高中化学 第4章 材料家族中的元素 第3节 复合材料教学设计1 鲁科版必修1.doc

第4章材料家族中的元素第3节 复合材料【教学目标】1知识技能目标认识常见的复合材料及其用途，理解复合材料的概念，复合材料的基本组成、优点。2方法与过程目标学习分析问题、解决问题的方法，能简单预测不同材料复合后所产生的新材料的优良特性。初步了解根据对所需材料性能的特定要求，如何选择组成复合材料的单一材料。3情感态度与价值观目标通过对神奇复合材料的学习，激发学生对化学的兴趣，通过对我国科学成就的介绍，培养学生的爱国热情。【教学过程】科学技术是人类文明进步的基本推动力。20世纪的历史表明：科学技术的发展常常会超乎我们的想像，但科学技术的发展又离不开我们的想像。人类正面临着新科技革命的挑战。而新材料技术是技术的基础，它是文明大厦的基石，它包括对超导材料、高温材料、人工合成材料、陶瓷材料、非晶态材料、单晶材料、纤维材料、高性能材料等的开发和利用。 运动员在登山时用的保险绳、滑雪时用的滑雪板及钓鱼竿上的渔线等这些小巧、灵活而强度高的东西是用什么材料构成的呢？一、认识复合材料1、材料科学的发展过程材料科学的发展经历了天然材料、无机非金属材料、金属材料、有机合成材料、复合材料这五个过程。 其中，无机非金属材料主要包括陶瓷材料、玻璃材料、无机非金属涂层材料等。此类材料一般耐高温、抗腐蚀，有些材料还有独特的光电特性。硅酸盐材料主要指水泥、玻璃、陶瓷等，是传统的无机非金属材料。而半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等是新型无机非金属材料。2、复合材料的定义及组成复合材料是将两种或两种以上性质不同的材料经特殊加工而制成的。复合材料由两部分组成，一部分称为基体，在复合材料中起黏结作用；另一部分称为增强体，在复合材料中起骨架作用。3、复合材料的分类 按基体分类，可分为树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料。 按增强体分，可分为颗粒增强复合材料、夹层增强复合材料和纤维增强复合材料。 发展较快、应用较广的是纤维做增强体的复合材料。4、复合材料的特点单一材料的优缺点如下：材料实例优点缺点金属材料钢铁硬度大、机械性能好易被腐蚀无机非金属材料普通玻璃性质稳定、熔点高易破碎有机合成材料塑料强度大、电绝缘，良好的热塑性、热固性易燃烧、易老化，废弃后不易分解复合材料既保持了原有材料的特点，又使各组分之间协同作用，形成了优于原材料的特性。单一材料的缺点都可以通过复合的方法予以改善和克服。二、形形色色的复合材料1、生产、生活中的复合材料（1）玻璃钢玻璃钢是一种以玻璃纤维做增强体、合成树脂做基体的复合材料。在制造玻璃钢时，可以将玻璃纤维制成纱或织物加到合成树脂中，也可以把玻璃纤维切成短纤维加到合成树脂中。除了普通玻璃纤维外，还可以根据需要选用耐化学腐蚀、耐高温或强度高的特种玻璃纤维做玻璃钢的增强体。 玻璃钢的强度可以达到甚至超过合金钢的强度，而密度只有钢铁的1/5左右，同时，这种材料保持着较好的耐化学腐蚀、电绝缘性和机械加工性能，而且又不像普通玻璃那样硬、脆。玻璃钢目前以大量用于游乐车、水上滑梯、运输罐、电话亭、餐桌椅等产品的生产。这些产品充分发挥了玻璃钢重量轻、强度高、耐水、耐磨、耐撞、产品美观及制造方便等特点。此外，玻璃钢在排水管道工程中也得到了广泛的应用。（2）碳纤维增强复合材料在合成树脂中加入碳纤维做增强体的复合材料叫做碳纤维增强复合材料。其特点是韧性好，强度高，质轻。碳纤维增强复合材料被广泛用于制造高尔夫球杆、网球拍、钓鱼竿、赛车、赛艇、滑雪板和冲浪板等体育用品，也广泛用在纺织机械和化工机械的制造，以及医学上人体组织中韧带的制作等。2、航空、航天领域中的复合材料 飞机、火箭的机翼和机身以及导弹的壳体、尾翼中的复合材料大多以纤维为增强体、金属为基体的复合材料作为增强体的纤维是碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维和氧化铝纤维等耐热性好的纤维，作为基体的金属用得较多的是铝、镁、钛等密度小的轻金属。这类材料的特点是耐高温、强度高、导电性和导热性好，不吸湿，不易老化。 航天飞机机身上使用的隔热陶瓷瓦是由纤维和陶瓷复合而成的材料制成，其增强体多为碳纤维、碳化硅纤维和氧化硅纤维；基体的主要成分是各种陶瓷。这种纤维增强陶瓷保持了陶瓷耐高温的特性，又增强了陶瓷的韧性，使航天飞机能安全地穿越大气层返回地球。