Giáo án Bài 6. Vật liệu cơ khí

Huy động hiểu biết sẵn có của HS về vật liệu cơ khí trong đời sống; xác định vấn đề cần giải quyết của bài học.

GV trình chiếu bốn vật dụng: khung xe đạp, nồi gang, dây điện lõi đồng, đệm lò xo có lớp cao su chống rung. HS trả lời hai câu hỏi: (1) Mỗi vật dụng được làm từ vật liệu gì? (2) Vì sao người thiết kế chọn vật liệu đó thay vì vật liệu khác?

HS nêu được ít nhất ba vật liệu đúng, ví dụ: khung xe đạp thường bằng thép hoặc hợp kim nhôm; nồi gang có tính đúc tốt; dây điện bằng đồng vì dẫn điện tốt; đệm cao su vì có tính đàn hồi. Từ đó HS rút ra vấn đề: để chọn đúng vật liệu cần biết các nhóm vật liệu và tính chất của chúng.

Nêu được vật liệu cơ khí gồm kim loại và phi kim; phân loại được kim loại đen, kim loại màu và các phi kim thường gặp.

Nhóm 4 HS đọc mục Kiến thức nền tảng trong SGK và mẫu vật liệu, hoàn thành Phiếu học tập số 1. Phiếu gồm các yêu cầu: (1) Liệt kê các nhóm vật liệu cơ khí chính. (2) Kim loại đen gồm những vật liệu nào, nền chính là nguyên tố nào? (3) Kim loại màu gồm những vật liệu nào? (4) Phi kim thường gặp là gì, ví dụ? (5) Chất dẻo nhiệt và chất dẻo nhiệt rắn khác nhau ở điểm nào? Cao su có đặc điểm gì nổi bật?

• Kim loại đen: chủ yếu dựa trên sắt, gồm thép và gang.
• Kim loại màu: nhôm, đồng và hợp kim của chúng.
• Phi kim: chất dẻo (nhiệt dẻo và nhiệt rắn) và cao su.
• Chất dẻo nhiệt có thể mềm khi nung phù hợp; chất dẻo nhiệt rắn không thể tái tạo hình chỉ bằng cách nung như vậy.
• Cao su có tính đàn hồi.
  Kết luận: Vật liệu cơ khí gồm kim loại và phi kim.

Giải thích được các nhóm tính chất cần xét khi chọn vật liệu; giải thích được vì sao cứng không đồng nghĩa với dẻo và không chọn vật liệu chỉ dựa vào vẻ ngoài.

Các nhóm chuyên gia (mỗi nhóm nghiên cứu một nhóm tính chất: cơ học; vật lí; hóa học và gia công) hoàn thành Phiếu học tập số 2. Phiếu gồm: (1) Nhóm tính chất cơ học gồm những gì? Dẻo là gì? (2) Vì sao cứng không đồng nghĩa dẻo? (3) Gang và thép khác nhau về độ giòn và tính đúc như thế nào? (4) Nhôm nhẹ hơn thép, đồng dẫn điện tốt: đó là tính chất thuộc nhóm nào? (5) Vì sao không thể chọn vật liệu chỉ dựa vào vẻ ngoài?

• Cơ học: bền, dẻo, cứng. Dẻo là khả năng biến dạng mà chưa bị phá hủy trong điều kiện xét.
• Cứng không đồng nghĩa dẻo: một vật có thể rất cứng nhưng dễ giòn, vỡ khi bị va đập.
• Gang có tính đúc tốt nhưng thường giòn hơn thép thông dụng; thép phù hợp với chi tiết cần bền và gia công tốt.
• Nhẹ (khối lượng riêng nhỏ) và dẫn điện, dẫn nhiệt là nhóm tính chất vật lí; nhôm nhẹ, đồng dẫn điện tốt (còn phụ thuộc mác hợp kim).
• Tính chất hóa học và khả năng gia công cũng cần xét khi chọn vật liệu.
• Không chọn vật liệu chỉ từ vẻ ngoài vì bên trong cấu trúc và thành phần mới quyết định tính chất.

