第七章C 新材料简介教学建议

（一）学习目标

1．知道纳米材料、半导体、液晶等新材料的特性及其应用范围。

2．通过对新材料的学习，经历收集资料、交流讨论、归纳总结等过程。

3．通过对新材料的研究现状和发展前景的学习，感悟物理学对科学技术和社会发展的作用，增强科学服务于人类的意识。

（二）重点和难点

本节重点是学习纳米材料等新材料的特性及其应用。本节难点是对新材料特性的理解。

（三）教学建议

新材料科学是21世纪最具发展潜力的领域之一，本节教材只重点介绍了纳米材料及液晶的特性和用途，除纳米材料之外，还有许多固体新材料，但未作详细阐述，只介绍了按应用和研究热点分类的几个主要领域。

1．关于课本第102页“扫描隧道显微镜”的说明

扫描隧道显微镜（STM）可以观察到物质表面原子分布的真面目，它不仅使人类能直接观察到物质表面原子分布的形态，而且科学家已成功地使氙（Xe）原子排列成IBM字样，中国科学院化学研究所的研究人员也已经用STM探针绘制完成纳米级的世界地图（图7-4）。这表明随着扫描隧道显微镜的发明，人类实现了对单个原子的操纵和控制，其意义非常重大。为此，扫描隧道显微镜的发明者宾宁（Binning）和罗雷尔（Rohrer）共同获得了1986年的诺贝尔物理学奖。

2．关于课本第103页“点击”的教学建议

当物质小颗粒的尺寸小到纳米数量级时，会产生许多异常的物理现象，这些奇异性质的产生主要来源于“小尺寸效应”、“表面效应”和“量子效应”。在教学中对于产生这三个效应的机理，只要点到为止，不需解释，例如，“小尺寸效应”可以从固体颗粒尺寸逐步减小到临界尺寸时，量变会引起质变的角度解释即可，又如，“表面效应”可用简单的数字加以说明。我们知道，球形颗粒的表面积与直径的平方成正比（S∝d²），其体积与直径的立方成正比（V∝d³），故表面积与体积之比（S/V）跟直径成反比，即直径越小，比值越大。例如，一个边长为1m的立方体，表面积s＝6m²；若将此立方体切割成边长为1mm的小立方体，再按原样堆成边长为1m的立方体，此时总体积没有变，但所有小立方体的表面积之和Sʹ＝6000m²，增力为原来的1000倍，表面积增加了，表面原子占原子总数的百分比显著增加，活性大大增强，所以超微粉末很容易燃烧和爆炸，至于“量子效应”因为要涉及量子力学中的原子能级结构理论，无法在此解释清楚。

3．关于“其他固体新材料”的教学建议

首先要指出，历史上往往“以材料作为划分时代的标准”（课本图7 - 30），可见材料对于社会生产力的发展有多么重要的作用，新材料技术、信息技术、生物技术将在21世纪有着极为宽广的发展前景。

20世纪是科学技术突飞猛进的100年，核能、半导体、激光和电子计算机可以说是20世纪的“四大发明创造”。半导体激光器是用半导体材料制成的，组装电子计算机的芯片也是半导体集成电路，所以，激光和电子计算机技术都是以半导体材料作为基础的。激光和电子计算机技术都是信息技术的重要支撑技术，可见半导体材料技术在信息技术，以至于整个高科技领域都有着举足轻重的作用，也可以说，半导体材料技术是入类进入信息社会的门槛，所以，在“其他固体新材料”教学中要突出介绍半导体材料的特点和应用。（详见本章参考资料）

4．关于“液晶”的教学建议

在教学中首先要让学生明白“液晶究竟是液体还是固体？它有什么特性？”，然后把教学重点放在液晶的用途及其发展前景上。

（四）作业说明

本节共有9道习题，A组1～5题为基础训练题，可以作为课堂讨论或书面作业。B组第6～9题属开放题，可作为课外实践、探讨的课题，结论不一定统一。

参考答案

A组

1．B

2．液体的流动性，晶体的各向异性特性，电脑、手机、电视机的屏幕等。

3．15.6×10¹⁸nm³。

4．约6×10⁴nm～1×10⁵nm之间。

5．用“记忆”合金做成两头都是扁的铆钉，在低温下把一端扁头硬压成插孔大小的圆柱形。铆接时，将铆钉从低温箱中取出，迅速插入容器插孔内，再让铆钉升温到变态温度以上，被压成圆柱形的一端又复原成扁形，达到铆接目的。

B组

6．例如，液晶对有机分子是很好的溶剂；对温度、压力、杂质等都很敏感，所以可用来诊断皮下肿瘤；在无损探伤，微波、红外线、紫外线、X射线的显示，压力量度，气体动力学和分析化学等方面都可加以利用。目前应用最广泛的是电光效应，在未加电压时，光可以通过；当外加电压超过一定值时，分子沿电场方向排列，光不再能通过。

7．略

8．每一项高新技术，由实验室的基础研究（发现阶段）到应用性研究（发明阶段），再到开发研究（可行性研究），是一个相当长的过程，成功后才能投入大规模批量生产，成为商品进入市场（应用阶段）。另外，还可以认识到每一项科学成果，都是科学家们经历了无数艰难曲折，甚至要经过几代人的努力探索，突破了重重障碍后才取得的。

9．略。

发布时间：2014/1/13 上午7:47:26  阅读次数：1465