9.3 新型材料的研制（教学设计）化学新教材沪教版九年级下册

910第3节新型材料的研制一、知识目标1.认识无机材料、合成材料、复合材料的常见类型、核心特点及典型应用场景。2.通过实验观察、对比分析，学会区分不同塑料、天然纤维与合成纤维的方法。3.了解稀土元素的组成及特点，知道其在新型材料研制中的作用。二、核心素养目标1.宏观辨识与微观探析：能从宏观上认识不同类型材料的性能和用途，从微观角度理解材料的组成和结构对其性质的影响。2.科学态度与社会责任：体会化学对新型材料研制的推动作用，感知新材料对社会发展与科技进步的意义；认识到塑料使用带来的利弊，增强环保意识和社会责任感。3.科学探究与创新意识：通过对不同材料的实验探究，培养观察、分析和解决问题的能力，激发创新意识。一、教学重点无机材料、合成材料、复合材料的类型、特点及应用；区分不同塑料、天然纤维与合成纤维的方法。二、教学难点理解材料的组成和结构与性能之间的关系；认识到合理使用材料和解决材料带来的环境问题的重要性。本节教学内容源于沪教版2024年版九年级化学下册第九章第三节《新型材料的研制》。该内容在化学课程体系中具有重要地位，它紧密联系社会生活实际，体现了化学学科对社会发展的重要推动作用，有助于学生认识化学与社会可持续发展的关系，培养学生的社会责任感和科学素养。教材围绕新型材料展开，依次介绍了无机材料、合成材料和复合材料。无机材料部分阐述了水泥、玻璃、陶瓷等常见无机非金属材料，以及特种玻璃、半导体材料、光导纤维和新型陶瓷材料等；合成材料着重介绍了塑料、合成纤维和合成橡胶的性能、常见类型及应用，并探讨了塑料的利弊和可降解塑料；复合材料则说明了其定义、性能、常见类型及应用。教材通过典型范例和实验探究，引导学生掌握区分不同材料的方法，理解化学对新型材料研制的推动作用。教学对象是九年级学生，他们在之前的化学学习中已经积累了一定的化学基础知识，对常见的物质和化学反应有了初步的认识。在生活中，学生也接触到了各种材料，对材料有一定的感性认识，但对于材料的分类、性能和应用缺乏系统的了解。在思维能力方面，九年级学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，他们对直观、生动的实验和实例感兴趣，能够通过观察和分析得出一些结论，但在抽象概念的理解和综合运用知识解决问题方面还存在一定的困难。基于学生的知识基础和思维特点，在教学过程中应充分利用实验和生活实例，引导学生通过观察、比较、分析等方法，认识不同材料的特点和应用。同时，要注重培养学生的环保意识和社会责任感，让学生认识到化学在新型材料研制中的重要作用，激发学生学习化学的兴趣和热情。此外，还应关注学生在学习过程中的个体差异，及时给予指导和帮助，确保每个学生都能在原有基础上得到发展。教学环节一新课导入【展示图片】展示了古代人们利用天然材料如石头、木材制作工具和住所，到现代社会高楼大厦林立，各种先进的交通工具飞驰，电子产品功能强大，这些物品所使用的材料琳琅满目。【提问引导】我们生活中使用的材料发生了巨大的变化呀？从最初的天然材料，到后来我们用化学方法制造出各种各样的材料。那大家能说一说，在我们日常生活中，都接触过哪些不同类型的材料吗？（给学生一些时间思考和发言，鼓励学生积极分享，如可能会提到金属、塑料、玻璃等）【引入新材料概念】大家说得都很对。随着科技的不断进步，我们对材料的需求也越来越高，科学家们也一直在研制新型的材料。就像稀土材料，它是由钪（Sc）、钇（Y）以及镧系元素组成的，这些稀土元素和其他元素结合能形成性能优异、用途广泛的新型材料，被称作当代的“工业味精”。比如在一些高科技电子产品中，就会用到稀土材料来提升产品的性能。