第八单元 课题一 金属材料

一、新课导入

师：在上学期我们已经学习了碳、氧等非金属的性质和用途。但是在一百多种元素中约有80%为金属元素，这些金属元素在生产和生活中有着非常重要和广泛的用途。本单元我们将学习一些常见金属的性质、用途和冶炼方法等。

二、新课教学

1．展示一些金属制品(如订书钉、铝箔、铜丝电线、不锈钢水龙头等)和金属制品的图片(如火箭、坦克、轮船等)。

[分析]常见的材料很少有纯金属，多数为金属的合金，即金属材料包括纯金属以及它们的合金。金属材料种类繁多，与人类的生活有着密切的联系，在各个领域都有广泛的应用。

[提问]同学们知道人类是从什么时代开始使用金属材料的吗？想了解金属材料的使用历史吗？

[小结]石器时代→青铜器时代→铁器时代→铝的使用→钛的利用

我国从商代开始使用青铜器，春秋时期就会炼铁，战国时期会炼钢，目前正大量使用的是钢和铝合金材料，钛被认为是21世纪最有前景的金属材料之一。

2．与学生一起欣赏课本第2页的两幅图。

铝的利用要比铜和铁晚得多，那仅仅是100多年前的事情。但由于铝的密度小和具有抗腐蚀等优良性能，现在世界上铝的年产量已超过了铜，位于铁之后，居第二位。下面，我们就以铜、铝、铁为例，对金属的物理性质进行探讨。

[板书]一、金属的物理性质

【活动与探究】根据教师提供的实验器材进行分组实验探究：

请学生取三块同样大小的铜片、铝片和铁片。

(1)观察它们的颜色和光泽。然后用细砂纸打磨，再观察它们的颜色和光泽。

(2)试试它们是否容易被弯曲、折断，并感觉一下它们的硬度。

(3)感觉一下它们的质量大小，由此判断它们的密度大小。

(4)用手拿着金属片的一端，在酒精灯上方烘烤它的另一端(注意实验安全：时间不要长，防止烫伤)，试试它能不能导热。

(5)用电池和小灯泡试试它们能不能导电，并比较灯泡的亮度是否相同。

(6)用铁锤锤一下(验证金属的延展性)。

学生活动，教师巡视。

思考、讨论、总结：

(1)金属都有颜色、有光泽，纯净的铁和铝为银白色，铜为紫红色。

(2)金属不同，其硬度大小也不相同。金属能被弯曲，而且不易折断。

(3)金属不同，其密度大小也不相同。金属有轻金属和重金属之分，如铝为轻金属，而铜为重金属。

(4)金属具有导热性。不同金属的导热能力不尽相同。

师：金属的这一性质决定了它们可应用在哪些方面？

生：它们可用作炊具、餐具、热交换器、散热器等。

师：在制造餐具的材料中，铝、铁制品最多，但需注意人体若摄入铝过量，可能导致大脑迟钝，故餐具最好少用铝，多用铁，因为铁是人体必需的一种元素。

(5)金属具有导电性。不同金属的导电能力不尽相同。

(6)金属具有延展性。

讨论：什么是延展性？(抽成细丝的性质为延性，打轧成薄片的性质为展性。)

(展示细铁丝、铜丝、铝箔等)

师：金属的这种形变说明金属具有什么性质？

生：延展性。

师：对！金属的延展性决定了金属一般具有良好的机械强度，便于加工制造。

[讨论](1)常温下，是不是所有金属都是固体？

(2)金属用砂纸打磨前后，其颜色和光泽是否相同？说明了什么？

(3)制造飞机或机械底座对金属的密度和硬度有什么要求？

(4)炊具加热时有没有熔化？说明炊具的熔点怎样？

(5)灯丝是用钨丝制成的，说明钨的熔点如何？钨可能还具有什么性质？

学生讨论并总结：

(1)常温下，汞即水银是液态。

(2)说明有些金属在打磨后可能与某些物质反应而使表面的金属光泽失去。

(3)制造飞机的金属密度小，机械底座的金属密度大。两者为防止变形都需要有较高的硬度。

(4)制造炊具的金属熔点一般较高。

(5)钨的熔点很高，同时具有导电和导热性。

师：请大家根据以上探讨结果，总结出金属的物理性质，并用简短的语言进行回答。

生分组讨论、归纳、总结并汇报。

师总结并板书：常温下为固态(除汞外)，有颜色和光泽，有良好的导电性、导热性和延展性，熔点较高，密度、硬度因金属的不同而不同。

师：物质的性质和用途之间又有什么关系呢？

生：物质的性质决定物质的用途。

[板书]二、物质的性质决定用途

师：物质的用途是由哪些性质决定的呢？下面我们一起来看一下一些常见金属物理性质的比较。

[投影]

一些金属物理性质的比较

　　师：请大家根据你的生活经验和表中所提供的信息，分组讨论以下问题。

[投影展示]

