Методическая разработка урока на тему "Основы МКТ"

Управление образования и науки Липецкой области

Государственное областное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

 «Лебедянский торгово-экономический техникум»

Методическая разработка

открытого урока

по дисциплине: «Физика»

«Основные положения МКТ»

Лебедянь

Аннотация.

Настоящая методическая разработка написана в качестве рекомендательного пособия для преподавателей.

Методическая разработка написана с целью обмена опытом, оказания методической помощи преподавателям в проведении урока по дисциплине «Физика».

      Урок  по теме «Основные положения МКТ» позволяет сформировать у студентов атомно-молекулярные представления о строении вещества, доказать их с помощью наблюдений и опытов, научить применять полученные знания на практике.

Урок проводится в форме традиционного комбинированного урока. Эффективность урока обусловлена использованием ряда сменяющих друг друга методов обучения: рассказ преподавателя, беседа, доклады учащихся, решение задач, демонстрационный эксперимент. Активизация работы студентов на занятиях есть средство формирования творчески мыслящей личности, умеющей приобретать необходимые знания и применять их на практике. Изучение нового материала сопровождается демонстрацией презентации по данной тематике. Использование ТСО делает урок более мобильным.

Содержание

Введение

1. цели урока;

2. материально – техническое обеспечение урока

3.    вид занятия;

4.    тип урока;

Основная часть

1.     организационная часть

2.     мотивация учебной деятельности

3.     ход урока

4.     подведение итогов урока

5.     домашнее задание

Заключение

Список литературы

Приложения

Введение.

Назначение разработки – повысить методический уровень преподавания.

Эта тема является важной при изучении  раздела «Молекулярная физика». В процессе изучения темы студенты исследуют внутреннее строение тел, их свойства; подтверждают атомно-молекулярное строение вещества с помощью наблюдений, опытов; объясняют, почему существуют твердые тела, жидкости и газы.

Яркой особенностью современного урока является широкое освещение на нем роли ученых в становлении физики и вообще науки, показ борьбы идей и взглядов на долгом, зачастую противоречивом историческом пути науки. Данный урок содержит «исторический» компонент, включающий множество вопросов по становлению физики как науки. Урок проводится с использованием инновационных технологий.

1. Цели:

образовательная: познакомить студентов с основными положениями молекулярно-кинетической теории, с наблюдениями и опытами, доказывающими атомно-молекулярное строение вещества, с агрегатными состояниями вещества, с открытиями размеров, масс, скоростей молекул разных веществ, формулами для их вычисления, физическими величинами, единицами их измерения;

развивающая: развивать умение применять теоретические знания для объяснения явлений природы, быстро находить правильный ответ, решать типовые задачи по данной теме, интерес   к   изучению физики, расширять кругозор студентов;

            воспитательная: формирование информационной и коммуникативной культуры студентов; воспитывать чувство коллективизма, взаимопомощи, ответственности, взаимопонимания, уважения к мнению других.

2. Материально – техническое обеспечение урока:

раздаточный материал: подборка литературы, задачники, справочные таблицы;

оборудование: палка, эфир, мяч;

технические средства: компьютер, мультимедийная установка;

наглядные пособия: презентация «Основные положения МКТ».

 Вид занятия: урок.

 Тип занятия: комбинированный урок

 

 Междисциплинарные связи: алгебра, химия

Основная часть

1.     Организационная часть.

   Организационная часть урока заключается в том, что преподаватель проверяет готовность студентов к проведению занятия, наличие необходимых пособий и оборудования.

2.     Мотивация учебной деятельности.

   Настроить группу на внимание, подчеркнуть важность темы в освоении курса физики, сообщить цели и задачи урока. Проводиться логическая связь от изученных ранее вопросов к вопросам, которые предстоит изучить.

3.     Изучение нового материала. (Приложение 1)

1)    Основные положения МКТ.

