小学科学“物质世界”领域教学参考资料

1小学科学“物质世界”领域教学参考资料第一部分：物体与物质物体与物质的关系：物体是由物质构成的。物质：从广义上讲，列宁是这样给物质下定义的：“物质是标志客观实在的哲学范畴，这种客观存在是通过感觉感知，它不依赖于我们感觉而存在，为我们感觉所复写、摄影、反映。”；从狭义上讲，“物质所表现出的形态——物体，具有一定的结构、性质和状态等。”物质的基本特性：第一、物质在不断运动。同时在运动中变化，例如，蜡烛点燃后会慢慢的烧尽，蜡烛没有了，可是二氧化碳和水蒸气出来了，二氧化碳和水被植物吸收，二氧化碳和水没有了，可是植物里产生了各种各样的有机物和氧气等等；第二、物质是永恒的。物质无论如何运动，都不能被创生，也不能被消灭。一切新物质的产生，只不过是物质在一定条件下，由一种形态转化成另一种形态而已。物质的分类：根据物质的成分，物质可以分为混合物和纯净物两大类。混合物：由不同种单质或化合物简单机械地混合而成的物质。其特点有四：第一、由多种物质组成，这些物质相互间没有发生化学反应；第二、各组成部分的含量多少不固定，不能用化学式或分子式表示其组成；第三、混合物没有固定的性质，它决定于所含各物质原有的性质和数量。如水和硫酸的混合液体，硫酸含量从1％增到98％，混合液的密度随之由1.01克/厘米3增大到1.84克/厘米3。第四、各组成部分保持自己的性质。如食盐水的咸味是食盐的性质。常见的混合物，如空气、溶液、浊液等。纯净物：是由一种物质组成的，也就是说，它是单纯的一种物质，例如氧气、氢气、水、二氧化碳等。严格地说，纯净物应该是不含一点儿杂质的物质，然而这样的物质实际上是不存在的。我们通常所说的纯净物，是指杂质含量很少，对生产和科学研究不会发生影响的物质。物质的三种常见状态：第一、固态：具有一定形状和一定体积的物体叫做固体；第二、液态：没有一定形状，但是有一定体积，会流动的物体叫做液体；第三、气态：没有一定形状，也没有一定体积的物体叫做气体。2物质的特性：溶解：一种物质（溶质）均匀地分散于另一种物质（溶剂）中形成溶液的过程。例如：食盐、糖等溶解于水形成水溶液。整个溶解过程通常包括两个方面：一是物理过程，即溶质的分子（或离子）的扩散过程；另一是化学过程，如溶剂为水，即溶质的分子（或离子）和水分子作用形成水合分子（或水合离子）的过程。因此，在溶解过程中常伴有热量、体积、颜色的改变。例如烧碱（氢氧化钠）溶解于水时释放出的大量热使溶液温度升高；硝酸铵溶解于水时吸热使溶液温度降低；酒精和水混合后总体积缩小；白色无水硫酸铜溶解于水形成蓝色溶液等。溶液：又称“溶体”。一种或几种物质高度分散（以分子、离子或原子状态）在另一种物质中所构成的均匀而稳定的体系。例如，当食盐溶解于水时，微小的钠离子和氯离子脱离氯化钠晶体表面，扩散到水分子之间，就形成食盐溶液。将上述溶液放在密封容器里，只要温度、压强不变，那么无论放置多久，食盐都不会析出。砂糖溶于水时，砂糖分子均匀扩散到水中成为液态溶液。铜和金熔融在一起形成的合金，两种金属原子互相混合而成为固态溶液。空气中的氧气和氮气等混合在一起形成气态溶液（常称为“气体混合物”）。只要是高度分散体系都可以称为溶液。通常人们所说的溶液，一般是指液态溶液。用水为溶剂的溶液称为“水溶液”；碘酒是碘溶解在酒精中的溶液，称为“酒精溶液”。根据溶液中溶质含量的多少，大致可分为浓溶液和稀溶液。根据溶质在溶液中的含量等于或小于该温度（和压强）下的溶解度，分为饱和溶液和不饱和溶液。饱和溶液：在一定的温度和压强下，未溶解的溶质跟已溶解的溶质达到溶解平衡状态时的溶液。在温度和压强不变时，往饱和溶液里再加入原溶质，溶质不再继续溶解，即溶质溶解的量已达到最多的量。当温度或压强改变时，物质的溶解度也改变，因此饱和溶液一定要注明温度和压强（对固体溶解度，压强影响微小可忽略）。由于各种物质的溶解性不同，饱和溶液不一定是浓溶液，浓溶液也不一定是饱和溶液。3不饱和溶液：在一定的温度和压强下，溶质还可以继续溶解的溶液。