(1)为什么菜刀、镰刀、锤子等用铁制而不用铅制？

(2)银的导电性比铜好，为什么电线一般用铜制而不用银制？

(3)为什么灯泡里的灯丝用钨制而不用锡制？如果用锡制的话，可能会出现什么情况？

(4)为什么有的铁制品如水龙头等要镀铬？如果镀金怎么样？

生讨论回答：(1)因铁的硬度大于铅，铅的硬度很小，若菜刀、镰刀用铅制，用的时候刀刃容易卷起来；而锤子用铅制，很易变形。

(2)电线用铜制而不用银制的理由：①银在自然界的含量少，价格昂贵；②银的密度大，不易架设。

(3)灯泡里的灯丝用钨制是由于钨有较高的熔点，且易导电。若用锡制的话，灯丝导电产生的热量易使灯丝熔断(因锡的熔点低)，从而影响灯泡的寿命。

(4)水龙头镀铬：①可增加水龙头的硬度，而使其不易变形；②不易生锈；③镀铬可使水龙头变得美观大方。镀金虽然更好看，更耐腐蚀，但不经济。

师：根据以上讨论结果并结合实际思考：物质的性质是否是决定其用途的唯一因素？如若不是，你认为还需考虑哪些因素？

生：不一定，用途主要由性质决定。还需考虑价格、资源、是否美观、使用是否便利、废料是否容易回收利用和对环境的影响等。

师：下面我们来看一份资料。

[投影]

金属之最

地壳中含量最高的金属元素——铝

人体中含量最高的金属元素——钙

目前世界年产量最高的金属——铁

导电、导热性最好的金属——银

硬度最高的金属——铬

熔点最高的金属——钨

熔点最低的金属——汞

密度最大的金属——锇

密度最小的金属——锂

师：你能很快记住它们吗？以小组为单位，比一比，赛一赛，看谁是冠军。

三、课堂小结

通过本节课我们知道，金属的物理性质主要包括颜色、光泽、熔点、沸点、硬度、密度、延展性、导电性、导热性等；金属的物理性质可决定金属的一些用途，但这不是唯一的决定因素，即同时还要考虑经济、环境、资源、美观等方面的问题。这也启示我们在看待任何问题时，都不应是孤立的、片面的，而是要从大局出发，权衡利弊，然后再作决定。请大家在课外查阅有关合金的资料，并把你感兴趣的记录下来。

师：“神八”的成功发射，让我国的航天事业又前进了一步。要把神州飞船送入太空，就需要推力很大的火箭，并且要求火箭的飞行速度达到8公里/秒以上才行，在这样快的速度下，火箭外壳和大气摩擦会产生上千摄氏度的高温。与此同时，火箭发动机工作时，会喷出千摄氏度的高温气流。这样一来，火箭尾部将要承受4000多摄氏度的高温。这会对制造火箭的材料产生什么要求？今天我们就来学习这部分知识。

目前已制得的纯金属种类只有90余种。由于科学技术的日新月异，现仅有的一些纯金属已经远远不能满足工农业生产和国防技术现代化的需求。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。

四、新课教学

师：什么是合金？合金的性质与组成它们的金属有何不同？合金的应用范围是怎样的？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。

师：我们应该怎样定义合金？谈谈你的看法。

生1：合金是不纯的金属。

生2：合金是掺有其他金属的金属。

生3：两种或两种以上的金属熔合在一起形成的金属材料。

师：大家都很善于思考，体现了大家强烈的求知欲，希望大家继续发扬这种精神！那么，合金究竟怎么定义呢？

[讲解并板书]1.合金：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。

师：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。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。

合金和纯金属性质的比较

　　师总结归纳，板书：

(1)合金比其组成金属的颜色鲜艳；

(2)合金的硬度大于组成它们的金属；

师：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]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。

师：由上述实验，可得出什么结论？

合金和纯金属熔点高低的比较

　　[板书](3)合金的熔点低于组成它们的金属；

师：我们常用的保险丝就是用武德合金制成的，熔点约为70 ℃。而组成它的金属铋、铅、锡、镉的熔点分别为271 ℃、327 ℃、232 ℃、321 ℃。

　　在电路发生故障时，产生的热量首先使保险丝熔断，从而切断电路，避免电路事故的发生。

[板书](4)合金的抗腐蚀能力一般强于组成它的各种金属。

师：合金与组成它的金属相比，还往往具有较好的抗腐蚀性能。你们能举一些例子吗？

生：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。

师：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。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。

师：下面就是几种常见合金的主要成分、性能和用途。

投影展示课本P6“一些常见合金的主要成分、性能和用途”表格。

师：根据表格内容，你将选用什么合金来制造下列物品？并说明理由。

(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。

师：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地发现和应用。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

[投影展示]

资料1　钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出了一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到了进一步发展。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。

资料2　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(三体积浓盐酸和一体积浓硝酸的混和物)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。

师：你还知道哪些合金？

学生们相互介绍自己感兴趣的合金(课外查阅资料而得)。

[资料]

形状记忆合金：加热后能随意拉长和扭曲，冷却后形状不变，再次加热可恢复到原来的形状。

形状记忆合金主要成分是：镍和钛。

形状记忆合金的物理特性：当温度达到某一数值时，材料内部的晶体结构会发生变化，从而导致外形的变化。

五、课堂小结

师：学完本节课，你们有什么感想？请谈谈。

生1：感到科学的发展不可思议。

生2：不知道我将来能发明或实践出什么样的新型合金呢。

生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。

生4：如果摩托车或汽车能用形状记忆合金制造就好了，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。

师：同学们的想法都很棒！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：人类的智慧是无穷的，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！