2025 小学四年级科学下册铝合金与钛合金耐腐蚀性测试课件

一、从生活现象到科学问题：为什么要测耐腐蚀性？演讲人CONTENTS从生活现象到科学问题：为什么要测耐腐蚀性？实验前的准备：像科学家一样严谨实验过程：细致观察，记录每一个变化数据分析：用图表说话，让结论更可信生活中的应用：为什么选它们？总结与拓展：从实验到科学思维的提升目录2025小学四年级科学下册铝合金与钛合金耐腐蚀性测试课件同学们，当你们看到校园里的篮球架、爸爸的自行车架，或是妈妈的眼镜腿时，有没有注意到这些物品大多是金属制成的？但不同金属的“脾气”可不一样——有的容易生锈，有的却能长久保持光亮。今天，我们就来做一个有趣的科学实验：测试铝合金和钛合金的耐腐蚀性。作为陪伴大家做实验的科学老师，我先带你们从生活中的观察出发，一步步揭开这两种合金的“抗腐蚀秘密”。01从生活现象到科学问题：为什么要测耐腐蚀性？1金属腐蚀：生活中常见却易被忽视的现象上周课间，我看到小宇指着操场边的旧护栏问：“老师，这里怎么有黄色的小斑点？”这就是金属腐蚀的典型表现——铁制品在潮湿空气中与氧气、水反应，生成了红褐色的铁锈。腐蚀不仅影响美观，还会降低金属强度：去年学校维修篮球架时，工人师傅就说，支架底部因长期接触雨水，厚度变薄了近1/3。2铝合金与钛合金：生活中的“明星材料”

铝合金：教室的窗户边框（轻便、易加工）、妈妈的高压锅（导热快）、自行车车架（比钢铁轻30%以上）；它们的应用如此广泛，可如果容易被腐蚀，再“厉害”的材料也用不长久。于是问题来了：同样是合金，铝合金和钛合金谁更耐得住腐蚀？那我们今天的主角——铝合金和钛合金，又出现在哪些地方呢？钛合金：爸爸的运动手表表壳（登山时耐刮擦）、医院的骨科植入物（与人体组织相容性好）、高端眼镜腿（戴久了不变形）。010203043明确实验目标：用数据回答问题我们的实验目标很明确：通过模拟生活中常见的腐蚀环境（如盐水、酸性雨水、碱性洗涤剂），观察两种合金在不同介质中的腐蚀程度，最终用“表面变化”“重量损失”两个指标，比较它们的耐腐蚀性。02实验前的准备：像科学家一样严谨1实验材料与工具：安全与精准的双重考量为了让实验结果可靠，我们需要准备以下材料（老师提前检查过，都是安全的）：样品：铝合金片（厚度1mm，尺寸3cm×5cm）、钛合金片（同尺寸，表面无涂层）各3组（每组2片，共12片）；腐蚀介质：中性环境：5%氯化钠溶液（模拟海水或盐水喷雾，用食用盐和纯净水配制）；酸性环境：2%醋酸溶液（模拟酸雨，用白醋和水稀释）；碱性环境：1%碳酸氢钠溶液（模拟洗涤剂，用小苏打和水配制）；辅助工具：电子秤（精度0.01g）、砂纸（1000目，用于打磨样品表面氧化膜）、塑料烧杯（6个，标注“铝-盐”“钛-盐”等）、镊子、记录表格、放大镜。这里要特别说明：选择同尺寸样品是为了“控制变量”——就像跑步比赛要在同一起点，我们只有让两种合金接触的溶液量、表面积相同，才能公平比较。2预处理：让样品“站在同一起跑线”实验前，所有样品都需要用砂纸轻轻打磨30秒。为什么？因为金属表面可能有天然形成的氧化膜（比如铝的氧化膜能暂时保护内部），打磨后能更真实地反映材料本身的耐腐蚀性。打磨后，用酒精棉擦拭样品，再用电子秤称重并记录初始重量（精确到0.01g）。3分组与编号：避免“张冠李戴”我们将实验分为3组，每组对应一种腐蚀环境（盐、酸、碱），每组包含1片铝合金和1片钛合金。为了避免混淆，我在烧杯上贴了醒目的标签（如“铝-酸1”“钛-酸1”），并让每组同学负责记录自己烧杯的变化。03实验过程：细致观察，记录每一个变化1步骤一：浸泡与初始观察（第0天）上午第一节课，我们正式开始实验：将预处理后的样品用镊子小心放入对应烧杯，确保完全浸没在溶液中（液面高于样品1cm）；用放大镜观察并记录初始状态：铝合金表面呈银白色，有细微打磨痕迹；钛合金表面更光亮，几乎无划痕；测量并记录初始重量（铝合金：5.23g，钛合金：4.87g；注意：钛的密度比铝小，所以同体积更轻）。小晴举手问：“老师，为什么钛合金更轻？”这正好引出合金的特性——钛的密度约4.5g/cm³，铝约2.7g/cm³，虽然钛更重，但钛合金常加入铝、钒等元素，综合密度比钢小得多，所以既轻又强。2步骤二：短期观察（第1天）第二天早自习，我们进行第一次观察：盐水组：铝合金表面出现少量小气泡（可能是铝与水反应产生氢气），边缘有极浅的灰白色斑点；钛合金表面无气泡，仅光泽略暗；酸液组：铝合金表面气泡更明显，用棉签轻擦有轻微粗糙感；钛合金仍光滑，无肉眼可见变化；碱液组：铝合金边缘出现淡蓝色物质（可能是铝的氢氧化物），钛合金无变化。