Урок физики в 10 классе по теме Кристаллические и аморфные тела

Учитель физики  ГБОУ школы №48 Приморского района Санкт-Петербурга Аксельрод Галина Ханьевна                                          

Урок физики в 10а  классе   по теме      

Кристаллические и аморфные тела

Тип урока- изучение нового материала

Цель урока:

Раскрыть основные свойства кристаллических и аморфных тел.

Познакомить учащихся с правильной формой кристаллов и со свойством анизотропии, методом моделирования в изучении свойств кристаллов.

С целью политехнического образования показать значение физики твёрдого тела для народного хозяйства.

Оборудование:

Набор кристаллических тел, плакаты: “Кристаллы”, кристаллические решётки.

 модели кристаллов, компьютерная презентация, видеофрагмент «Рост кристаллов», телевизор.

Выставка кристаллических и аморфных тел.

1. Постановка проблемного вопроса

Алмаз и графит не похожи на вид –

Вот так разнолик углерод!

В природе встречается чаще графит,

С алмазом, увы, не везёт…

Графита немало, но редок алмаз …

А почему? Может, знает весь класс?

Вступительное слово учителя:

Мы живем на поверхности твердого тела – земного шара, в сооружениях, построенных из твердых тел, представляющих собой вещества в кристаллическом состоянии.

Специальная область физики – физика твердого тела, изучает строение и свойства твердых тел.

Наше тело, хотя и содержит 65% воды (мозг – 80%) тоже твердое. Орудия труда, машины, также сделаны из твердых тел.

В любой отрасли техники используются свойства твердого тела: механические, тепловые, электрические, оптические и т. д. Все большее применение в технике находят кристаллы.  Вы, наверное, знаете о заслугах советских ученых — академиков, лауреатов Ленинской и Нобелевской премий А. М. Прохорова и Н Г Басова в создании квантовых генераторов. Действие современных лазеров — основано на использовании свойств монокристаллов (рубина и др.) Как устроен кристалл? Почему многие кристаллы обладают удивительными свойствами? Каковы особенности структуры кристаллов, которые отличают их от аморфных тел? Ответы на эти и аналогичные вопросы вы сможете дать в конце урока. Запишем тему “Кристаллические и аморфные тела”.

Сообщение темы и цели урока «Кристаллические и аморфные тела»

План  урока.

Объяснение учителя в сопровождении слайдов презентации

1. Кристаллические тела и их свойства.

-Чем с точки зрения молекулярной физики отличаются твёрдые, жидкие и газообразные вещества?

-Меняется ли состав вещества при переходе из жидкого состояния в твёрдое?

-Как изменяется движение и взаимодействие частиц?

Твердые тела находятся преимущественно в кристаллическом состоянии.

-Что это значит?(сохранение формы и объёма)

Мир твёрдых тел разнообразен, но различают 2 класса твёрдых тел:

 кристаллические и аморфные.

Мы рассмотрим их свойства.

Что такое кристаллы?( посмотрите, какие плоские грани у крупинки поваренной соли, а как геометрически правильна форма снежинки)

Кристаллы – это твердые тела, атомы или молекулы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве.

Кристаллы имеют плоские грани. Их частицы расположены правильными, симметричными периодически повторяющимися рядами, сетками, решетками.

Однако, правильная внешняя форма не единственное и даже не главное следствие упорядоченного строения кристаллов.

Анизотропия кристаллов.

Основной характерной особенностью кристалла является его внутреннее строение, его закономерная структура.

Зависимость физических свойств от направления внутри кристалла называется анизотропией.

Все кристаллические тела анизотропные.

Они имеют правильную геометрическую форму и постоянную температуру плавления.

Например, кусок слюды легко расслаивается в одном из направлений на тонкие пластины, но разорвать его в направлении перпендикулярном пластинам гораздо труднее.

Легко расслаиваются в одном направлении кристаллы графита.

Когда Вы пишите карандашом, такое расслоение происходит непрерывно и тонкие слои графита остаются на бумаге. Кристаллическая решетка графита имеет сложную структуру. Слои образованы рядом параллельных сеток, состоящих из атомов углерода. Атомы располагаются в вершинах правильных шестиугольников.