不饱和溶液是与饱和溶液相对的一个概念。将饱和溶液（其中没有固体溶质）升高温度或者添加溶剂，都将使饱和溶液转化为不饱和溶液。在不饱和溶液里继续溶解溶质，或将不饱和溶液蒸发掉一定量的溶剂，或者降低不饱和溶液的温度，都有可能使不饱和溶液转化为饱和溶液。溶质：溶液中被溶解的物质。例如：食盐水溶液中的食盐；碘酒中的碘等都是溶质。溶质可以是固体（如食盐、砂糖等），也可以是液体（如酒精）或气体（如二氧化碳）。当固体、气体溶于液体时，固体、气体是溶质，液体是溶剂。两种液体互相溶解时，如汽油和苯互相溶解时，通常把量多的一种叫溶剂，量少的一种叫溶质。但当一种液体和水互相溶解时，不管水量是多是少，通常都把水作为溶剂。溶剂：又称“溶媒”。溶液中能溶解其他物质的物质。水是应用最广泛的溶剂。乙醇（酒精）、丙酮、汽油和苯等是最常用的有机溶剂。溶解度：在一定的温度和压强下，物质在一定量的溶剂中溶解的最大量。在相同的条件下，不同的物质在同一溶剂里，溶解能力各不相同，这种能力称为“物质的溶解性”。溶解度是衡量某物质在某溶剂里溶解性大小的尺度。通常以在一定温度下，某物质在100克溶剂里达到溶解平衡（即饱和溶液）时所溶解的克数来表示该种物质在这种溶剂中的溶解度。例如，常温下，食盐在水中的溶解度是36克（即100克水能溶解大约36克盐）。物质溶解度的大小主要决定于溶质和溶剂本身的性质。一般说来，物质有倾向于溶解在与它本身结构和性质相似的溶剂里的规律——“相似相溶规律”。例如，氢气和水结构不相似，氢气在水里的溶解度很小；氨气和水的分子都是极性分子，所以氨气很容易溶解在水里（这里还有其他因素）。温度、压强等外界条件对物质的溶解度也有一定的影响。大多数固体物质的溶解度随温度的升高而增大。压强对固体物质的溶解度没有多大影响，一般可以忽略。在一定的压强下，气体物质的溶解度一般随温度的升高而减小。在一定的温度下，气体的溶解度随压强的增大而升高，随压强的减少而降低。也就是说，当温度一定时，气体的溶解度和该气体的压强在一定范围内成正比。4材料的分类：天然材料：是指取材于大自然中经过机械加工形成的材料；人造材料：主要指为了满足人类的需要对天然材料经过化学处理、合成，而形成的材料。复合材料：就是把两种或两种以上的材料结合在一起，使之充分发挥特长而避开其各自的缺点的材料。该类材料不仅性能优于组成中的任意一种材料，而且还具有单独组分不具有的独特性能。复合材料按用途主要可分为结构复合材料和功能复合材料两大类。结构复合材料由能承受载荷的增强体组元（如玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金属、天然纤维、片材和颗粒等）与能联结增强体成为整体材料同时又起传力作用的基体组元（如树脂、金属、陶瓷、玻璃、碳和水泥等）构成。结构复合材料通常按基体的不同为分金属基复合材料、聚合物基复合材料、陶瓷基复合材料、碳基复合材料和水泥基复合材料等。功能复合材料是指除力学性能以外还提供其他物理、化学、生物等性能的复合材料，包括压电、导电、雷达隐身、永磁、吸声、阻燃、生物自吸收等种类繁多的复合材料，具有广阔的发展前途。未来的功能复合材料比重将超过结构复合材料，成为复合材料发展的主流，其研究方向主要集中在纳米复合材料、仿生复合材料等领域。几种典型的纳米材料纳米材料是20世纪80年代初发展起来的新材料，它具有奇特的性能和广阔的应用前景，被誉为跨世纪的新材料，引起了科学界和企业界的极大关注。一些国家政府高度重视纳米材料，先后将其列入美国的“星球大战”欧洲的“尤里卡”及日本的“高技术探索研究”等高技术研究计划，发展迅速。我国也及时地编制“863”计划，对其进行跟踪和研究开发，国家火炬计划重点支持研究成果向生产力的转化，使纳米材料的研究开发取得了可喜的进展。按照材料的形态，可将其分为四种。第一、纳米颗粒型材料:应用时直接使用纳米颗粒的形态称为纳米颗粒型材料。