6.4探索新材料（教學(xué)設(shè)計）北師大版物理八年級下冊授課內(nèi)容授課時數(shù)授課班級授課人數(shù)授課地點(diǎn)授課時間設(shè)計意圖本節(jié)課旨在通過引導(dǎo)學(xué)生探索新材料，培養(yǎng)他們的觀察能力、實驗操作能力和創(chuàng)新思維。通過北師大版物理八年級下冊中“6.4探索新材料”這一章節(jié)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解新材料的特性和應(yīng)用，激發(fā)他們對物理學(xué)科的興趣，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。核心素養(yǎng)目標(biāo)分析培養(yǎng)學(xué)生對物質(zhì)世界的好奇心和探索精神，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。通過實驗探究新材料的特性和應(yīng)用，增強(qiáng)學(xué)生的實證意識和實踐能力。同時，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注材料科學(xué)的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任感。學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握了哪些相關(guān)知識：

學(xué)生在進(jìn)入本節(jié)課之前，已經(jīng)學(xué)習(xí)了基礎(chǔ)的物理知識和實驗操作技能，包括物質(zhì)的性質(zhì)、力與運(yùn)動的關(guān)系、簡單的物理實驗方法等。此外，他們可能對一些常見材料有一定的了解，如金屬、塑料等。

2.學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格：

八年級學(xué)生對物理學(xué)科普遍持有一定的興趣，尤其是在實驗操作和探索未知方面。他們的學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，能夠通過觀察、實驗和討論來獲取知識。學(xué)習(xí)風(fēng)格上，部分學(xué)生可能更傾向于動手操作和直觀體驗，而另一部分學(xué)生可能更傾向于理論學(xué)習(xí)和邏輯推理。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：

在探索新材料這一章節(jié)中，學(xué)生可能遇到的困難包括對新材料特性和應(yīng)用的理解不夠深入，實驗操作過程中可能出現(xiàn)的誤差和失敗，以及如何將理論知識與實際應(yīng)用相結(jié)合。此外，部分學(xué)生可能對抽象的科學(xué)概念感到困惑，需要教師引導(dǎo)和幫助。教學(xué)方法與策略1.采用講授與實驗相結(jié)合的教學(xué)方法，通過講解新材料的基本概念和特性，引導(dǎo)學(xué)生理解理論知識。

2.設(shè)計小組討論活動，讓學(xué)生分享對新材料應(yīng)用的看法，促進(jìn)思維碰撞和知識交流。

3.實施項目導(dǎo)向?qū)W習(xí)，讓學(xué)生分組設(shè)計并完成一個小型項目，如制作簡易材料測試器，以加深對新材料性能的理解。

4.利用多媒體展示新材料的應(yīng)用案例，增強(qiáng)學(xué)生的直觀感受和興趣。

5.鼓勵學(xué)生進(jìn)行角色扮演，模擬科學(xué)家進(jìn)行新材料的研究過程，提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新思維。教學(xué)過程一、導(dǎo)入新課

（教師）同學(xué)們，大家好！今天我們要一起探索一個既古老又充滿活力的領(lǐng)域——新材料。你們知道，材料是構(gòu)成世界的基礎(chǔ)，也是科技發(fā)展的基石。今天，我們將一起揭開新材料神秘的面紗，看看它們是如何改變我們的生活的。

（學(xué)生）老師，新材料聽起來很神奇，我們都很想了解。

二、新課講授

（教師）首先，我們來回顧一下我們已經(jīng)學(xué)過的物質(zhì)知識。物質(zhì)是由原子組成的，不同的原子組合成不同的物質(zhì)。那么，新材料是什么呢？新材料是指在傳統(tǒng)材料基礎(chǔ)上，通過特殊工藝或技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)生的新型物質(zhì)。

（學(xué)生）老師，新材料有什么特點(diǎn)呢？

（教師）新材料通常具有以下特點(diǎn)：優(yōu)異的性能、獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、廣泛的應(yīng)用。接下來，我們將通過幾個實例來了解這些特點(diǎn)。

三、實例分析

（教師）第一個實例是石墨烯。石墨烯是一種由單層碳原子組成的二維材料，它的強(qiáng)度是鋼的200倍，而重量只有鋼的1/6。這種材料在電子、能源、航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

（學(xué)生）哇，石墨烯真厲害！

（教師）第二個實例是納米材料。納米材料是指至少有一維在納米尺度（1-100納米）的材料。它們在催化、傳感器、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。

（學(xué)生）納米材料聽起來也很神奇，它們是如何工作的呢？

（教師）納米材料之所以神奇，是因為它們的特殊結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得它們具有獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，從而在各個領(lǐng)域發(fā)揮作用。

