金属材料.docx

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金属材料

金属材料

8.1金属材料

教学目标

1．知识与技能

（1）认识金属材料与人类生活和社会发展的密切关系。

（2）了解常见金属的物理性质及合金的特点。

（3）了解物质的性质与用途的关系。

2．过程与方法

（1）学习运用观察、实验等方法获取信息。

（2）学习运用比较、分析、归纳等方法对获取的信息进行加工。

3．情感态度与价值观

（1）进一步培养对生活中化学现象的好奇心和探究欲，激发学习化学的兴趣。

（2）树立事物是普遍联系的观点，逐步形成合理使用物质的观念。

（3）树立为社会进步而学习化学的志向。

教学重点

1．金属材料的物理性质。

2．物质性质与用途的关系。

教学难点

1．培养学生运用探究方法得出相关结论的能力。

2．提高学生综合分析问题的能力。

教学方法

创没情境→实验探究→得出结论→联系实际→拓展视野→发挥想象→提高兴趣。

教具准备

教师用具：

投影仪、金属制品（如曲别针、铝箔、铜丝、水龙头等）、金属制品的挂图（如飞机、坦克、轮船等）、铁架台（带铁圈）、铁片、酒精灯、绿豆粒大小的焊锡、锡、铅、火柴等。

学生用具：

大小形状相同的铁片、铜片、铝片，干电池，小灯泡，导线，酒精灯，火柴，砂纸，黄铜，铜，与钛有关的资料和新型合金的资料（内容见教学过程）。

课时安排

2课时

第一课时：

常见金属的物理性质和用途。

第二课时：

合金。

教学过程

第二课时

学习情景]（投影展示以下资料）

资料一

在结婚周年纪念日，小俊的爸爸送了一条金项链给妈妈，并温柔地说：

“情比金坚。

”妈妈高高兴兴地戴上金项链，问道：

“真是情比金坚吗?

”

给妈妈这样一问，爸爸霎时间不知如何回答，因为他知道金其实并不“坚”，而且十分柔软。

反而，一些价钱比金便宜的K金，比金还要“坚硬”呢!

K金是金（gold，Au）混合其他金属而成的合金（alloy）。

加入了其他金属后，金便改变了本来的结构，以致不容易扭曲。

你知道18K金是什么意思吗?

金的纯度可以用百分比（percentage）来表示；譬如九九九金表示金的纯度达99.9％。

此外，金的纯度也可用免拉（carat）来表示；纯金为24克拉（24-caratgold，24K），而一般K金金饰则是18K。

换言之。

这些比金还要“坚硬”的18K金里，只有75％是金，而其余25％则是银和铜。

虽然妈妈也知道真金不及K金坚硬，但并不介意。

她认为爸爸的心意才是最重要的，而不是纪念品的坚硬程度。

思考1：

商店里出售的为什么多是18K金而非纯金?

资料二

超轻雨伞——超越重量极限

夏天到了，除了暑假快要来临外，也是阴晴不定的季节。

小丽为人十分谨慎，为了避免给雨淋病，她会经常放一把细小的钢骨雨伞在书包内，以备不时之需。

雨伞虽小，重量可不少啊!

这把细小的钢骨雨伞，令小丽“背上加斤”。

对于这样的天气，小丽感到既讨厌又无奈。

今天，妈妈到百货公司，为小丽买了一把“超轻雨伞”。

这把细小的雨伞，外表和小丽的钢骨雨伞一模一样，可是却轻巧多了!

你知道小丽的新雨伞是用什么材料制造的吗?

妈妈新买的“超轻雨伞”是用铝（aluminium，Al）的合金（a11oy）制造的。

由于铝合金的密度（density）远比钢为低，所以新买的合金雨伞较钢骨雨伞轻巧。

也由于铝合金的坚韧度比铝强，所以铝合金较适合作为雨伞的骨架。

雨伞重量对照表

类型合金雨伞钢骨短伞钢骨长伞

重量（红）200g500g800g

思考2：

小丽用的铝合金雨伞与钢骨雨伞相比有何优点?

思考3：

你觉得合金的性质与组成它们的金属相同吗?