Различные кристаллы в своем составе имеют одинаковые молекулы, но резко отличаются по физическим свойствам

Например графит и алмаз – это чистый  углерод (С), но графит мягок, легко расслаивается, непрозрачен, проводит электрический ток. Алмаз необычайно твёрд, прозрачен, не проводит электроток, обработанные алмазы в быту известны как? бриллианты. Как вы думаете, в чём причина такого различия?

Причина в типах кристаллических решеток.

При определённых условиях возможен переход вещества из одной кристаллической модификации в другую.

Многие кристаллы по-разному проводят теплоту и электрический ток в различных направлениях. От направления зависят и оптические свойства кристаллов.

3. Монокристаллы и поликристаллы.

Кристаллическую структуру имеют металлы. Именно металлы преимущественно используются для изготовления машин и механизмов.

(рассмотрим кусок металла) он состоит из огромного количества маленьких кристалликов. Свойства каждого зависят от направления , но они сориентированы беспорядочно, поэтому свойства металла одинаковы по всем направлениям.

Кристаллические тела делятся на монокристаллы и поликристаллы.

Поликристаллы – твердые тела, состоящие из большого числа маленьких кристалликов.

Большинство кристаллических тел – поликристаллы.

Монокристаллы – одиночные кристаллы (кварц, слюда).

Видеофрагмент «Рост кристаллов»

Зная внутренние строение кристаллов, можно по такой же структуре вырастить новые кристаллы, но уже искусственные

Сообщение уч-ся «Выращивание искусственных бриллиантов»

В природе существует твердые вещества, которые могут проявлять, как свойства кристаллических тел, так и свойства жидкости. Почему?

Потому, что в расположении частиц нет строгого порядка – это аморфные тела.             

    ( смола, стекло, пластмассы, канифоль, опал, янтарь)

4. Аморфные тела и их свойства.

Аморфные тела – это твердые тела, для которых характерно неупорядоченное расположение частиц в пространстве. К аморфным телам при определенных условиях относятся стекло, резина (включая жевательную резинку), каучук, смолы, пластмассы.

У аморфных тел нет определенной температуры плавления.

Все аморфные тела изотропны – их физические свойства одинаковы по всем направлениям.

При внешних воздействиях аморфные тела обнаруживают одновременно упругие свойства, подобно твёрдым телам, и текучесть ,подобно жидкости. Пример – смола.

Сообщение уч-ся «Жидкие кристаллы»

Практическая польза  жидких кристаллов

Наиболее характерным свойством ЖК является их способность изменять ориентацию молекул под воздействием электрических полей

Самая многообещающая область применения жидкокристаллических веществ — информационная техника 

Развитие физики твёрдого тела

Современная промышленность не может обойтись без самых разнообразных кристаллов. Они используются в часах, транзисторных приёмниках, вычислительных машинах, лазерах и многом другом.

Великая лаборатория-природа - уже не может удовлетворить спрос развивающейся техники:

·         на специальных фабриках выращивают искусственные кристаллы

·         учёные создают твёрдые тела с заданными механическими, магнитными, электрическими и другими свойствами, 

Сообщение уч-ся  «Роль добавок к сплавам для увеличения прочности металла»

Нанотехнология

В последнее время мы часто читаем и слышим это слово в средствах массовой информации. Также появилось много рекламы, предлагающей купить что-нибудь с приставкой «нано…».
А что это такое?
Мы хорошо знаем, что сантиметр – сотая доля метра, миллиметр – тысячная. А нано- просто обозначает миллиардную долю чего-либо.

Нанометр – миллиардная часть метра.

Технология (от греч. Technё – искусство, мастерство, умение и …логия) – совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе производства продукции.
А что означают эти два слова вместе?
От взаимного расположения и относительного количества атомов зависят не только свойства, но и само полученное в результате вещество. Все знают, что одни и те же атомы углерода в одной структуре образуют графит, а в другой – алмаз. Всего из трёх атомов – углерода, кислорода и водорода с небольшими добавками строятся все органические вещества, бактерии и вирусы, да и мы сами.

Так вот, эти атомы имеют размер как раз примерно в одну миллиардную долю метра!