四、實驗探究

（教師）接下來，我們進(jìn)行一個簡單的實驗，來感受新材料的魅力。請大家拿出實驗材料，我們一起來做一個導(dǎo)電實驗。

（學(xué)生）好的，老師。

（教師）在實驗過程中，我會提問，請大家認(rèn)真觀察，積極回答。

（學(xué)生）明白了，老師。

五、小組討論

（教師）通過剛才的實驗，大家對新材料有了更直觀的認(rèn)識?，F(xiàn)在，請同學(xué)們分成小組，討論一下：新材料在我們的生活中有哪些應(yīng)用？它們是如何改變我們的生活的？

（學(xué)生）好的，我們開始討論。

（教師）請大家注意，討論過程中要積極發(fā)言，互相傾聽，共同完成討論報告。

六、總結(jié)與反思

（教師）同學(xué)們，今天我們學(xué)習(xí)了新材料的相關(guān)知識，了解了它們的特點(diǎn)和應(yīng)用。希望大家能夠認(rèn)識到，新材料的發(fā)展對于科技進(jìn)步和人類生活的重要性。

（學(xué)生）老師，我們學(xué)到了很多新知識，也感受到了新材料的神奇。

（教師）是的，新材料的發(fā)展前景廣闊，希望你們能夠保持對科學(xué)的熱愛，積極探索，為未來的科技發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

七、布置作業(yè)

（教師）今天的作業(yè)是：寫一篇關(guān)于新材料的小論文，題目自擬，要求結(jié)合實際，談?wù)勑虏牧显谀闵钪械膽?yīng)用。

（學(xué)生）好的，老師，我們一定認(rèn)真完成作業(yè)。

八、課堂小結(jié)

（教師）今天的課程到此結(jié)束，希望大家能夠?qū)⒔裉焖鶎W(xué)知識應(yīng)用到實際生活中，不斷探索，不斷進(jìn)步。

（學(xué)生）謝謝老師，我們明天見！教學(xué)資源拓展一、拓展資源

1.材料科學(xué)雜志：《材料科學(xué)進(jìn)展》、《材料導(dǎo)報》等，這些雜志提供了最新的材料科學(xué)研究成果，有助于學(xué)生了解材料科學(xué)的發(fā)展動態(tài)。

2.材料科學(xué)在線課程：例如，MITOpenCourseWare上的《材料科學(xué)與工程導(dǎo)論》課程，學(xué)生可以通過在線學(xué)習(xí)，更深入地理解材料的基本原理和應(yīng)用。

3.材料數(shù)據(jù)庫：如ASMInternational的MaterialsDatabase，提供了廣泛的材料屬性和性能數(shù)據(jù)，學(xué)生可以查詢特定材料的詳細(xì)信息。

二、拓展建議

1.閱讀材料科學(xué)前沿論文：鼓勵學(xué)生閱讀最新的材料科學(xué)論文，了解新材料的研究進(jìn)展和未來趨勢。

2.參觀材料實驗室：組織學(xué)生參觀材料科學(xué)實驗室，讓學(xué)生親身體驗材料科學(xué)研究的實際過程。

3.參與科學(xué)競賽：鼓勵學(xué)生參加如全國青少年科技創(chuàng)新大賽等與材料科學(xué)相關(guān)的競賽，提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新思維。

4.開展小課題研究：引導(dǎo)學(xué)生選擇感興趣的新材料，進(jìn)行小課題研究，如研究某種新材料的制備方法或應(yīng)用前景。

5.觀看科普視頻：推薦學(xué)生觀看《物質(zhì)科學(xué)大觀》等科普視頻，以生動形象的方式了解材料科學(xué)的基本概念和應(yīng)用。

6.學(xué)習(xí)材料測試方法：介紹一些基本的材料測試方法，如拉伸試驗、沖擊試驗等，讓學(xué)生了解如何評估材料的性能。

7.探索材料的歷史：通過學(xué)習(xí)材料的歷史，了解不同材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，增強(qiáng)學(xué)生對材料科學(xué)的興趣和責(zé)任感。

8.分析材料在環(huán)境中的作用：探討材料在環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展中的作用，如新型環(huán)保材料的研發(fā)和應(yīng)用。

9.了解材料在藝術(shù)中的應(yīng)用：介紹材料在藝術(shù)創(chuàng)作中的應(yīng)用，如玻璃藝術(shù)、陶瓷藝術(shù)等，拓寬學(xué)生的視野。

10.關(guān)注材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用：探討新材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用，如輕質(zhì)高強(qiáng)度的合金材料，激發(fā)學(xué)生對科技的興趣。典型例題講解1.例題：