举例说明。

学生分组讨论，并交流回答]

思考题答案：

1．若用纯金做装饰品，因其太软而易变形；若做项链，则接口处容易脱钩。

2．铝合金雨伞比钢骨雨伞轻，携带便利。

3．合金的性质与组成它们的金属不同。

如金的合金比纯金硬度大，铝的合金比纯铝的坚新课引入]上述资料告诉我们，要满足各种不同的需要，仅用纯金属是不够的。

为此，人们在生产实践中制造出了许许多多的具有特殊性能的“新型金属材料”——合金。

板书]二、合金

设疑]那么，什么是合金？

合金的性质与其组分金属有何不同?

合金的应用范围怎样?

我们常用的合金有哪些?

哪些合金最有前途?

这就是我们本节课所要探讨的内容。

设问]我们应该怎样定义合金?

谈谈你的看法。

学生发言]1．合金是不纯的金属。

2．合金是掺有其他金属的金属。

3.两种或两种以上的金属融合在一起形成的金属材料。

……

教师评价]大家善于思考，善于发言，体现了大家强烈的求知欲，希望大家继续发扬这种精神!

过渡]那么，合金究竟指的什么呢？

讲解并板书]1.其他金属（或非金属）熔合形成的有金属特性的物质。

介绍]如我们熟知的钢铁就是一种合金。

它实际上是含有少量碳及其他金属的铁，与纯铁相比，钢有许多优良的性能、用处非常大。

这就像厨师炒菜时那样，若他们在菜里加入各种调料，便可改善菜的色、香、味，并会使菜的营养价值更高。

过渡]下面，我们就通过实验来探究合金与组成它们的纯金属性质的差异。

板书]2．合金与组成它们的金属性质的差异。

实验探究]

1．比较黄铜片（铜和锌的合金）和铜片、焊锡（锡和铅的合金）和锡的光泽与颜色。

2．将黄铜片和铜片、焊锡和锡互相刻画，比较它们的硬度。

学生实验后得出结论]

教师总结并板书]

（1）合金比其组分金属的颜色鲜艳

（2）合金的硬度大于组成它们的金属

过渡]合金的熔点与其组分金属相比，又有何特点呢?

下面，我们以焊锡为例，进行实验。

演示实验8—2]取绿豆粒大小的焊锡、锡、铅放在铁片上进行熔化，比较它们的熔点大小。

设问]由上述实验，可得出什么结论?

学生回答，教师板书]（3）合金的熔点低于组成它们的金属

补充介绍]我们常用的保险丝就是用武德合金制成的，熔点约为69℃。

而组成它的金属铋、铅、锡、镉的熔点分别为271℃、327℃、232℃、321℃。

讲解]合金与它的组分金属相比，还往往具有较好的抗腐蚀性能。

板书]（4）合金的抗腐蚀能力一般强于各组分金属

设问]能否举例说明?

回答]如不锈钢就比普通的铁耐腐蚀；铝合金比铝耐腐蚀；黄铜比纯铜具有更好的抗海水腐蚀能力。

总结]通过以上探究，我们知道合金往往比组成它们的金属具有更好的性能。

所以，我们在日常生活、工农业生产和科学研究中使用的金属，大多数属于合金。

目前，合金的品种已不下万种，远远超过金属自身的种类（90余种）。

合金大大拓宽了金属材料的使用范围和使用价值。

板书]3．合金比纯金属具有更广泛的用途。

过渡]下面就是几种常见合金的主要成分、性能和用途。

投影展示]

常见合金的主要成分、性能和用途

合金主要成分主要性能主要用途

球墨铸铁铁、碳、硅、锰机器强度好在某些场合可代替钢

锰钢铁、锰、碳韧性好、硬度大钢轨、挖掘机铲斗、坦克装甲、自行车车架

不锈钢铁、铬、镍抗腐蚀性好医疗器械、炊具、容器、反应釜

黄铜铜、锌强度高、可塑性好、易加工、耐腐蚀机器零件、仪表、日用品

青铜铜、镍强度高、可塑性好、耐磨、耐腐蚀机器零件如轴承、齿轮等

白铜铜、镍光泽好、耐磨、耐腐烂蚀、易加工钱币、代替银体积饰品

焊锡锡、铅熔点低焊接金属

硬铝铝、铜、镁、硅强度和硬度好火箭、飞机、船等制造业

18K黄金金、银、铜光泽好、耐磨、易加工金饰品、钱币、电子元件

18K白金金、铜、镍、锌光泽好、耐磨、易加工金饰品

讨论：

根据上表，你将选用什么合金来制造下列物品?

