八年级物理新材料及其应用

第四节新材料及其应用

教学目标

1、初步认识纳米材料的高科技应用。

2、常识性了解“绿色”能源。

3、常识性了解记忆合金在各种领域的应用

4、通过介绍一些新材料的应用，激发学生学习物理的热情，调动学习的积极主动性。教学重点

1、初步认识纳米材料的高科技应用。

教学难点

1、了解记忆合金的“记忆”能力。

学生课前准备

学生上网查找有关纳米材料的资料，并分类总结。

教学过程

一、纳米材料

21世纪是科技高速发展的一个世纪，其主要方向之一就是新材料的研制和应用。新材料的研究是人类对物质性质的认识和应用向更深层次的进军。

我们在本章开始的时候就学习了物质的尺度，知道了纳米这个单位。这个单位实在是太小了，过去我们在生活中没有关注它，但现在却成了人们谈论的热门话题。原因是人们发现，将某些物质的尺度加工到1～100nm，它们的物理性质或者化学性质与较大尺度时比，发生了异常的变化，这就称为纳米材料。一些新颖的纳米材料被应用到某些产品上，产生了神气的效果。

（投影）纳米材料的应用：

（1）洗衣机桶的表面上用了纳米尺度的氧化硅微粒和金属离子的组合，就具有抑制细菌生长的功能。

（2）普通领带的表面经过纳米方法处理后，会有很强的自洁性能，不沾水，也不沾油。

（3）用纳米陶瓷粉制成的陶瓷，具有一定的可韧性，用于制造发动机的缸体，汽车会跑的更快。

教师总结：纳米材料在高科技上还有很多应用，下面就由同学们来介绍吧，请同学们将昨天老师布置的要求你们上网查找有关纳米材料的资料拿出来。

学生发言并讨论。

教师总结，并对同学们的表现给予肯定和表扬。

二、“绿色”能源

人类一直在寻找各种高效和“绿色”的能源，新材料在这方面扮演了重要的角色。以电源为例，长期以来使用的干电池具有轻便的优点，但只能使用一次，丢弃后会污染环境；铅蓄电池能反复使用，但是又太笨重了。锂是密度最小的金属，只有0.534g/cm3,大约是铅的1/20、镍的1/16。用锂作电极制造出的锂离子电池,它具有体积小、质量轻、能够多次充电,对环境污染小等特点,已经被广泛地应用于移动通信、小型摄像机等设备上。并且完全不会造成污染。

我们在第一章的学习中认识了晶体,最初的光电池就是用硅的单晶体制造的,面积只能做到几十平方厘米。近年来开发的多晶硅和非晶硅材料,能够制造出大面积的太阳能电池,发电的效率提高、成本下降,1m3的面积可以提供100多瓦的电力。人造卫星离不开它，家庭生活中也可以使用它。

三、记忆合金

（播放录象）：科普博览会上的神奇金属花。

同学们刚才看到的这种金属花很奇特吧，它是根据什么道理制成的呢？

原来它的花瓣是用一种特殊的金属片——记忆合金制成的，它原本是开放的，后来被弯成合拢的，当用灯泡把它加热到一定的温度时，就自动恢复原状，表现了它具有“记忆”能力。

记忆合金的主要成分是镍和钛，它独有的物理特性是：当温度达到某一数值时，材料内部的晶体结构会发生变化，从而导致了外型的变化。

现在已经有多种形状的记忆合金医用支架，用于外科手术。还可以将记忆合金制成的弹簧安装在热水器的出水阀门内，当水温超过某一温度（例如80℃）时，弹簧自动伸长，将阀门关闭而停止出水，避免发生烫伤人的事故。

四、课堂小结

1、我们学习了纳米材料的高科技应用。

2、了解“绿色”能源和记忆合金。

五、布置作业

上网查找有关“绿色”能源和记忆合金的应用，并完成一篇小论文。

补充资料

神奇的记忆合金

1932年,瑞典人奥兰德在金镉合金中首次观察到"记忆"效应，即合金的形状被改变之后，一旦加热到一定的跃变温度时，它又可以魔术般地变回到原来的形状，人们把具有这种特殊功能的合金称为形状记忆合金。记忆合金的开发迄今不过20余年，但由于其在各领域的特效应用，正广为世人所瞩目，被誉为"神奇的功能材料"。

记忆合金在航空航天领域内的应用有很多成功的范例。人造卫星上庞大的天线可以用记忆合金制作。发射人造卫星之前，将抛物面天线折叠起来装进卫星体内，火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，只需加温，折叠的卫星天线因具有“记忆”功能而自然展开，恢复抛物面形状。

记忆合金在临床医疗领域内有着广泛的应用，例如人造骨骼、伤骨固定加压器、牙科正畸器、各类腔内支架、栓塞器、心脏修补器、血栓过滤器、介入导丝和手术缝合线等等，记忆合金在现代医疗中正扮演着不可替代的角色。

记忆合金同我们的日常生活也同样休戚相关。仅以记忆合金制成的弹簧为例，把这种弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，再放到冷水中，它会立即恢复原状。利用形状记忆合金弹簧可以控制浴室水管的水温，在热水温度过高时通过"记忆"功能，调节或关闭供水管道，避免烫伤。也可以制作成消防报警装置及电器设备的保安装置。当发生火灾时,记忆合金制成的弹簧发生形变，启动消防报警装置，达到报警的目的。还可以把用记忆合金制成的弹簧放在暖气的阀门内，用以保持暖房的温度，当温度过低或过高时，自动开启或关闭暖气的阀门。

作为一类新兴的功能材料，记忆合金的很多新用途正不断被开发，例如用记忆合金制作的眼镜架，如果不小心被碰弯曲了，只要将其放在热水中加热，就可以恢复原状。不久的将来，汽车的外壳也可以用记忆合金制作。如果不小心碰瘪了，只要用电吹风加加温

就可恢复原状，既省钱又省力，实在方便。