光热转换方面，全国拥有太阳灶十几万台，居世界第一位，转换器的性能和使用效果居发展中国家前列。热水器超过了150万平方米，被动式太阳房已建成上千幢。在光电转换方面，近年来主攻方向是研制各种太阳能电池，通过自身开发和引进生产线，目前已开成（3。5～4。0）兆瓦的生产能力，转换效率达到10％。
纳米塑料
所谓“纳米塑料”是指无机填充物以纳米尺寸分散在有机聚合物基体中形成的有机／无机纳米复合材料。在纳米复合材料中，分散相的尺寸至少在一维方向小于100nm。由于分散性的纳米尺寸效应、大比表面积和强界面结合，纳米复合材料具有一般工程塑料所不具备的优异性能，因此是一种全新的高技术新材料，具有广阔的商业开发和应用前景。
经济实用的制备工艺
纳米塑料中用作纳米无机相材料的蒙脱土(MMT)，是我国丰产的一类天然粘土矿物，是一种层状硅酸盐。其结构片层是纳米尺度的，包含有三个亚层，在两个硅氧四面体亚层中间夹含一个铝氧八面体亚层。亚层之问通过共用氧原子以共价键连接、结合极为牢固。整个结构片层约厚1nm，长宽约100nm，由于铝氧八面体亚层中的部分铝原子被低价原子取代，片层带有负电荷。过剩的负电荷靠游离于层间的Na、Ca和Mg等阳离子平衡，因此容易与烷基季铵盐或其它有机阳离子进行离子交换反应生成有机化蒙脱土，交换后的蒙税土成亲油性，并且层间的距离增大。有机蒙脱土能进一步与单体或聚合物熔体反应，在单体聚合或聚合物熔体混合的过程中剥离为纳米尺度的结构片层，均匀分散到聚合物基体中，从而形成纳米塑料。这种插层复合技术是基于在传统工艺基础上的技术革新，不需要新的高昂设备投资，工艺简单，操作方便，环境友好，特别适合于聚合物改性，容易实现工业化生产。可以根据要求提供多种规格的纳米土和设计、制造纳米塑料生产线。
优异的物理力学性能 高强度和耐热性
插层复合技术能够实现有机物基体与天机物分散相在纳米尺度上的复合，所得的纳米塑料能够将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、可加工性及介电性完美地结合起来。纳米塑料中含蒙脱土量较少，一般在10wt。％以下，通常仅3－5wt。但其刚性、强度、耐热性等性能与常规玻纤或矿物填充增强复合材料(填充量30wt％左右甚至更高)相当，因而纳米塑料的比重较低，比强度和比模量高而又不损失其抗冲击强度。能够有效地降低制品重量，方便运输。同时，由于纳米粒子尺寸小于可见光波长，纳米塑料具有高的光泽和良好的透明度。
高阻隔及自熄灭性
纳米技术在医学上的应用 随着纳米技术的发展，在医学上该技术也开始崭露头脚。研究人员发现，生物体内的RNA蛋白质复合体，其线度在15~20nm之间，并且生物体内的多种病毒，也是纳米粒子。10nm以下的粒子比血液中的红血球还要小，因而可以在血管中自由流动。如果将超微粒子注入到血液中，输送到人体的各个部位，作为监测和诊断疾病的手段。科研人员已经成功利用纳米SiO2微粒进行了细胞分离，用金的纳米粒子进行定位病变治疗，以减少副作用等。另外，利用纳米颗粒作为载体的病毒诱导物已经取得了突破性进展，现在已用于临床动物实验，估计不久的将来即可服务于人类。
研究纳米技术在生命医学上的应用，可以在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的关系，获取生命信息。科学家们设想利用纳米技术制造出分子机器人，在血液中循环，对身体各部位进行检测、诊断，并实施特殊治疗，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物，甚至可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。这样，在不久的将来，被视为当今疑难病症的爱滋病、高血压、癌症等都将迎刃而解，从而将使医学研究发生一次革命。
纳米技术在陶瓷领域方面的应用
陶瓷材料作为材料的三大支柱之一，在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。但是，由于传统陶瓷材料质地较脆，韧性、强度较差，因而使其应用受到了较大的限制。随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，希望以此来克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性。英国材料学家Cahn指出纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。