说明理由。

（1）飞机

（2）防盗门（3）衣架（4）钱币（5）刀具

学生分组讨论，并交流讨论结果]

（注：

以上讨论题为开放性试题，只要理由充分即可）

教师就学生的回答进行总结、评价。

可从性能、成本、资源、是否使用便利等方面予以评价]

过渡]合金在人类生活和生产中具有极为广泛的应用，尤其是在科学技术日益发展的今天，新的金属和合金一直在被不断的发现和应用。

例如，钛和钛合金就是近30年来引起人们普遍重视和关注的一种新型金属材料。

板书]4．钛和钛合金新型金属材料

把预先印好的有关钛的资料分发给学生进行阅读或进行投影解说，以拓展学生视野。

最好能有相应的录像带或VCD]

资料

为什么把钛称作未来的金属?

在人类历史上，由于铜容易冶炼，有良好的延展性，有一定强度，又容易制性能好的合金。

第一种得到普遍使用的金属是铜。

在发明了炼铁之后，由于铁储量比铜多，钢铁的强度、硬度比铜更好，广泛用于机器、工具、桥梁、建筑、武器。

铁很快又代替了铜，成为使用最广泛的金属。

二十世纪初，炼铝工业又迅速发展。

由于铝密度小，耐锈蚀，可制强度大的坚铝。

现在世界铝产量已超过了铜，仅次于钢铁。

然而，最近三十多年来，钛又引起了。

人们的普遍重视。

几十年前，钛被称为“稀有金属”。

然而，经过地球化学家们的仔细勘探，发现钛在地壳中的储藏量比常见的铜、锡、锰、锌等金属还多，在地球上仅次于铝、铁、钙、钠、钾和镁，居于第七位。

我国钛储量居世界首位。

纯净的钛，是银白色的金属，它具有比重小、强度高、耐高温、抗蚀性强的优点。

钛的硬度和钢铁差不多，重量却只有同体积的钢铁的一半。

据试验，如果采用钛和钛合金作为火车头的蒸汽机零件，可以比钢制的蒸汽机轻30％，而且更为坚固耐用。

钛耐高热。

在1668℃的高温下才熔化，比号称“不怕火”的黄金熔点还高约600℃左右。

钛在常温下很稳定，就是在强酸、强碱的溶液里，甚至在“凶猛”的王水（三体积盐酸和一体积硝酸的混合物）中，也不会被腐蚀。

有人曾把一块钛片沉到海底，经过五年后取出来，还是亮闪闪的，没生一点锈。

正因为这样，钛在现代科学技术上有着广泛的用途。

轻盈而结实的钛已被用来制造飞机的发动机。

钛制的轮船。

银光闪闪，用不着涂漆，在海中航行几年也不锈。

钛制的坦克、潜水艇、军舰已出现，它们没有磁性，不会被磁性水雷发现，这在军事上十分重要。

在化学工业上，钛可以代替不锈钢；不锈钢虽号称“不锈”，在遇上具有强烈腐蚀性的酸碱，例如热硝酸，还会生锈、腐烂，因此在化工厂中常要更换用不锈钢制的反应罐、输液管等。

如果改用钛制造，就可以使用好几年。

钛在医学上有着独特的用途。

在骨头损坏了的地方，用钛片和钛螺丝钉钉好，过几个月，骨头就会重新生长在钛片的小孔和钛螺丝钉的螺纹里，新的肌肉纤维就包在钛的薄片上，这钛的“骨头”犹如真的骨头一样，因此，钛被称为“亲生物金属”。