Vận dụng kiến thức về phân loại, tính chất vật liệu và an toàn khảo sát để làm đúng các bài tập cơ bản.

HS làm nhanh các câu hỏi sau, sau đó đối chiếu đáp án do GV chiếu lên màn hình và có thể kiểm tra lại trên học liệu số NeoEdu:

1. Nhóm nào là kim loại màu? A. Thép và cao su; B. Gang và nhựa; C. Đồng và nhôm; D. Gang và thép.
2. Tính dẻo mô tả điều gì? A. Luôn cứng hơn mọi vật; B. Khả năng biến dạng mà chưa phá hủy trong điều kiện xét; C. Khả năng dẫn điện tốt nhất; D. Khối lượng riêng lớn nhất.
3. Ghép vật liệu với đặc điểm thường được khai thác: Đồng; Nhôm; Cao su phù hợp.
4. Nhận định: “Vật liệu cứng hơn luôn phù hợp hơn cho mọi chi tiết.” Đúng hay sai?
5. Hai mẫu cùng loại có khối lượng 35 g và 45 g. Tổng khối lượng là bao nhiêu gam?
6. Chọn các cách khảo sát mẫu an toàn trong lớp: A. Đọc nhãn nguồn và so đặc điểm mẫu được duyệt; B. Dùng cân theo hướng dẫn; C. Đốt nhựa trong phòng; D. Đổ axit lên mẫu tự mang.

Đáp án:

1. C (đồng và nhôm không thuộc nhóm nền sắt; gang và thép là kim loại đen).
2. B (dẻo liên quan đến biến dạng, khác với cứng, dẫn điện và khối lượng riêng).
3. Đồng – dẫn điện tốt; Nhôm – khối lượng riêng nhỏ so với thép; Cao su phù hợp – đàn hồi, làm chi tiết đệm. Lưu ý: đặc điểm phải kết hợp với yêu cầu thực tế, không áp dụng tuyệt đối cho mọi hợp kim.
4. Sai: cần phối hợp bền, dẻo, khối lượng, môi trường, gia công và chi phí.
5. 80 g (35 + 45 = 80 g; không suy ra khối lượng riêng khi chưa biết thể tích).
6. A và B (quan sát và cân trong phạm vi an toàn); C và D không làm vì gây nguy hiểm.

Vận dụng các yêu cầu chọn vật liệu và nguyên tắc an toàn để đề xuất phương án thay thế vật liệu và phương án nhận biết mẫu nhựa trong lớp học.

GV nêu hai tình huống:
Tình huống 1: Một chi tiết kết cấu được làm bằng thép có hình dạng nhất định. Nhóm đề xuất đổi sang nhôm vì nhôm nhẹ hơn thép thông dụng. Hãy nêu những điều cần kiểm tra trước khi thay vật liệu.
Tình huống 2: Vì sao không dùng cách đốt mẫu nhựa để nhận biết trong lớp? Hãy đề xuất phương án khác an toàn.

Tình huống 1 (thang 1 điểm; chấp nhận cách diễn đạt khác nếu đúng dữ kiện và có lí giải): Cần kiểm tra tải trọng tác dụng, độ bền và độ cứng, môi trường làm việc, cách liên kết, khả năng gia công và thiết kế; nhẹ hơn không chứng minh được chịu lực đủ. Việc thay vật liệu phải do người thiết kế xác nhận theo mác cụ thể, không tự ý đổi kết cấu.
Tình huống 2 (thang 1 điểm): Đốt tạo nguy cơ cháy và khói gây hại; việc quan sát cháy không cần thiết cho mục tiêu học tập. Phương án an toàn: dựa vào nhãn và thông số mẫu, ảnh hoặc cơ sở dữ liệu vật liệu, quan sát tính đàn hồi hoặc so sánh khối lượng theo hướng dẫn.