所谓纳米陶瓷，是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料，也就是说晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上。要制备纳米陶瓷，这就需要解决：粉体尺寸形貌和粒径分布的控制，团聚体的控制和分散，块体形态、缺陷、粗糙度以及成分的控制。
Gleiter指出，如果多晶陶瓷是由大小为几个纳米的晶粒组成，则能够在低温下变为延性的，能够发生100%的范性形变。并且发现，纳米TiO2陶瓷材料在室温下具有优良的韧性，在180℃经受弯曲而不产生裂纹。许多专家认为，如能解决单相纳米陶瓷的烧结过程中抑制晶粒长大的技术问题，从而控制陶瓷晶粒尺寸在50nm以下的纳米陶瓷，则它将具有的高硬度、高韧性、低温超塑性、易加工等传统陶瓷无与伦比的优点。上海硅酸盐研究所在纳米陶瓷的制备方面起步较早，他们研究发现，纳米3Y-TZP陶瓷(100nm左右)在经室温循环拉伸试验后，在纳米3Y-TZP样品的断口区域发生了局部超塑性形变，形变量高达380%，并从断口侧面观察到了大量通常出现在金属断口的滑移线。Tatsuki等人对制得的Al2O3-SiC纳米复相陶瓷进行拉伸蠕变实验，结果发现伴随晶界的滑移，Al2O3晶界处的纳米SiC粒子发生旋转并嵌入Al2O3晶粒之中，从而增强了晶界滑动的阻力，也即提高了Al2O3-SiC纳米复相陶瓷的蠕变能力。
虽然纳米陶瓷还有许多关键技术需要解决，但其优良的室温和高温力学性能、抗弯强度、断裂韧性，使其在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等诸多方面都有广泛的应用，并在许多超高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作用，具有广阔的应用前景。
纳米材料的特性
1、纳米材料的表面效应
纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化，粒径在10nm以下，将迅速增加表面原子的比例。当粒径降到1nm时，表面原子数比例达到约90%以上，原子几乎全部集中到纳米粒子的表面。由于纳米粒子表面原子数增多，表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很高的化学活性。
2、纳米材料的体积效应
由于纳米粒子体积极小，所包含的原子数很少，相应的质量极小。因此，许多现象就不能用通常有无限个原子的块状物质的性质加以说明，这种特殊的现象通常称之为体积效应。其中有名的久保理论就是体积效应的典型例子，久保理论是针对金属纳米粒子费米面附近电子能级状态分布而提出的。久保把金属纳米粒子靠近费米面附近的电子状态看作是受尺寸限制的简并电子态，并进一步假设它们的能级为准粒子态的不连续能级，并认为相邻电子能级间距δ和金属纳米粒子的直径d的关系为：
δ=4EF/3N ∞ V-1 ∞ 1/d3
其中 N为一个金属纳米粒子的总导电电子数，V为纳米粒子的体积；EF为费米能级。随着纳米粒子的直径减小，能级间隔增大，电子移动困难，电阻率增大，从而使能隙变宽，金属导体将变为绝缘体。
3 纳米材料的量子尺寸效应
当纳米粒子的尺寸下降到某一值时，金属粒子费米面附近电子能级由准连续变为离散能级；并且纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据的分子轨道能级和最低未被占据的分子轨道能级，使得能隙变宽的现象，被称为纳米材料的量子尺寸效应。在纳米粒子中处于分立的量子化能级中的电子的波动性带来了纳米粒子的一系列特殊性质，如高的光学非线性，特异的催化和光催化性质等。当纳米粒子的尺寸与光波波长，德布罗意波长，超导态的相干长度或与磁场穿透深度相当或更小时，晶体周期性边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近的原子密度减小，导致声、光、电、磁、热力学等特性出现异常。如光吸收显著增加，超导相向正常相转变，金属熔点降低，增强微波吸收等。利用等离子共振频移随颗粒尺寸变化的性质，可以改变颗粒尺寸，控制吸收边的位移，制造具有一定频宽的微波吸收纳米材料，用于电磁波屏蔽、隐型飞机等。