那么，这些新型材料都有哪些类型、特点和应用呢？今天我们就一起来学习《新型材料的研制》。【设计意图】1.激发学生兴趣：通过播放视频展示材料的发展历程和现代生活中丰富多样的材料应用，能直观地吸引学生的注意力，激发他们对材料世界的好奇心和探索欲望，提高学生的课堂参与度。2.联系生活实际：让学生分享日常生活中接触到的材料，将化学知识与学生的生活实际紧密联系起来，使抽象的材料知识变得具体可感，让学生感受到化学就在身边。3.引入新课主题：从学生熟悉的材料过渡到稀土材料等新型材料，自然地引出本节课的主题，让学生明确学习方向，带着对新材料的好奇和疑问去学习，增强学习的主动性和积极性。教学环节二无机材料更新换代活动一认识常见无机材料【引入】同学们，我们生活中处处都离不开各种材料。从远古时期人类使用天然材料，到现在我们能够人工合成各种新型材料，材料的发展见证了人类文明的进步。今天我们就来学习新型材料的研制，首先了解一下无机材料。大家想一想，生活中常见的无机材料有哪些呢？【问题】展示水泥、玻璃、陶瓷的实物或图片，提问：这些无机非金属材料在我们生活中有哪些具体的应用呢？【学生思考】1.学生积极发言，有的可能提到水泥用于建筑房屋、道路等；玻璃用于窗户、镜子、玻璃杯等；陶瓷用于餐具、花瓶、瓷砖等。2.小组讨论这些材料在使用过程中的优点和缺点。【讲解】评价学生的回答，强调水泥具有坚固耐用、成本较低等优点，是建筑行业不可或缺的材料；玻璃透明、美观，在建筑和生活用品中广泛应用；陶瓷耐高温、耐腐蚀，有很好的装饰性。同时也指出它们存在一些局限性，比如水泥制品比较笨重，玻璃易碎等。【对应训练1】下列不属于无机非金属材料的是（）水泥B.玻璃C.塑料D.陶瓷【答案】C【解析】塑料属于合成有机高分子材料，而水泥、玻璃、陶瓷都是常见的无机非金属材料，所以答案选C。【对应训练2】下列关于陶瓷的说法错误的是（）陶瓷是用天然黏土经高温烧结而成陶瓷只可用于制作餐具新型陶瓷材料具有特殊的性能陶瓷有较好的耐高温、耐腐蚀性能【答案】B【解析】陶瓷除了用于制作餐具，还可用于制作花瓶、瓷砖、建筑材料等，用途广泛，所以B选项说法错误。A、C、D选项关于陶瓷的描述都是正确的。【设计意图】通过展示实物或图片，让学生直观地认识常见的无机非金属材料，激发学生的学习兴趣。引导学生思考材料的应用，培养学生观察生活、联系实际的能力。通过对应训练，及时巩固学生对无机非金属材料概念的理解。活动二了解特种玻璃和新型陶瓷材料【引入】随着科技的发展，无机材料也在不断更新换代。除了我们常见的玻璃和陶瓷，还有一些具有特殊性能的特种玻璃和新型陶瓷材料。下面我们就一起来了解一下。【问题】展示光致变色玻璃、钢化玻璃的图片或视频，提问：光致变色玻璃和钢化玻璃分别有什么特点和用途呢？【学生思考】1.学生观察图片或视频后，发表自己的看法。可能会提到光致变色玻璃能根据光线强弱改变颜色，可用于制作变色眼镜；钢化玻璃强度高、不易破碎，常用于汽车车窗、建筑玻璃等。阅读教材中关于新型陶瓷材料的内容，总结新型陶瓷材料的种类和应用。【讲解】评价学生的回答，详细讲解光致变色玻璃的变色原理是其中含有卤化银等物质，在光线作用下发生化学反应而变色；钢化玻璃是通过特殊的热处理工艺增强了玻璃的强度。对于新型陶瓷材料，强调用氧化铝等为原料生产的耐高温、高强度陶瓷可用于制造发动机零件，用羟基磷酸钙为原料生产的陶瓷可用于制造假牙、人工骨等。【对应训练1】下列物品中，使用光致变色玻璃制成的是（）汽车的车窗玻璃B.变色眼镜C.普通的家用玻璃杯D.建筑用的隔热玻璃【答案】B【解析】如前面讲解，光致变色玻璃可用于制作变色眼镜，汽车车窗玻璃一般是钢化玻璃，普通家用玻璃杯是普通玻璃，建筑用隔热玻璃有多种类型，但不是光致变色玻璃，所以答案选B。