液态的钛几乎能溶解所有的金属，形成固溶体或金属化合物等各种合金。

合金元素如Al、V、Zr、Sn、Si、Mo和Mn等的加入，可改善钛的性能，以适应不同部门的需要。

例如，Ti—Al一Sn合金有很高的热稳定性，可在相当高的温度下长时间工作；以Ti—Al—V合金为代表的超塑性合金，可以50％～150％地伸长加工成型，其最大伸长可达到2000％。

而一般合金的塑性加工的伸长率最大不超过30％。

由于上述优异性能，钛享有“未来的金属”的美称。

钛合全已广泛用于国民经济各部门。

它是火箭、导弹和航足飞机不可缺少的材料。

船舶、化工、电子器件和通讯设备以及若干轻工业部门中要大量应用钛合金，只是目前钛的价格较昂贵，限制了它的广泛使用。

教师]除了以上介绍的一些合金外，你还知道哪些合金?

教师跟同学们交流。

学生们相互介绍自己感兴趣的合金（查阅资料而得，这也是上一课时的作业）。

另外，教师也可用印发资料的方式向学生介绍一些常见的合金及新型合金，以下资料可供参考。

资料

几种合金

1．不锈钢：

不锈钢是指含铬13％以上的铁合金。

最常见的不锈钢含有18％的铬和8％的镍。

这种合全在空气中较稳定，不容易生锈，能够长久保持其金属光泽和银白色。

在某些情况下（例如在海水中），不锈钢仍然会被腐蚀。

所以，不锈钢并不是绝对不会生锈的，只不过是它的“自我保护能力”比较强而已。

2．形状记忆合金：

形状记忆合金是指具有特殊的形状记忆功能的合金。

从组成上看，有的是镍钛合金，有的是以铜为主或以其他金属为主的合金。

用形状记忆合金做成的金属丝，即使被揉成一团，但只要达到某一定温度，就能在瞬间恢复原来的形状。

这类合金被广泛地用于卫星、航空、生物工程、医疗、能源和自动化等方面。

高温合金：

在高温下，仍能保持其较高强度的合金，叫高温合金。

它主要用于制造飞机和航天飞机的关键部件。

贮氢合金：

贮氢合金是指能在室温下吸收氢气，稍稍加热即能很快放出氢气的合金。

它是以镁或稀土金属为主形成的合金。

氢气是21世纪要开发的新能源之一。

贮氢合金不但能解决氢气的贮存和输送问题，而且可用于氢气的回收、分离、净化等方面。

展开想象的翅膀]学完本节课，想到了什么?

请你谈谈。

学生谈自己的感受并畅想未来，教师要对他们丰富的想象力予以肯定]

回答可能有]

1．感到科学的发展不可思议。

2．想到我将来能发明或实践出什么样的新型合金呢。

3.我想发明一种贮氧合金，可以帮助登山队员或潜水员减轻负担。

4．如果摩托车或汽车能用形状汜忆台金制造就好了，这样，不用时可把它们折叠起来，用时再让它们恢复原状，要是能把它们装在口袋里那就更好了。

小结]本节课我们重点学习了合金与纯金属性质的差异，并认识了几种新型合金，知道在金属中加热熔合某些金属或非金属，其性能会发生改变。

合金的强度和硬度一般比组成它们的组分金属更高，抗腐蚀性能等也更好，因此，合金具有更广泛的用途。

同时，我们还应认识到：

人类智慧是无穷的，只要我们勇于探索、敢于攀登，就一定会有更多更好的新型合金不断问世，我们对合金性质的各种期望也便不再是一个遥远的梦!

布置作业]习题5、6

亲自做一做家庭小实验——淬火与回火

板书设计

二、合金

1．合金是由一种金属跟其他金属（或非金属）熔合形成的有金属特性的物质。

2．合金与组成它们的金属的性质差异。

（1）合金比其组分金属的颜色更鲜艳

（2）合金的硬度大于组成它们的金属

（3）合金的熔点低于组成它们的金属

（4）合金的抗腐蚀能力一般强于组成它们的金属

3．合金比纯金属具有更广泛的用途。

4.钛和钛合金新型金属材料。