由于纳米粒子细化，晶界数量大幅度的增加，可使材料的强度、韧性和超塑性大为提高。其结构颗粒对光，机械应力和电的反应完全不同于微米或毫米级的结构颗粒，使得纳米材料在宏观上显示出许多奇妙的特性，例如：纳米相铜强度比普通铜高5倍；纳米相陶瓷是摔不碎的，这与大颗粒组成的普通陶瓷完全不一样。纳米材料从根本上改变了材料的结构，可望得到诸如高强度金属和合金、塑性陶瓷、金属间化合物以及性能特异的原子规模复合材料等
北师大版八年级上册物理教案
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新一代材料，为克服材料科学研究领域中长期未能解决的问题开拓了新的途径。
载人航天与太空碎片
太空碎片是指人类的太空活动过程中遗留在太空的废弃物，从航天飞机的飞行实践和国际空间站为时不长的飞行记录来看，太空碎片的问题已经不容忽视了，特别是载人航天，随着我国载人航天技术的突破，长期的载人航天势在必行，太空碎片的防护研究也应及早进行。太空碎片对所有的航天器都有破坏作用，载人航天器更需要防护，原因如下：
“人”是最宝贵的，也是最脆弱的 载人航天器的最大特点就是有“人”，而“人”是最宝贵的，也是最脆弱的，其价值是所有其他航天器所无法比拟的，它需要的环境条件也远远超过其他航天器，载人航天需要有更高的可靠性，这是无庸置疑的。如果说目前的太空碎片对一般航天器造成的威胁还能承受的话，对载人航天来说就已经是必须采取措施了。
载人航天器是大型航天器
因为宇航员必须带有生命保障系统，宇航员还需要有一定的活动空间，所以载人航天器的体积一般都比较大，现在航天飞机的尺度在数十米，空间站的尺度在数百米的量级。而我们知道太空碎片造成的风险是与航天器的面积（尺度的平方）成正比的，面积越大，受太空碎片碰撞的概率也越大。
载人航天器是复杂和易损的
载人航天器除了要具备一般航天器所具备的功能以外，它还需要保证宇航员的生命和健康，为宇航员的工作提供必要的条件。因此载人航天器比一般的卫星更为复杂，需要采用更多的新技术，这不可避免地使它更容易受到损坏。
载人航天器有密封加压舱
在宇航员生活、居住的舱段里，需要为宇航员营造一个与地面相近的舒适的环境，必定要有一个大气环境，气压接近一个大气压。而太空碎片打在舱壁上造成的直接后果是穿孔，它将立即造成舱内大气迅速向外泄漏，直接威胁宇航员的生命安全。它比不充加压气体的航天器更容易受到太空碎片的损伤。
载人航天器需要及时抢修
随着航天技术的发展，在太空对航天器进行维修将越来越普遍，但往往需要较长的等候时间，这对一般的应用卫星来说是不成问题的，但是对载人航天器来说，一旦受到损伤就必须立即抢救，时间就是生命，给抢救工作带来很大的困难，事后抢救的困难转嫁到事前防范工作的加强上，更需要周密细致的防范。
载人航天器在低高度上运行
为了避开地球辐射带对航天器的辐射效应，载人航天的轨道一般选择在低地球轨道上，虽然它不是太空碎片最密集的区域，但是太空碎片的密度仍然很大。而且由于大气的作用，所有轨道比它高的碎片最后都要通过它飞行的高度并最后陨落。最近在考虑减少太空碎片影响的措施时，还有人提出工作任务完毕的航天器要“离轨”，方向之一就是将这些航天器的轨道降低到寿命较短的轨道上来，就是说将它们移到低高度轨道上来，这必然要增加低高度上的太空碎片密度，增加在这个轨道上运行的载人航天器的风险。
载人航天器将在太空长期飞行
空间站是今后载人航天的重要形式，它的特点是将在太空长时间运行，在轨道上运行的时间将在十余年到数十年之间。航天飞机每次飞行的时间虽然都不长，但多次反复使用的结果，一艘航天飞机总的飞行时间积累也将很长。而太空碎片的威胁是和运行时间成正比的，这也是载人航天更需要考虑太空碎片防护的重要原因。
太空碎片的研究工作是十分广泛的，与载人航天项目关系最密切，需要载人航天项目支持的有：
1、载人航天器运行轨道附近的太空碎片模式； 2、太空碎片模式必须能给出运行轨道。实验次数x_k_b_1
石蜡块w w w .x k b 1.c m[来源:学+科+网Z+X+X+K]
干松木块x k b 1 . c m
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