6.4探索新材料（教學設計）北師大版物理八年級下冊授課內容授課時數(shù)授課班級授課人數(shù)授課地點授課時間設計意圖本節(jié)課旨在通過引導學生探索新材料，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)的學習，使學生了解新材料的特性和應用，激發(fā)他們對物理學科的興趣，提高學生的科學素養(yǎng)。核心素養(yǎng)目標分析培養(yǎng)學生對物質世界的好奇心和探索精神，提高學生的科學探究能力。通過實驗探究新材料的特性和應用，增強學生的實證意識和實踐能力。同時，引導學生關注材料科學的發(fā)展，培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和社會責任感。學習者分析1.學生已經掌握了哪些相關知識：

學生在進入本節(jié)課之前，已經學習了基礎的物理知識和實驗操作技能，包括物質的性質、力與運動的關系、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.學生的學習興趣、能力和學習風格：

八年級學生對物理學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。他們的學習能力強，能夠通過觀察、實驗和討論來獲取知識。學習風格上，部分學生可能更傾向于動手操作和直觀體驗，而另一部分學生可能更傾向于理論學習和邏輯推理。

3.學生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：

在探索新材料這一章節(jié)中，學生可能遇到的困難包括對新材料特性和應用的理解不夠深入，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用相結合。此外，部分學生可能對抽象的科學概念感到困惑，需要教師引導和幫助。教學方法與策略1.采用講授與實驗相結合的教學方法，通過講解新材料的基本概念和特性，引導學生理解理論知識。

2.設計小組討論活動，讓學生分享對新材料應用的看法，促進思維碰撞和知識交流。

3.實施項目導向學習，讓學生分組設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用案例，增強學生的直觀感受和興趣。

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

（教師）同學們，大家好！今天我們要一起探索一個既古老又充滿活力的領域——新材料。你們知道，材料是構成世界的基礎，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學過的物質知識。物質是由原子組成的，不同的原子組合成不同的物質。那么，新材料是什么呢？新材料是指在傳統(tǒng)材料基礎上，通過特殊工藝或技術創(chuàng)新產生的新型物質。

（學生）老師，新材料有什么特點呢？

（教師）新材料通常具有以下特點：優(yōu)異的性能、獨特的結構、廣泛的應用。接下來，我們將通過幾個實例來了解這些特點。

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、航空航天等領域有著廣泛的應用前景。

（學生）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)學等領域有著重要的應用。

（學生）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構。這種結構使得它們具有獨特的物理和化學性質，從而在各個領域發(fā)揮作用。

四、實驗探究

（教師）接下來，我們進行一個簡單的實驗，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電實驗。

（學生）好的，老師。

（教師）在實驗過程中，我會提問，請大家認真觀察，積極回答。

（學生）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識?，F(xiàn)在，請同學們分成小組，討論一下：新材料在我們的生活中有哪些應用？它們是如何改變我們的生活的？

（學生）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、總結與反思

（教師）同學們，今天我們學習了新材料的相關知識，了解了它們的特點和應用。希望大家能夠認識到，新材料的發(fā)展對于科技進步和人類生活的重要性。

（學生）老師，我們學到了很多新知識，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的熱愛，積極探索，為未來的科技發(fā)展貢獻自己的力量。

七、布置作業(yè)

（教師）今天的作業(yè)是：寫一篇關于新材料的小論文，題目自擬，要求結合實際，談談新材料在你生活中的應用。

（學生）好的，老師，我們一定認真完成作業(yè)。

八、課堂小結

（教師）今天的課程到此結束，希望大家能夠將今天所學知識應用到實際生活中，不斷探索，不斷進步。

（學生）謝謝老師，我們明天見！教學資源拓展一、拓展資源

1.材料科學雜志：《材料科學進展》、《材料導報》等，這些雜志提供了最新的材料科學研究成果，有助于學生了解材料科學的發(fā)展動態(tài)。

2.材料科學在線課程：例如，MITOpenCourseWare上的《材料科學與工程導論》課程，學生可以通過在線學習，更深入地理解材料的基本原理和應用。

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)，學生可以查詢特定材料的詳細信息。

二、拓展建議

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

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

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

4.開展小課題研究：引導學生選擇感興趣的新材料，進行小課題研究，如研究某種新材料的制備方法或應用前景。

5.觀看科普視頻：推薦學生觀看《物質科學大觀》等科普視頻，以生動形象的方式了解材料科學的基本概念和應用。

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

7.探索材料的歷史：通過學習材料的歷史，了解不同材料的發(fā)現(xiàn)和應用，增強學生對材料科學的興趣和責任感。

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)和應用。

9.了解材料在藝術中的應用：介紹材料在藝術創(chuàng)作中的應用，如玻璃藝術、陶瓷藝術等，拓寬學生的視野。

10.關注材料在航空航天領域的應用：探討新材料在航空航天領域的應用，如輕質高強度的合金材料，激發(fā)學生對科技的興趣。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。

-假設石墨烯的長度L和寬度W分別為100微米和50微米。

-轉換單位：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系計算納米材料的體積。

-通過體積和質量的比值得到表觀密度。

解答：

-假設納米材料的質量為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為1500攝氏度，求其在1000攝氏度時的理論強度。

解題思路：

-利用材料強度與熔點的關系，通過理論公式計算合金材料的強度。

解答：

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

-假設常數(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（由于強度不可能為負值，此處表示強度隨溫度降低而減小）。

-取正值，理論強度σ≈0.0333*1500。

-σ≈50兆帕斯卡。

4.例題：

一塊碳納米管復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：

-假設彈性模量隨溫度變化的關系為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系，計算壓力變化對斷裂伸長率的影響。

解答：

-假設斷裂伸長率與壓力的關系為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%。板書設計①新材料概述

-新材料定義

-新材料特點：優(yōu)異性能、獨特結構、廣泛應用

②新材料分類

-傳統(tǒng)材料

-復合材料

-高分子材料

-金屬材料

-非金屬材料

-陶瓷材料

③新材料特性

-機械性能：強度、硬度、韌性

-熱性能：導熱性、熱膨脹性