2)    Доказательство первого положения МКТ:

а) масса и размеры молекул;

б) основные понятия и формулы;

  в) научные достижения Д.И. Менделеева (сообщение студента);

Сам Д.И. Менделеев писал так о своих заслугах перед наукой: «Всего более четыре предмета составили мне имя: периодический закон, исследования упругости газов, понимание растворов как ассоциаций, «Основы химии». Тут все мое богатство. Оно не отнято у кого-нибудь, а произведено мною, это мои дети, и ими, увы, дрожу сильно, столько же, как и детьми»

г) решение задачи № 116

д) явление диффузии (демонстрационный эксперимент);

е) диффузия в газах, жидкостях и твердых телах (демонстрационный эксперимент);

3) Доказательство второго положения МКТ:

а) скорости молекул (сообщение студента);

б) броуновское движение (демонстрационный эксперимент);

Описание броуновского движения физиком Р. Полем стр. 154 учебник: Физика-10, Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н.

в) агрегатные состояния вещества;

г) объяснение агрегатных состояний вещества с точки зрения атомно-молекулярного строения вещества;

4) Доказательство третьего положения МКТ.

4.     Закрепление материала.

Для закрепления материала можно предложить студентам решить несколько задач у доски (Приложение 2), а затем решить несколько задач самостоятельно (Приложение 3)

5. Подведение итогов урока.

 Заключительное слово преподавателя:

Напомню вам еще раз основные положения молекулярно-кинетической теории:

МКТ нам говорит:

Все из частичек состоит,

Соединенья их многообразны,

Поэтому и свойства тел

                Разнообразны!

Частицы те всегда в движенье,

И существует между ними

                    Притяженье,

Отталкивание тоже есть,

И в теле столько их,

Что трудно счесть!

6. Домашнее задание.

1.     Мякишев Г.Я. Физика-10, с. 145-159;

2.     проработка конспекта занятия;

3.     задача № 117:

Молярная масса азота равна 0,028 кг/моль. Чему равна масса молекулы

азота?

Заключение

Стремление к разнообразию учебного процесса, пробуждению интереса студентов к занятиям по физике способствует организации учебного процесса так, чтобы она соответствовала требованиям современной жизни. Известно, что без разнообразия форм и видов работы на уроке, без их связи с жизнью невозможно выполнить главную задачу урока: обеспечить оптимальное развитие каждого, создав условия для творческого труда с максимально возможной производительностью. Данный урок как раз и призван решить эти задачи. Для того, чтобы сделать урок более интересным подобраны эпиграфы, стихотворения, исторический материал. Для активизации студентов на уроке используются различные формы работы: фронтальный теоретический опрос, решение задач и многие другие. Более наглядным урок делает демонстрация презентации по данной теме. Особое познавательное и воспитательное значение имеет ознакомление студентов с  высказываниями и достижениями ученых в науке.         

Список литературы

1.           Боброва С.В. Нетрадиционные уроки в школе, Волгоград: Учитель, 2010;

2.           Дмитриева В.Ф. «Физика», М.: Изд. Центр «Академия», 2011;

3.           Жданов Л.С. «Учебник по физике», М.: Изд-во «Наука», 1977;

4.           Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. «Физика-10», М.: Просвещение, 2012;

5.           Рымкевич А.П. «Сборник задач по физике», М.: Просвещение, 2012;

6.           Журнал «Физика в школе».

     Приложение 1

Основные положения молекулярно-кинетической теории. Наблюдения и опыты, подтверждающие атомно-молекулярное строение вещества. Масса и размеры молекул.

1. Основные положения молекулярно-кинетической теории.

«Механика» изучает движение тел, но она не в состоянии объяснить, почему существуют твердые, жидкие и газообразные тела и почему эти тела могут переходить из одного состояния в другое.

Исследование внутренних свойств тел не входит в задачу механики. В механике говорят о силах, как о причинах изменения скоростей тел, но происхождение и природа этих сил не выясняется. Остается непонятным, почему при сжатии тел возникают силы упругости, почему возникают силы трения. На эти и многие другие вопросы механика Ньютона ответов не дает.

Чтобы получить ответы на эти вопросы, мы начинаем изучение раздела «молекулярная физика»

1. Основные положения МКТ:

1)    Все вещества состоят из молекул, между которыми существуют промежутки.