例如，以粒径小于0.3微米的镍和钢-锌合金的超微颗粒为主要成分制成的催化剂可使有机物氯化的效率达到传统镍催化剂的10倍；超细的铁微粒作为催化剂可以在低温将二氧化碳分解为碳和水，超细铁粉可在苯气相热分解中起成核作用，从而生成碳纤维。5第二、纳米固体材料：纳米固体材料通常指由尺寸小于15纳米的超微颗粒在高压力下压制成型，或再经一定热处理工序后所生成的致密型固体材料。第三、颗粒膜材料:颗粒膜材料是指将颗粒嵌于薄膜中所生成的复合薄膜，通常选用两种在高温互不相溶的组元制成复合靶材，在基片上生成复合膜，当两组份的比例大致相当时，就生成迷阵状的复合膜。改变原始靶材中两种组份的比例可以很方便地改变颗粒膜中的颗粒大小与形态，从而控制膜的特性。对金属与非金属复合膜，改变组成比例可使膜的导电性质从金属导电型转变为绝缘体。第四、纳米磁性液体材料：磁性液体是由超细微粒包覆一层长键的有机表面活性剂，高度弥散于一定基液中，而构成稳定的具有磁性的液体。它可以在外磁场作用下整体地运动，因此具有其他液体所没有的磁控特性。常用的磁性液体采用铁氧体微颗粒制成，它的饱和磁化强度大致上低于0.4特。目前研制成功的由金属磁性微粒制成的磁性液体，其饱和磁化强度可比前者高4倍。国外磁性液体已商品化，美、日、英等国均有磁性液体公司，供应各种用途的磁性液体及其器件。生物材料：是指与体液接触的材料，除少数金属、陶瓷和碳素外，绝大部分是橡胶、纤维、模制塑料等合成高分子材料。以它们为原材料制出的人工脏器，即具有部分或全部代替人体某一器官功能的器件，有的只需在体内短期使用，如插入器件(导液管等)，有的则需在体内停留较长时间，甚至整个生命期。因此对这类材料有严格的要求：（1）必须无毒，而且是化学惰性的；（2）与人体组织和血液相容性要好，不引起刺激、炎症、致癌和过敏等反应；（3）有所需的物理性能(尺寸、强度、弹性、渗透性等)，并能在使用期间保持其不变；（4）容易制备、纯化、加工和消毒。生物高分子材料可以粗略地分为三大类：软性即橡胶状聚合物，半结晶聚合物和其他有关聚合物。医用硅橡胶是最早也是最成功的商品化医用高分子材料之一。物理变化：是没有新物质生成的变化。如固态的冰受热熔化成水，液态的水蒸发变成水蒸气；水蒸气冷凝成水，水凝固成冰。水在三态变化中只是外形和状态变化了。并没有新的物质产生出来，所以属于物理变化。又如扩散、聚集、膨胀、压缩、挥发、升华、摩擦生热、铁变磁铁、通电升温发光、活性炭吸附氯气6等都是物理变化。石墨在一定条件下变成金刚石就不是物理变化，而是化学变化，因为它变成了另外一种单质。物理变化前后，物质的种类不变、组成不变、化学性质也不变。这类变化的实质是分子的聚集状态（间隔距离、运动速度等）发生了改变，导致物质的外形或状态随之改变。物理变化表现该物质的物理性质。物理变化跟化学变化有着本质的区别。化学变化：是有新物质产生的变化叫做化学变化，又叫化学反应。化学变化在生产和生活中普遍存在。如铁的生锈、节日的焰火、酸碱中和,等等。宏观上可以看到各种化学变化都产生了新物质，这是化学变化的特征。从微观上可以理解化学变化的实质：化学反应前后原子的种类、个数没有变化，仅仅是原子与原子之间的结合方式发生了改变。例如对于分子构成的物质来说，就是原子重新组合成新物质的分子。物质的化学性质需要通过物质发生化学变化才能表现出来，因此可以利用使物质发生化学反应的方法来研究物质的化学性质，制取新的物质。化学变化常伴有光、热、气体、沉淀产生或颜色气味改变等表现现象发生，可以参照这些现象来判断有无化学反应发生。但要注意跟物理变化的区别。物理变化也常伴有发光（电灯）、放热（摩擦）、放出气体（启开汽水瓶盖）、颜色变化（氧气变成液氧）等现象发生，只是没有新物质生成，这是物理变化与化学变化的根本区别。根据反应物、生成物种类不同可以把化学反应分为化合、分解、置换和复分解4种基本类型。也可以从其他角度给化学反应分类，如分成氧化还原反应与非氧化还原反应；吸热反应与放热反应,等等。第二部分：运动和力空间：是用来描述物体的位形的。时间：是事物间的一种次序。时刻：指时间流逝中的一刹。时间间隔：指某一起始时刻至终了时刻所经过的