【对应训练2】新型陶瓷材料具有广泛的应用，下列关于新型陶瓷材料的说法正确的是（）新型陶瓷材料只能用于制造发动机零件用羟基磷酸钙为原料生产的陶瓷可用于制造人工骨新型陶瓷材料不具备普通陶瓷的性能新型陶瓷材料的成本比普通陶瓷低【答案】B【解析】新型陶瓷材料应用广泛，不只是用于制造发动机零件，A选项错误；用羟基磷酸钙为原料生产的陶瓷能用于制造人工骨，B选项正确；新型陶瓷材料在具备普通陶瓷一些性能的基础上，还有特殊性能，C选项错误；新型陶瓷材料由于其特殊的性能和制备工艺，成本一般比普通陶瓷高，D选项错误。【设计意图】通过展示图片和视频，让学生了解特种玻璃和新型陶瓷材料的特点和用途，拓宽学生的知识面。引导学生阅读教材，培养学生自主学习的能力。对应训练有助于学生加深对特种玻璃和新型陶瓷材料的理解。教学环节二合成材料层出不穷活动一认识合成材料的种类和性能【引入】除了无机材料，合成材料在我们生活中也占据着重要的地位。大家看看自己身上穿的衣服、使用的文具、乘坐的交通工具等，很多都用到了合成材料。下面我们就来认识一下常见的合成材料。【问题】展示塑料、合成纤维、合成橡胶的实物或图片，提问：这些合成材料分别有哪些主要性能和常见类型呢？【学生思考】学生分组讨论，结合教材内容和生活经验，总结塑料、合成纤维、合成橡胶的主要性能和常见类型。每个小组选派代表发言，汇报讨论结果。【讲解】评价学生的回答，详细讲解塑料质轻、比较坚固和耐磨、不导电、容易加工、价格便宜等性能，常见类型有聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、有机玻璃（PMMA）等；合成纤维强度高，弹性好，耐磨，耐腐蚀，常见类型有聚丙烯纤维（丙纶）、聚对苯二甲酸乙二酯纤维（涤纶）、聚丙烯腈纤维（腈纶）等；合成橡胶弹性和绝缘性好，常见类型有顺丁橡胶、丁苯橡胶、异戊橡胶、硅橡胶等。【对应训练1】下列属于合成材料的是（）棉花B.羊毛C.塑料D.天然橡胶【答案】C【解析】棉花和羊毛属于天然纤维，天然橡胶是天然材料，而塑料是合成有机高分子材料，属于合成材料，所以答案选C。【对应训练2】下列关于合成纤维的说法错误的是（）合成纤维强度高，弹性好合成纤维耐磨，耐腐蚀合成纤维的吸湿性和透气性比天然纤维好合成纤维可用于制作服装、过滤材料等【答案】C【解析】合成纤维强度高、弹性好、耐磨、耐腐蚀，可用于制作服装、过滤材料等，但是合成纤维的吸湿性和透气性一般不如天然纤维，所以C选项说法错误。【设计意图】通过展示实物或图片，让学生直观地认识合成材料。组织学生分组讨论和汇报，培养学生的合作学习能力和表达能力。对应训练帮助学生巩固对合成材料概念和性能的理解。活动二区分不同塑料和纤维【引入】我们了解了合成材料的种类和性能，那么在实际生活中，我们如何区分不同的塑料和纤维呢？下面我们通过实验来学习一些区分的方法。【问题】展示聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料各一小块，以及少许棉纱线、羊毛绒和化纤织物纤维（如尼龙丝线等），提问：如何通过实验来区分它们呢？【学生思考】学生根据教材中的实验步骤，分组进行实验。分别点燃聚乙烯塑料和聚氯乙烯塑料，观察燃烧情况，比较产生的气味；分别在酒精灯火焰上灼烧棉纱线、羊毛绒和化纤织物纤维，观察各种材料的燃烧情况，辨别其产生的气味。记录实验现象，并填写实验报告。【讲解】评价学生的实验操作和记录，总结实验现象。聚乙烯塑料易燃，熔化滴落，火焰明亮，有石蜡味（无刺激性）；聚氯乙烯塑料难燃，离火易灭，软化不滴落，冒黑烟，有刺激性酸味（含氯化氢）。