2)    Молекулы находятся в непрерывном и хаотическом движении.

3)    Между молекулами на небольших расстояниях действуют силы притяжения и силы отталкивания. Природа этих сил электромагнитная.

2. Наблюдения и опыты, подтверждающие атомно-молекулярное строение вещества.

 Все эти положения были доказаны и подтверждены с помощью опытов.

        I положение: были определены размеры и массы молекул.

Молекула – наименьшая частица вещества, сохраняющая свойства этого вещества и способная к самостоятельному существованию.

       II положение: Диффузией называется – перемешивание газов, жидкостей и  твердых тел при непосредственном контакте. Движение молекул доказывает и тот факт, что газ занимает весь предоставленный ему объем. Различные жидкости легко смешиваются. К числу опытных доказательств того, что молекулы движутся - относится и явление, которое в 1827 году наблюдал английский ботаник Броун (споры плауна в жидкости).

Опыт: краска в жидкости (мелкие частицы краски беспорядочно перемещаются из одного места в другое, более крупные лишь колеблются).

Броуновское движение объясняется тем, что молекулы жидкости ударяются о частички краски, приводя их тем самым в движение.

 III положение: попробуйте сломать толстую палку. Это сделать трудно. Палка состоит из молекул, и если бы между ними не было сил притяжения, то палка рассыпалась бы. И вообще все вещества в природе находились бы только в газообразном состоянии. Но т.к. есть еще жидкости и твердые тела, следовательно, между молекулами существуют силы притяжения. Но кроме притяжения на близких расстояниях возникают силы отталкивания. Почему?

Молекулы состоят атомов, атом - из атомного ядра и электронов. Ядро заряжено положительно, электроны – отрицательно, в целом молекула нейтральна. На больших расстояниях между ними не действуют  никакие силы. Пример: газы, они занимают весь представленный объем.

При сближении молекул между ними начинают действовать силы притяжения, которые возникают между электронами одной молекулы и ядром другой. При еще большем сближении на расстояние меньше  радиусов молекул, когда электронные оболочки атомов начинают перекрываться, возникают силы отталкивания, которые быстро нарастают и превышают силы притяжения. Таким образом, силы взаимодействия молекул зависят от расстояния между ними.

3. Опыт Штерна.

Хаотическое движение молекул – это движение тепловое, т.е. при нагревании тела, скорость движения молекул увеличивается.

Скорость движения молекул была вычислена экспериментально в опыте Штерна (1920г).

Прибор состоит из двух концентрических цилиндров А и В, жестко связанных друг с другом. Цилиндры могут вращаться с постоянной угловой скоростью. Вдоль оси малого цилиндра натянута тонкая платиновая проволочка О, покрытая слоем серебра. По этой проволочке пропускают электрический ток. В стенке цилиндра А имеется узкая щель. Воздух из цилиндров откачан.

Вначале прибор неподвижен. При прохождении тока по нити слой серебра испаряется и внутренний цилиндр заполняется газом из атомов серебра. Некоторые атомы пролетают через щель и осаждаются на внутренней поверхности цилиндра В. В результате прямо против щели образуется узкая полоска серебра М. Затем цилиндры приводят во вращение с угловой скоростью ω. Теперь за время t, необходимое атому для прохождения пути, равного разности радиусов цилиндров r_В – r_А, цилиндры повернутся на некоторый угол. В результате атомы попадут на внутреннюю поверхность цилиндра В не прямо против щели, а на некотором расстоянии ℓ. Это расстояние равно:              

ℓ = ω ּ r_В ּ t

Скорость атома                               υ =

Подставляя в эту формулу значение t из первой формулы получим:

                                                      υ  =

Зная ω, r_А, r_В, и измеряя смещение ℓ находят среднюю скорость атомов серебра. В опыте Штерна она оказалась близкой к 500 м / с.

4. Масса и размеры молекул

Экспериментальным подтверждением первого положения МКТ было определение размеров молекул.

