【教学设计】《材料的开发和利用》（物理沪科九年级全一册）

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1、《材料的开发和利用》◆教材分析本节课以“材料”为线索，内容主要有三部分：材料与社会、材料的导电性和开发新材料。根据课程“从生活走向物理，从物理走向社会”的基本理念，引导学生从身边认识各种材料，让学生觉得物理就在身边，对物理产生亲切感。◆教学目标【知识与能力目标】1.了解材料在人类发展的历史进程中的作用；认识到合理利用资源，有效保护环境的重要性。2.知道导体、绝缘体、半导体导电性能的差异，知道半导体二极管的单向导电性。3.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。【过程与方法目标】通过探究实验认识导体、绝缘体、半导体二极管的电气特性；了解超导材料

2、与纳米材料的特性及应用前景。【情感态度价值观目标】了解半导体材料的广泛使用及其对科学、社会的促进作用。◆教学重难点◆【教学重点】知道导体、绝缘体、半导体导电性能的差异，知道半导体二极管的单向导电性。【教学难点】通过探究实验认识导体、绝缘体、半导体二极管的电气特性。◆课前准备◆电源、灯泡、导线、若干待测材料（如铜、铁、铝等导体，酸、碱、盐的水溶液，纯水、自来水，玻璃、橡胶、铅笔杆、塑料圆珠笔杆等）、接线板、接线柱（或带导线的金属夹）、开关、电阻、半导体二极管、光电二极管、热敏电阻、发光二极管、三极管及集成电路。酒精灯、电磁继电器◆教学过程一、创设情境，引入课题社会的发展带动了材料的研究和开发；新

3、材料的出现又促进了社会的发展，合理地利用资源，有效地保护环境是每个人应尽的义务。【设计意图】吸引学生的注意力，使其快速进入上课状态。二、进入新课1.材料与社会了解材料的发展过程2.材料的导电性（1）让学生读课本相关内容后填表导体绝缘体定义种类作用原因联系材料按导电性分为导体、半导体及绝缘体三大类。导电性介于导体和绝缘体之间，而且电阻随温度的增加而减小，这种材料叫做半导体。常见的半导体材料有：硅、砷化镓、锑化铟、锗等。（2）实验探究：物质的导电性仪器与器材：电源、灯泡、导线、带导线的金属夹(俗称鳄鱼夹)、待测材料如硬币、铅笔芯、水湿木材、橡皮擦，塑料尺等(可以用其他材料代替，另教师提供部分待测材

4、料)。实验参考电路，如图所示（3）导体和绝缘体并没有绝对界限如图甲，闭合开关灯不亮。用酒精灯给玻璃加热到红炽状态，小灯泡发光(如图乙)。玻璃在通常情况下是相当好的绝缘体。当对其加热到红炽状态时，小灯泡发光，表明玻璃变成导体了。2.半导体元件（1）展示各种半导体元件：半导体二极管、光电二极管、热敏电阻、发光二极管、三极管及集成电路等（2）演示实验：探究半导体二极管单向导电特性仪器与器材：电源、半导体二极管V、电阻R、灯泡、导线、接线板、接线柱。实验电路，如图所示步骤：(1)取一个电阻R和一个半导体二极管V，分别接成如图中(a)、(b)所示电路。闭合开关，观察灯泡发光情况。(2)把电池的正、负极互

5、相调换后，将变成如图中(c)、(d)所示的电路。闭合开关，观察灯泡发光情况。分析得出结论（3）半导体的应用演示实验：光控照明电路思路与技巧：根据光电二极管的特性，光照射光电二极管时，光电二极管导通，被控制的灯泡发光，此时的光电二极管相当于一个开关。其原理图如图甲。但光电二极管的工作电流较小，直接将光电二极管与灯泡串联，容易烧坏光电二极管；因此，电路设计应运用电磁继电器以小电流控制大电流。其设计图如图乙甲3.开发新材料(1)超导材料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：①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

6、超导性。②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。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，就形成了稳定的磁悬浮现象，超导材料的应用：①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。②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

7、损失，又提高了交通工具的运行速度和安全性能。(2)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。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：①纳米是长度单位，符号“nm”，1nm＝10-9m②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