Состав физических и химических веществ учёные научились определять довольно быстро. Сложнее было изучать взаимное расположение атомов. При различных технологических процессах или природных условиях образовывались вещества с различными свойствами. И эта задача различными физическими методами была к концу прошлого века в основном решена. Сейчас мы можем определить, куда в структуре при различных технологиях попадают дополнительные атомы, от которых зависят свойства вещества. Но их распределение в массе кристалла хаотическое, по-научному – статистическое.
 И этого для современной техники уже мало. Появившиеся нанотехнологии дают возможность собирать под контролем физических методов наблюдения кристаллы нужных свойств из отдельных атомов, как из деталей конструктора. То есть видеть и перемещать отдельные атомы размером в одну миллиардную долю метра. Отсюда и название – нанотехнологии.

Нанотехнология и в особенности молекулярная технология — новые, очень мало исследованные дисциплины. Основные открытия, предсказываемые в этой области, пока не сделаны. Тем не менее, проводимые исследования уже дают практические результаты. Использование в нанотехнологии передовых научных достижений позволяет относить её к высоким технологиям.

Применение наноматериалов и нанообъектов для отслеживания, конструирования и изменения биологических систем человека на наномолекулярном уровне.

Центральные процессоры — 15 октября 2007 года компания Intel заявила о разработке нового прототипа процессора, содержащего наименьший структурный элемент размерами примерно 45 нм

• Жёсткие диски — в 2007 году Питер Грюнберг и Альберт Ферт получили Нобелевскую премию по физике за открытие GMR-эффекта, позволяющего производить запись данных на жестких дисках с атомарной плотностью информации.
• Нанороботы — роботы, созданные из наноматериалов и размером сопоставимые с молекулой, обладающие функциями движения, обработки и передачи информации, исполнения программ.
• Nokia Morph — проект сотового телефона будущего, созданный совместно научно-исследовательским подразделением Nokia и Кембриджским университетом на основе использования нанотехнологических материалов.
• сканирующий зондовый микроскоп высокого разрешения,
• Наноаккумуляторы - инновационного нанотехнологического материала для электродов литий-ионных аккумуляторов. Аккумуляторы с Li₄Ti₅O₁₂ электродами имеют время зарядки 10-15 минут.

Федеральная целевая программа «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации

• Наноэлектроника
• Наноинженерия —
• Функциональные наноматериалы для энергетики 
• Функциональные наноматериалы для космической техники 
• Нанобиотехнологии 
• Конструкционные наноматериалы 
• Нанотехнологии для систем безопасности 

Выставка кристаллов Чукотки ?

Итоговый тест

1. Закончите предложение.

«Агрегатное состояние вещества определяется расположением, характером движения и взаимодействия …

2.Найдите соответствие между агрегатным состоянием вещества и расстоянием между молекулами.

1) газообразное;

2) твердое;

3) жидкое.

а) расположены упорядоченно, вплотную друг к другу;

б) расстояние во много раз больше размеров молекул;

в) расположены беспорядочно друг возле друг

3.Какие свойства, указанные ниже, относятся к  твердым телам:

1. Занимают весь предоставленный объём
2. Имеют определённую форму
3. Сохраняют свой объём
4. Легко сжимаемы.

4. Закончите предложение. «Зависимость физических свойств от направления внутри кристалла называется …

5. Найдите соответствие между твердыми телами и кристаллами.

1) монокристаллы;

2) поликристаллы.

а) одиночные кристаллы;

б) большое число маленьких кристалликов

6. Найдите соответствие между веществом и его состоянием.

1) крупинка соли;

2) смола;

3) кусочек сахара-рафинада

а) поликристаллическое состояние;

б) монокристаллическое состояние;

в) аморфное состояние.

7. Найдите соответствие между телами и температурой плавления.

1) кристаллические тела;

2) аморфные тела.

а) определенной температуры плавления нет;

б) температуры плавления постоянная.

8. Установи соответствие : 1.                       

Взаимопроверка.

Итог урока.

Д.з.§75-76

2 качественные задач

Краткое описание документа:

Кристаллические и аморфные тела

Тип урока- изучение нового материала

Цель урока:

Раскрыть основные свойства кристаллических и аморфных тел.

Познакомить учащихся с правильной формой кристаллов и со свойством анизотропии, методом моделирования в изучении свойств кристаллов.

С целью политехнического образования показать значение физики твёрдого тела для народного хозяйства.

Оборудование:

Набор кристаллических тел, плакаты: “Кристаллы”, кристаллические решётки.

модели кристаллов, компьютерная презентация, видеофрагмент «Рост кристаллов», телевизор.

Выставка кристаллических и аморфных тел.