已知一塊石墨烯材料的厚度為0.335納米，求其體積密度。

解題思路：

-首先計算石墨烯材料的體積，假設(shè)石墨烯為無限薄層，體積可以視為二維平面。

-使用公式計算體積密度，即體積除以面積。

解答：

-假設(shè)石墨烯材料的厚度為t=0.335納米。

-體積V=t*A，其中A為面積。

-由于厚度極小，面積A可以近似為石墨烯的長度乘以寬度。

-假設(shè)石墨烯的長度L和寬度W分別為100微米和50微米。

-轉(zhuǎn)換單位：L=100微米=100*10^-6米，W=50微米=50*10^-6米。

-A=L*W=(100*10^-6)*(50*10^-6)平方米。

-V=t*A=(0.335*10^-9)*(100*10^-6)*(50*10^-6)立方米。

-V=1.675*10^-14立方米。

-體積密度ρ=V/A=(1.675*10^-14)/((100*10^-6)*(50*10^-6))千克/立方米。

-ρ≈3.35*10^-11千克/立方米。

2.例題：

某納米材料的比表面積為500平方米/克，求其表觀密度。

解題思路：

-利用比表面積和體積的關(guān)系計算納米材料的體積。

-通過體積和質(zhì)量的比值得到表觀密度。

解答：

-假設(shè)納米材料的質(zhì)量為m=1克。

-比表面積S=500平方米/克。

-體積V=m/S。

-V=1/500立方米。

-V=0.002立方米。

-假設(shè)納米材料的密度為ρ=2克/立方厘米（即2000千克/立方米）。

-表觀密度ρ'=m/V。

-ρ'=1/0.002千克/立方米。

-ρ'=500千克/立方米。

3.例題：

某新型合金材料的熔點(diǎn)為1500攝氏度，求其在1000攝氏度時的理論強(qiáng)度。

解題思路：

-利用材料強(qiáng)度與熔點(diǎn)的關(guān)系，通過理論公式計算合金材料的強(qiáng)度。

解答：

-理論強(qiáng)度公式：σ=K*(T-Tm)/Tm，其中σ為強(qiáng)度，K為常數(shù)，T為當(dāng)前溫度，Tm為熔點(diǎn)。

-假設(shè)常數(shù)K為0.1（具體值取決于材料），T=1000攝氏度，Tm=1500攝氏度。

-σ=0.1*(1000-1500)/1500。

-σ=0.1*(-500)/1500。

-σ=-0.0333（由于強(qiáng)度不可能為負(fù)值，此處表示強(qiáng)度隨溫度降低而減小）。

-取正值，理論強(qiáng)度σ≈0.0333*1500。

-σ≈50兆帕斯卡。

4.例題：

一塊碳納米管復(fù)合材料在室溫下的彈性模量為2.0*10^11帕斯卡，求其在500攝氏度時的彈性模量變化百分比。

解題思路：

-利用溫度對彈性模量的影響系數(shù)，計算彈性模量的變化百分比。

解答：

-假設(shè)彈性模量隨溫度變化的關(guān)系為E=E0*(1-α*ΔT)，其中E為溫度T下的彈性模量，E0為室溫下的彈性模量，α為溫度系數(shù)，ΔT為溫度變化。

-假設(shè)溫度系數(shù)α為0.01，ΔT=500-20=480攝氏度（室溫通常取20攝氏度）。

-E=2.0*10^11*(1-0.01*480)。

-E=2.0*10^11*(1-4.8)。

-E=2.0*10^11*0.952。

-E≈1.904*10^11帕斯卡。

-彈性模量變化百分比=[(E0-E)/E0]*100%。

-彈性模量變化百分比=[(2.0*10^11-1.904*10^11)/2.0*10^11]*100%。

-彈性模量變化百分比≈5.2%。

5.例題：

一塊陶瓷材料在常壓下的斷裂伸長率為3%，求其在1GPa壓力下的斷裂伸長率變化百分比。

解題思路：

-利用斷裂伸長率與壓力的關(guān)系，計算壓力變化對斷裂伸長率的影響。

解答：

-假設(shè)斷裂伸長率與壓力的關(guān)系為ε=ε0*(P/P0)，其中ε為壓力P下的斷裂伸長率，ε0為常壓下的斷裂伸長率，P0為常壓。

-假設(shè)常壓P0為1個大氣壓，即1.013*10^5帕斯卡，P=1GPa=1*10^9帕斯卡。

-ε=0.03*(1*10^9/1.013*10^5)。

-ε≈0.0297。

-斷裂伸長率變化百分比=[(ε0-ε)/ε0]*100%。

-斷裂伸長率變化百分比=[(0.03-0.0297)/0.03]*100%。

-斷裂伸長率變化百分比≈1.3%。板書設(shè)計①新材料概述

-新材料定義

-新材料特點(diǎn)：優(yōu)異性能、獨(dú)特結(jié)構(gòu)、廣泛應(yīng)用

②新材料分類

-傳統(tǒng)材料

-復(fù)合材料

-高分子材料

-金屬材料

-非金屬材料

-陶瓷材料

③新材料特性

-機(jī)械性能：強(qiáng)度、硬度、韌性

-熱性能：導(dǎo)熱性、熱膨脹性