Опыт (масло на поверхности воды никогда не займет всей поверхности, предполагают, что оно расплылось слоем толщиной в 1 молекул. Объем масла:                                  V=S · d         d = 4 · 10^{-9 м}

В настоящее время существует ряд методов, позволяющих измерять размеры молекул и атомов, которые приблизительно одинаковы для молекул каждого вещества. Например, размеры молекул кислорода составляют примерно 3∙10^{-10 м, воды – около 2,6∙10-10 м.}

Молекулы и атомы очень малы, что представить себе их размеры можно только путем сравнений. Например, атом железа во столько же раз меньше грецкого ореха, во сколько раз орех меньше Луны.

Как ни малы атомы и молекулы их массы измерены довольно точно

Массы их очень малы. Например, масса молекулы кислорода равна 53,5∙10^{-27 кг, водорода – 3,34∙10-27 кг. На практике пользоваться такими числами неудобно. Их трудно запомнить и производить над ними арифметические действия. Поэтому удобно использовать в расчетах не абсолютные значения масс, а относительные. Относительная молекулярная масса измеряется в атомных единицах массы:}

1 а.е.м. = 1,66 · 10^{-27 кг}

По международному соглашению массы всех атомов молекул сравнивают с  массы атома углерода. Относительной молекулярной массой называют отношение массы молекулы или атома вещества к  массы атома углерода:

       где  m₀ – масса молекулы; 

              - масса атома углерода

Относительные атомные массы элементов представлены в периодической таблице Менделеева.

Следующее понятие, с которым мы познакомимся, это количество вещества ν выражается оно в молях.

Моль – это количество вещества, в котором содержится столько же молекул или атомов, сколько их содержится в 0,012 кг углерода.

1 моль любого вещества содержит одинаковое количество атомов или молекул. Количество молекул в одном моле вещества называется постоянной Авогадро в честь итальянского ученого XIX в. и обозначается N_А

N_А = 6,02 · 10²³ моль^-1

Используя  N_А  можно выразить количество вещества:

ν  =    [моль]                  [1]

Количество вещества равно отношению числа молекул в данном теле к постоянной Авогадро.

Вместе с относительной молекулярной массой используется молярная масса – это масса вещества взятого в количестве одного моля:

М= m_0·N_А                                 [2]

М=М_r· 10^-3 (кг/моль)

Масса любого количества вещества равна произведению массы одной молекулы на число молекул в теле:

m = m₀N,

а    N =                                  [3]

а из формулы   [2 ]   выразим   N_А= ; 

Подставим значения N и  N_a   в формулу    [1 ]

ν     

ν

Количество вещества равно отношению массы вещества к его молярной массе.

Число молекул из формулы   [1]:                  

N = ν =

5. Объяснение агрегатных состояний вещества на основе атомно-молекулярных представлений.

Характер теплового движения молекул и атомов зависит от агрегатного состояния вещества и определяется силами молекулярного взаимодействия. Вещество может находиться в четырех агрегатных состояниях: твердом, жидком, газообразном и плазменном. Качественное объяснение основных свойств вещества, находящегося в определенном агрегатном состоянии, дает молекулярно-кинетическая теория.

Газы. Частицы газа не связаны молекулярными силами притяжения и движутся свободно, равномерно, заполняя весь предоставленный им объем. В газах при нормальных условиях молекулы находятся на расстояниях, во много раз превышающих размеры самих молекул. Молекулы газа движутся со скоростями порядка нескольких сотен метров в секунду. Их взаимодействие друг с другом происходит только при соударении. Давление внутри газа и на стенки сосуда, в котором он заключен, создается столкновениями молекул друг с другом и со стенками сосуда. При этих столкновениях передается импульс, который обусловливает давление газа. Вследствие того что силы молекулярного взаимодействия практически отсутствуют, газы могут легко сжиматься и неограниченно расширяться.