小宇兴奋地说：“钛合金好像更厉害！”但我提醒大家：“现在下结论太早，腐蚀可能需要更长时间。”3步骤三：中期观察（第3天）第三天课后服务时间，第二次观察：盐水组：铝合金斑点扩大，部分区域呈现暗灰色，用放大镜能看到细微凹坑；钛合金表面有极薄的透明膜（可能是氧化钛膜），但无腐蚀痕迹；酸液组：铝合金表面气泡减少（可能溶液酸性减弱），但出现明显的蚀坑（用尺子测量，最大蚀坑直径约0.5mm）；钛合金仍光滑，重量几乎不变；碱液组：铝合金的蓝色物质增多，用纸巾擦拭后，表面出现明显划痕（说明表层已被腐蚀软化）；钛合金无变化。这时，表格上的重量数据更直观：铝合金在酸液中减重0.08g，钛合金仅减重0.01g（可能是溶液残留）。4步骤四：长期观察（第7天）一周后（第7天），我们进行最终观察：盐水组：铝合金表面覆盖一层疏松的白色粉末（经检测是氯化铝水合物），轻轻一刮就脱落，重量减少0.21g；钛合金表面的透明膜更明显，但用指甲轻划无脱落，重量仅减少0.02g；酸液组：铝合金蚀坑加深（最大直径1.2mm），边缘翘起，像被“啃”了一块，重量减少0.35g；钛合金仍光亮，重量无变化（误差范围内）；碱液组：铝合金表层几乎全部软化，用镊子轻夹会变形，重量减少0.28g；钛合金无任何腐蚀痕迹，重量不变。小琪惊讶地说：“原来钛合金这么‘抗造’！”但我们不能只看现象，还要用数据说话。04数据分析：用图表说话，让结论更可信1表面变化对比表我们将7天内的观察结果整理成表格（见表1）：|腐蚀环境|铝合金表面变化|钛合金表面变化||----------|---------------------------------|-------------------------------||盐水|第1天出现斑点→第3天凹坑→第7天白色粉末|始终无斑点，第3天出现透明膜||酸液|第1天气泡→第3天蚀坑→第7天边缘翘起|无气泡、无蚀坑，始终光滑||碱液|第1天蓝色物质→第3天软化→第7天变形|无物质生成，无软化现象|2重量损失柱状图为了更直观比较，我们用柱状图展示两种合金在不同环境中的重量损失（见图1）：盐水环境：铝合金（0.21g）＞钛合金（0.02g）；酸液环境：铝合金（0.35g）＞钛合金（0g）；碱液环境：铝合金（0.28g）＞钛合金（0g）。3结论推导：为什么钛合金更耐腐蚀？从数据可以看出：在中性盐水、酸性和碱性环境中，钛合金的耐腐蚀性均显著优于铝合金。这是因为钛在腐蚀环境中会快速生成一层致密的氧化钛（TiO₂）膜，厚度仅几纳米，却像“保护衣”一样隔绝了内部金属与腐蚀介质的接触；而铝虽然也能生成氧化膜（Al₂O₃），但这层膜在酸性或碱性溶液中会被溶解（比如酸中的H⁺与Al₂O₃反应生成Al³⁺），导致内部铝继续被腐蚀。05生活中的应用：为什么选它们？1铝合金：轻量与成本的平衡者既然钛合金更耐腐蚀，为什么生活中铝合金更常见？因为铝合金有两大优势：成本低：铝的储量丰富（地壳中含量约8%，居金属第1），冶炼成本远低于钛（钛被称为“太空金属”，冶炼需要高温真空环境）。密度小：铝的密度仅为钛的60%，相同体积下更轻，适合制作需要减重的物品（如自行车架、飞机蒙皮）；所以，在对耐腐蚀性要求不高的场景（如门窗、日常五金），铝合金是更经济的选择。2钛合金：高端领域的“耐腐蚀之王”钛合金虽然贵，但在关键领域不可替代：医疗领域：骨科钢板、牙种植体需要长期与体液接触（体液呈弱碱性），钛合金的耐腐蚀性和生物相容性（不引起排斥反应）让它成为首选；航空航天：飞机发动机叶片需要承受高温（300-500℃）和空气中的盐分（沿海机场），钛合金的“耐高温+耐盐蚀”特性使其成为核心材料；高端消费品：钛合金眼镜腿、手表表壳不仅轻便，还能避免出汗（汗液含盐分和酸性物质）导致的腐蚀变色。小涛举手说：“我爸爸的钛合金保温杯用了5年，里面一点锈都没有！”这正是钛合金耐腐蚀性的体现。06总结与拓展：从实验到科学思维的提升1实验结论重述通过7天的对比实验，我们得出核心结论：在中性盐水、酸性和碱性环境中，钛合金的耐腐蚀性均优于铝合金；铝合金因密度小、成本低，更适合对耐腐蚀性要求不高的日常场景，而钛合金则在高要求领域不可替代。2科学思维的培养这次实验不仅让我们了解了两种合金的特性，更重要的是体验了“提出问题→设计实验→观察记录→分析数据→得出结论”的科学探究流程。同学们在实验中学会了控制变量（如相同尺寸、相同溶液浓度）、细致观察（用放大镜看蚀坑）、用数据说话（记录重量变化），这些都是科学家必备的能力。3课后拓展建议用醋和铁钉做简单腐蚀