棉纱线易燃，直接燃烧，有烧纸的气味，灰烬为灰色，细而软；羊毛纤维起泡成球，不持续燃烧，有烧焦羽毛的气味，灰烬为黑褐色小球，易碎；合成纤维先熔化再燃烧，或边熔化边燃烧，有特殊气味，灰烬为黑色或褐色硬块。【对应训练1】鉴别聚乙烯塑料和聚氯乙烯塑料最简便的方法是（）观察颜色B.闻气味C.燃烧法D.测量密度【答案】C【解析】通过前面的实验可知，燃烧法可以根据燃烧情况和气味来区分聚乙烯塑料和聚氯乙烯塑料，观察颜色、闻气味、测量密度都不能简便准确地区分它们，所以答案选C。【对应训练2】下列方法能鉴别羊毛和合成纤维的是（）观察颜色B.触摸手感C.燃烧闻气味D.用水浸泡【答案】C【解析】羊毛燃烧有烧焦羽毛的气味，合成纤维燃烧有特殊气味，所以燃烧闻气味可以鉴别羊毛和合成纤维，观察颜色、触摸手感、用水浸泡都不能有效鉴别，所以答案选C。【设计意图】通过实验让学生亲身体验区分不同塑料和纤维的方法，培养学生的实验操作能力和观察能力。总结实验现象有助于学生加深记忆。对应训练巩固学生对区分方法的掌握。活动三分析使用塑料的利弊及可降解塑料【引入】塑料在我们生活中应用非常广泛，给我们带来了很多便利，但同时也带来了一些问题。下面我们来分析一下使用塑料的利弊。【问题】组织学生讨论：使用塑料有哪些好处和坏处呢？【学生思考】学生积极发言，从质轻且强度高、耐酸碱、耐腐蚀、加工便利、成本低廉、绝缘性能优异、耐用且易清洁等方面阐述使用塑料的好处；从难以降解、造成“白色污染”、焚烧处理污染环境、微塑料污染、原料依赖化石燃料、部分塑料含毒等方面阐述使用塑料的坏处。小组讨论如何解决塑料带来的环境问题。【讲解】评价学生的讨论结果，强调我们要合理使用塑料，同时也要积极寻找解决塑料污染问题的方法。可降解塑料就是一种很好的解决方案，介绍可降解塑料的概念和分类，如光降解塑料、生物降解塑料、水降解塑料等。【对应训练1】下列关于使用塑料的说法错误的是（）塑料质轻且强度高塑料耐酸碱、耐腐蚀塑料不会造成环境污染部分塑料含毒，危害人体健康【答案】C【解析】塑料质轻且强度高、耐酸碱、耐腐蚀，部分塑料含毒，危害人体健康，但是大多数塑料在自然条件下难以降解，会造成“白色污染”等环境问题，所以C选项说法错误。【对应训练2】可降解塑料是解决塑料污染的有效途径之一，下列属于可降解塑料的是（）\nA.聚乙烯塑料B.聚氯乙烯塑料C.光降解塑料D.普通塑料【答案】C【解析】光降解塑料属于可降解塑料，而聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料、普通塑料都难以降解，不属于可降解塑料，所以答案选C。【设计意图】引导学生全面分析使用塑料的利弊，培养学生的辩证思维能力。组织学生讨论解决塑料污染问题的方法，增强学生的环保意识。对应训练帮助学生巩固对使用塑料利弊和可降解塑料概念的理解。教学环节三复合材料异军突起活动一认识复合材料的概念和性能【引入】在材料的发展过程中，复合材料逐渐崭露头角。它将两种或两种以上的材料复合成一体，具有更优异的综合性能。下面我们就来了解一下复合材料。【问题】展示钢筋混凝土、机动车的轮胎、增强塑料、碳纤维复合材料等实物或图片，提问：这些复合材料是由哪些材料复合而成的，具有哪些性能呢？【学生思考】学生观察图片，结合教材内容，思考复合材料的组成和性能。小组讨论复合材料与单一材料相比有哪些优势。【讲解】评价学生的思考和讨论结果，详细讲解复合材料通常是由起搭建作用的基体材料和分散于其中的增强材料两部分组成。以金属为基体的金属基复合材料，由于金属和增强材料的共同作用，具有强度高、密度小、耐摩擦和耐高温等性能，成为航天、航空等尖端领域的常用材料之一。