Жидкости. Это агрегатное состояние вещества, в котором наблюдается упорядоченное относительное расположение соседних частиц. Молекулы жидкости совершают колебательное движение около определенных положений равновесия. Эти колебания возможны потому, что между молекулами жидкости существует своеобразное «свободное» пространство.
Советский физик-теоретик Я. И. Френкель разработал теорию, согласно которой время оседлой жизни» частицы, т. е. время колебания около положения равновесия, очень мало, порядка 10^-10 – 10^-12 с, после чего частица переходит в новое положение равновесия и, таким образом, перемещается внутри жидкости. С повышением температуры время «оседлой жизни» молекул жидкости уменьшается. Основное свойство жидкости — текучесть. Под действием внешней силы в жидкости появляется направленность скачков частиц из одного «оседлого положения» в другое вдоль направления действия силы. Вот почему жидкость течет и принимает форму сосуда, в котором она находится.

Твердые вещества. Они отличаются от двух предыдущих агрегатных состояний вещества постоянством формы и объема. В твердых телах атомы и молекулы жестко связаны друг с другом, образуя пространственные кристаллические решетки, упорядоченное, периодически повторяющееся в пространстве расположение частиц. Силы взаимодействия (силы притяжения) настолько велики, что частицы твердого тела не могут удалиться от своих «соседей» на сколько-нибудь значительное расстояние. Тепловое движение частиц в твердых телах представляет собой хаотическое колебание относительно их положений равновесия. В кристаллах положениями равновесия являются узлы кристаллической решетки, т. е. точки, соответствующие наиболее устойчивому положению частиц твердого тела.
Расположение частиц в кристаллических решетках обусловливает форму и свойства кристаллов. Наряду с твердыми телами в природе встречаются и аморфные тела, у которых отсутствует кристаллическая решетка. Примером аморфных тел могут быть пластилин, стекло, смола и другие вещества. Аморфное состояние — это неустойчивое состояние, которое с течением времени переходит в кристаллическое.

Плазма. Это еще одно агрегатное состояние вещества. Плазма – это частично или полностью ионизированный газ, который содержит равное количество положительных и отрицательных ионов и в целом электрически нейтрален. Она может быть получена при нагревании вещества до очень высоких температур (порядка 10⁵ К). При этих условиях вещество находится в газообразном состоянии, причем вследствие тепловых столкновений почти все атомы превращаются в ионы. Подобные условия существуют на Солнце и других звездах, где температура достигает порядка 10⁹ К и более.

Характеристики газов, жидкостей и твердых тел

Газы	Жидкости	Твердые тела
Расстояния большие Беспорядочно движутся, занимая весь объем Сжимаются Не имеют ни формы, ни объема	Расстояния маленькие Колеблются лишь изредка перескакивая на другое место Мало сжимаемы Не сохраняют форму, но сохраняют объем	Расстояния очень маленькие  Колеблются возле положения равновесия (образуют кристаллическую решетку) Не сжимаемы Сохраняют и форму и объем.

Приложение 2

1.     Определить молярные массы водорода и гелия.

М(Н) = 1 · 10^-3 кг/моль

М(Не) = 4 · 10^-3 кг/моль

2. Чему равна масса молекулы водорода (Н₂)?

2. Дано: М(Н) = 2 · 10-3 кг/моль	Решение: M = m0NA	m0 =
m0 = ?

3. Какое количество вещества составляют 5,418·10²⁶ молекул?

3. Дано:  N = 5,418·1026	Решение:
ν = ?

4. Определить количество вещества в 6 кг водорода (Н₂).

4. Дано:  m = 6 кг	Решение:   М(H2)=2·10-3кг/моль
ν = ?

5. Сколько молекул содержится в 1 кг водорода (Н₂)?

5. Дано:  m = 1 кг	Решение:   М(H2)=2·10-3кг/моль
N = ?

6. В сосуде находится 3 моль кислорода. Сколько примерно атомов кислорода в сосуде?

6. Дано:   ν = 3 моль	Решение:
N = ?

Приложение 3.

1.     Найти молярную массу кислорода.

М(О) = 16 · 10^-3 кг/моль

2.     Чему равна масса молекулы кислорода?

2. Дано: М(О2) = 32 · 10-3 кг/моль	Решение: M = m0NA	m0 =
m0 = ?

