Урок физики в 10 классе по теме "Кристаллические и аморфные тела"

«Новоникольск орта мектебі»ММ

ГУ «Новоникольская средняя школа»

                                                                       «Утверждаю»

                                                                                                      Зам.директора по УР

                                                                                        _______________

                                                                                                            /Г.А.Кабдешева/

Урок физики в 10 класса

Тема: «Кристаллические и аморфные тела»

 

 

Подготовила и провела учитель математики и физики 1 квалификационной категории Шелега Т.И.

 

 

 

2015-2016 учебный год

Мерзім/ Дата                                                                   Сабақ/Урок 52

Тақырып/Тема  Кристаллические и аморфные тела.

Оқыту мен тәрбиелеудің міндеттері / Учебно-воспитательные задачи: 

обучения

·         сформировать у обучающихся понятия: «кристаллическое тело», «кристаллическая решетка», «монокристалл», «поликристалл», «аморфное тело»;

·         выявить основные свойства монокристаллов, поликристаллов и аморфных тел;

·         продолжить формирование общеучебного умения – работать в группе;

развития

·         развивать умения выделять главное;

·         развивать визуальное мышление – наблюдательность, умение систематизировать материал;

·         развивать познавательный интерес к предмету путем формирования мотивов деятельности, используя разнообразные формы работы;

воспитания

·         воспитывать научное мировоззрение, уважение к людям науки;

социализации

·         роль физических знаний и значения компьютерных технологий в сегодняшнем мире.

Средства обучения:

·         Учебник «Физика. 10 класс» Б.Кронгарт.

·         Проектор, компьютер, видеоматериалы (Приложение 1, Приложение 2, Приложение 3, Приложение 4).

·         Демонстрационное оборудование – модель кристаллической решетки, образцы кристаллов соли, сахара.

Методы обучения:

·         Словесный (объяснение учителя)

·         Наглядный (видео, презентация)

·         Практический (опытное исследование – наблюдение в микроскоп, решение задач)

Тип урока:  урок усвоения новых знаний.

                                                    План урока

1.     Организационная часть - 1 мин.

2.     Проверка домашнего  задания. 5 мин.(приём паутина)

3.     Вводное слово учителя - 2 мин.

4.     Беседа об известных свойствах твердых тел - 2 мин.

5.     Лекция учителя - 10 мин.

6.     Физминутка  -2 мин.

7.     Выступления групп - 10 мин.

8.     Просмотр эксперимента по выращиванию кристаллов -3 мин.

9.     Закрепление -3 мин

10. Подведение итогов. Домашнее задание - 2 мин.

                                            Сабақ барысы/Ход урока

В любой профессии любовь к ней является одним из условий успеха,
но это особенно справедливо для научно-исследовательской работы.
Э. Жолио-Кюри

1.Организационная часть. (1 мин.)

Приветствие. Проверка готовности класса к уроку. Сообщение темы, задач, плана урока.

2. Проверка домашнего задания. (5 мин.)

Учитель: Мы рассмотрели подробно на предыдущих уроках особенности газов и жидкостей. Для завершения МКТ нам необходимо рассмотреть  особенности твердых тел.

Приём «паутина»

Вопрос №1 В чем состоит основная задача МКТ? (Ответ: МКТ объясняет свойства макроскопических тел на основе знаний о строении вещества и поведении молекул).

Вопрос №2 Какие особенности о строении твердых тел нам известны из курса физики? (Ответы:  молекулы расположены очень близко друг к другу, силы взаимодействия между молекулами велики, молекулы совершают колебания около своих положений равновесия).

Вопрос №3 В чем отличия в строении жидкостей и твердых тел? (Ответ: в силах взаимодействия между молекулами, в расположении частиц, в скоростях и видах движения молекул).

Вопрос №4 Какие процессы перехода вещества из одного состояния в другое вы знаете? (плавление, кристаллизация, испарение)

Вопрос №5 Какой процесс называется плавлением? (Переход вещества из твёрдого состояния в жидкое называется плавлением)

Вопрос №6 Какой процесс называется кристаллизацией? (Процесс перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое называется кристаллизацией)

Вопрос №7 Какой процесс называется испарением? (Процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное)

3.Вводное слово учителя (2 мин.)

Учитель: Специальная область физики—физика твердого тела — занимается изучением строения и свойств твердых тел. Эта область физики является ведущей во всех физических исследова­ниях. Она составляет фундамент современной техники.