三、生产生活中常用的复合材料交流研讨图434给出的是一些生产、生活中常见用品的图片，这些用品都是由一种叫作玻璃钢的复合材料制成的。请同学们讨论：玻璃钢克服了玻璃、合成树脂的哪些缺点？它具有哪些优良特性？请尽可能多地列举出它的用途。基体：合成树脂增强体：玻璃纤维玻璃钢板书讲述玻璃钢克服了玻璃易碎、密度较大，合成树脂强度不够高的缺点，它具有强度高、密度小、韧性好、耐腐、耐磨、耐撞、绝缘、产品美观、制造方便等优良特性。可广泛用于制作小型娱乐设施、管道、小舟、化工设施、小型建筑等阅读、交流研讨制作羽毛球拍的材料由最初的木头、金属，现已广泛使用碳素纤维复合材料，碳素纤维复合材料有哪些优越性？请尽可能多地列举出它的用途。过渡复合材料不仅广泛用于工农业生产、日常生活，还广泛用于航空航天等尖端科学领域。四、板书第三节 复合材料一、认识复合材料交流研讨棉线、橡胶、含棉质经纬线的各种橡胶轮胎，这三者中，哪一种属于复合材料？你认为什么是复合材料？它在组成上有什么特点？各组成成分起什么作用？复合材料与原材料相比，在性质上有什么优点？学生回答、教师总结板书将两种或两种以上的性质不同的材料经过特殊的加工制成的材料称为复合材料。复合材料既能保持原来材料的长处，又能弥补它们的不足，而且由于各组份之间的相互协同作用，产生了优于原材料的新的性能。基体起粘结作用增强体起骨架作用复合材料过渡将多种材料复合在一起，形成了性能优异的复合材料，请交流研讨，预测下列复合材料的性能。交流研讨下面给出的基体材料和增强体材料经过一定的复合，得到的材料可能具备什么样的性能。在材料与性能之间建立相应的连线。复合材料预测性能基体材料的类型增强体材料的化学组成水泥 石棉陶瓷 sio2合成树脂 sio2、al2o3、mgo合成树脂 c耐酸碱，化学稳定性好，强度高，密度小，韧性好强度高，抗冲击，绝缘性好，耐热温度低于300耐高温，隔热性好，强度、韧性得到改善耐1600以上的高温，强度高，密度小二、形形色色的复合材料1生产生活中常用的复合材料交流研讨图434给出的是一些生产、生活中常见用品的图片，这些用品都是由一种叫作玻璃钢的复合材料制成的。请同学们讨论：玻璃钢克服了玻璃、合成树脂的哪些缺点？它具有哪些优良特性？请尽可能多地列举出它的用途。基体：合成树脂增强体：玻璃纤维玻璃钢板书讲述玻璃钢克服了玻璃易碎、密度较大，合成树脂强度不够高的缺点，它具有强度高、密度小、韧性好、耐腐、耐磨、耐撞、绝缘、产品美观、制造方便等优良特性。可广泛用于制作小型娱乐设施、管道、小舟、化工设施、小型建筑等阅读、交流研讨制作羽毛球拍的材料由最初的木头、金属，现已广泛使用碳素纤维复合材料，碳素纤维复合材料有哪些优越性？请尽可能多地列举出它的用途。过渡复合材料不仅广泛用于工农业生产、日常生活，还广泛用于航空航天等尖端科学领域。板书2航空航天领域的复合材料阅读总结复合材料在航空航天领域有哪些具体的应用？复合材料正向着什么方向发展？概括整合什么是复合材料？复合材料的基本组成是怎样的？各部分分别发挥什么作用？为什么要生产复合材料？元素及其化合物的组成和性质与复合材料性能的关系如何？五、检测题1把钢筋混凝土看作是复合材料，这种复合材料的基体是()a水泥 b沙子c石块 d钢筋2玻璃钢和碳纤维增强复合材料制作过程中都用到的材料是()a合成树脂 b碳纤维c钢材 d玻璃纤维3下列关于复合材料的说法不正确的是()a复合材料一定是由两种或两种以上材料制成的b复合材料保持了原材料的优点，又有优于原材料的特点c在复合材料中，基体起骨架作用d在复合材料中，增强体起骨架作用4下列关于碳纤维增强树脂基复合材料的说法正确的是()a碳纤维复合材料的基体是碳纤维b碳纤维复合材料的增强体是合成树脂c碳纤维复合材料具有韧性好、强度大、质脆质轻的特点d碳纤维复合材料具有可燃性5在复合材料家族中，发展较快、应用较广的是用哪种材料做增强体的复合材料()a纤维 b合成树脂c钢铁 d陶瓷6现代使用的下列材料中，不属于碳纤维复合材料制品的是()a足球 b网球拍 c钓鱼竿 d滑雪板7下列材料，可能是用玻璃钢制作的是()棉纱玻璃钢材滑梯游乐车餐桌椅a b c d8复合材料中往往有一种材料做基体，另一种材料做()a增塑剂 b发泡剂c防老化剂 d增强体 9当航天飞机返回地球进入大气层时，由于与空气的剧烈摩擦，航天飞机尖端的温度可达1 000以上。为了防止较高的温度将其烧毁，科学家给航天飞机的相应部位设计安装了可靠的