3.     Какое количество вещества составляют 1,204·10²⁴ молекул?

3. Дано:  N = 1,204·1024	Решение:
ν = ?

4.     Какое количество вещества содержится в алюминиевой отливке массой 5,4 кг?

4. Дано:  m = 5,4 кг	Решение:   М(Al)=27·10-3кг/моль
ν = ?

5.     Сколько молекул содержится в 1 г аргона (Аr)?

5. Дано:  m =1 г	СИ = 10-3 кг	Решение: М(Ar)=40·10-3кг/моль
N = ?

6.     Сколько атомов содержится в 8 молях гелия?

6. Дано:   ν = 8 моль	Решение:
N = ?

Учебно-методическая карта занятия № 17

Дисциплина: физика

Тема: Основные положения МКТ.

Вид занятия: урок

Тип урока: комбинированный

Цели:

Ø образовательная: познакомить студентов с основными положениями молекулярно-кинетической теории, с наблюдениями и опытами, доказывающими атомно-молекулярное строение вещества, с агрегатными состояниями вещества, с открытиями размеров, масс, скоростей молекул разных веществ, формулами для их вычисления, физическими величинами, единицами их измерения;

Ø воспитательная: формирование информационной и коммуникативной культуры студентов; воспитывать чувство коллективизма, взаимопомощи, ответственности, взаимопонимания, уважения к мнению других.

Ø развивающая: развивать умение применять теоретические знания для объяснения явлений природы, быстро находить правильный ответ, решать типовые задачи по данной теме, интерес   к   изучению физики, расширять кругозор студентов;

Междисциплинарные связи: алгебра, химия

Материально-техническое обеспечение занятия:

раздаточный материал: подборка литературы, задачники, справочные таблицы;

оборудование: палка, эфир, мяч;

технические средства: компьютер, мультимедийная установка;

наглядные пособия: презентация «Основные положения МКТ»;

методическое обеспечение занятия: учебно-методическая карта занятия, методическая разработка, календарно-тематический план, рабочая программа.

Литература:

    основная:

1.     Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б. «Физика – 10», М. «Просвещение»;

2.     Дмитриева В. Ф. «Физика», М. «Академия»,

Хронологическая карта занятия

№ п/п	Элементы занятия и узловые вопросы	Методы обучения	Время, мин	Примечание
1	Организационная часть - проверка  готовности студентов к уроку; - проверка присутствующих; - настрой на работу	монологический	2-3	воспитание дисциплинированности
2	Мотивация  учебной деятельности студентов - сообщение темы и цели занятия	монологический	2-3
3	Этап подготовки студентов к активному усвоению новых знаний - сообщение и постановка целей и задач изучения материала	создание проблемной ситуации	1-2	показ значимости изучаемого материала
4	Изучение нового материала 1)      Основные положения МКТ. 2)      Доказательство первого положения МКТ: а) масса и размеры молекул; б) основные понятия и формулы; в) научные достижения Д.И. Менделеева; г) явление диффузии; д) диффузия в газах, жидкостях и твердых телах; 3) Доказательство второго положения МКТ: а) скорости молекул; б) броуновское движение; в) агрегатные состояния     вещества; г) объяснение агрегатных состояний вещества с точки зрения атомно-молекулярного строения вещества; 4) Доказательство третьего положения МКТ.	диалогический, сообщение студентов демонстрац. эксперимент.	55	подача материала логически завершенными блоками; использование вопросов, требующих активности, самостоятельной мыслительной деятельности
5	Закрепление знаний - обеспечить формирование знаний на основе использования вопросов требующих систематизации знаний; - сформировать умения применять теоретические знания на практике	решение задач	25	Установить правильность и осознанность изученного материала
6	Подведение итогов занятия - обобщение материала; - оценивание работы студентов с комментариями	монологический	2
7	Домашнее задание - проработка конспекта занятия; - Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б. «Физика – 10», с. 145-159; - решить задачу №117.	монологический	2
8	Заключительная часть занятия - приведение в порядок рабочих мест		1-2	воспитание аккуратности

                                                                                 Преподаватель: С.В. Маркова