强调复合材料集中了组成材料的优点，克服了单一材料的局限性。【对应训练1】下列属于复合材料的是（）塑料B.玻璃C.钢筋混凝土D.合成纤维【答案】C【解析】塑料属于合成材料，玻璃属于无机非金属材料，合成纤维属于合成材料，而钢筋混凝土是由钢筋和混凝土复合而成的，属于复合材料，所以答案选C。【对应训练2】复合材料与单一材料相比，其优势不包括（）强度更高B.密度更大C.性能更优异D.能满足特殊需求【答案】B【解析】复合材料通常强度更高、性能更优异，能满足特殊需求，一般密度较小，而不是密度更大，所以答案选B。【设计意图】通过展示实物或图片，让学生直观地认识复合材料。组织学生思考和讨论，培养学生的分析能力和合作学习能力。对应训练帮助学生巩固对复合材料概念和性能的理解。活动二分析复合材料的应用【引入】复合材料由于其优异的性能，在很多领域都有广泛的应用。下面我们来分析一下复合材料在不同领域的应用情况。【问题】展示复合材料在航天、航空、建筑、体育等领域的应用案例，提问：复合材料在这些领域的应用分别利用了它的哪些性能呢？【学生思考】学生观察案例，分析复合材料在不同领域应用所利用的性能。比如在航天、航空领域，利用了复合材料强度高、密度小的性能；在建筑领域，利用了复合材料的耐久性和稳定性；在体育领域，利用了复合材料的轻便和高强度等。小组讨论复合材料的应用对社会发展和科技进步有哪些意义。【讲解】评价学生的分析和讨论结果，总结复合材料在不同领域的应用所利用的性能。强调复合材料的应用推动了航天、航空等高科技领域的发展，提高了建筑的质量和安全性，丰富了体育器材的种类和性能，对社会发展和科技进步具有重要意义。【对应训练1】下列关于复合材料应用的说法错误的是（）复合材料可用于制造飞机机翼复合材料可用于建造桥梁复合材料不能用于体育器材复合材料在汽车制造中也有应用【答案】C【解析】复合材料在航空领域可用于制造飞机机翼，在建筑领域可用于建造桥梁，在汽车制造中也有应用，同时在体育领域也广泛应用，如制造高尔夫球杆、网球拍等体育器材，所以C选项说法错误。【对应训练2】复合材料在航天领域的应用主要是因为它具有（）良好的导电性B.高强度和低密度C.良好的弹性D.耐腐蚀性【答案】B【解析】在航天领域，需要材料强度高以承受各种力的作用，密度小以减轻航天器的重量，所以复合材料在航天领域的应用主要是因为它具有高强度和低密度的性能，答案选B。【设计意图】通过展示应用案例，让学生了解复合材料在不同领域的应用情况。组织学生分析和讨论，培养学生的应用能力和综合思维能力。对应训练帮助学生巩固对复合材料应用的理解。第3节新型材料的研制一、无机材料更新换代无机非金属材料：水泥、玻璃、陶瓷特种玻璃：光致变色玻璃、钢化玻璃半导体材料、光导纤维新型陶瓷材料：氧化铝陶瓷、羟基磷酸钙陶瓷二、合成材料层出不穷合成有机高分子材料：塑料：常见类型（PE、PVC等）性能、应用合成纤维：常见类型（丙纶、涤纶等）、性能、应用合成橡胶：常见类型（顺丁橡胶、丁苯橡胶等）、性能可降解塑料类型（光降解、生物降解等）三、复合材料异军突起定义常见类型：钢筋混凝土、机动车轮胎、增强塑料、碳纤维复合材料性能特点人类利用化学科学知识在一个“纯天然”的地球上搭建起一个五彩缤纷、美轮美奂的人造世界。下列物质中，不属于用化学方法人工制造的是()可降解聚乳酸餐具石墨烯散热膜棉花纤维医用钛合金支架【答案】C【解析】可降解聚乳酸餐具是通过化学合成方法将乳酸聚合制成聚乳酸，再加工成餐具，属于人工制造，A选项错误；石墨烯散热膜是利用化学方法对石墨等原料进行处理得到石墨烯并制成散热膜，属于人工制造，B选项错误；棉花纤维是棉花植株自然生长产生的，不是