В любой отрасли техники используются свойства твердого те­ла: механические, тепловые, электрические, оптические и т. д. Все большее применение в технике находят кристаллы. 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»

4.Беседа об известных свойствах твердых тел (2 мин.)

Учитель: Вспомните, какие свойства твердых тел вам известны?

1.     Сохранение формы и объема.

2.     Плавится при определенной температуре - температуре плавления.

3.     Имеет упорядоченное внутреннее строение

Учитель: С кристаллическими телами мы часто встречаемся в нашей повседневной жизни: соль, сахар, речной песок, лед, драгоценные камни. 

Учитель: У вас на столах стоит микроскоп, и лежат кристаллы соли и сахара. Предлагаю вам рассмотреть строение сравнить их кристаллические решётки.

Ученики: Кристаллы отличаются внешними признаками: правильностью формы, наличием плоских граней, симметрией. Это объясняется тем, что внутреннее строение кристаллов - упорядоченное. В расположении молекул существует как ближний, так и дальний порядок. Это значит, что порядок в расположении частиц сохраняется как в малой области, так и на больших расстояниях в любой части кристалла.

5.Лекция учителя (10 мин.)

(Сопровождается показом слайдов из презентации и заполнением опорной таблицы) Приложение 1

Учитель: Все твёрдые тела делятся на кристаллические и аморфные.

Мы рассмотрим, в чём их сходство и различие.

Что такое кристаллы?

Кристаллы - это твёрдые тела, атомы или молекулы которых занимают определённые, упорядоченные положения в пространстве. Кристаллы одного и того же вещества имеют разнообразную форму. Цвет кристаллов различен, — очевидно, это зависит от примесей.

Для наглядного представления внутренней структуры кристалла используют его изображение с помощью кристаллической решётки. Различают несколько типов кристаллов:

1)Ионные. 2) атомные 3)металлические 4)молекулярные.

Частицы в кристалле образуют правильную про­странственную решетку. Пространственные решетки различных кристаллов различны. Перед вами модель пространственной решет­ки поваренной соли. (Демонстрирует модель кристаллической решетки)

Кристаллы делятся на два вида:

Монокристаллы - одиночные кристаллы. (кварц, слюда…) В кристаллах можно найти различные элементы симметрии (показывает на таблице, где изображены кристаллы). плоскость симметрии, ось симметрии, центр симметрии.

Поликристаллы - это твёрдые тела, состоящие из большого числа кристаллов, беспорядочно ориентированных друг относительно друга.(сталь, чугун …)

Поликристаллы тоже имеют правильную форму и ровные грани, температура плавления у них имеет постоянное значение для каждого вещества.

Но в отличии от монокристаллов, поликристаллы  изотропны, т.е. физические свойства одинаковые по всем направлениям. Это объясняется тем, что кристаллы  внутри располагаются беспорядочно, и каждый в отдельности обладает анизотропией, а в целом кристалл изотропен.

Кроме кристаллических тел существуют  - аморфные тела.

Аморфные тела – это твёрдые тела, где сохраняется только ближний порядок в расположении атомов. (Кремнезём, смола, стекло, канифоль, сахарный леденец).

Они не имеют постоянной температуры плавления и обладают текучестью

Аморфные тела изотропны, при низких температурах они ведут себя подобно кристаллическим телам, а при высокой подобны жидкостям.

Заполнение опорной таблицы

Сведения о веществе	Состояние твердого тела
	Кристаллическое		Аморфное
	Монокристаллы	Поликристаллы
Строение
Свойства

Приложение 2 «Виды кристаллических структур»

Различные типы кристаллов и возможное расположение узлов в пространственной решетке изучает кристаллография. В физике кристаллические структуры рассматривают не о точки зрения их геометрии, а по характеру сил, действующих между частицами кристалла, т. е. по типу связей между частицами. По характеру сил, которые действуют между частицами, находящимися в узлах решетки кристалла, различают четыре типичные кристаллические структуры: ионную, атомную, молекулярную и металлическую. Выясним, в чем заключается сущность различия между этими структурами.

Ионная кристаллическая структура характеризуется наличием положительных и отрицательных ионов в узлах решетки. Силами, удерживающими ионы в узлах такой решетки, являются силы электрического притяжения и отталкивания между ними. На рис. 11.6, а изображена кристаллическая решетка хлористого натрия (поваренной соли), а на рис. 11.6, б — упаковка ионов Na⁺ и Сl^— в такой решетке.

Разноименно заряженные ионы в ионной решетке расположены ближе друг к другу, чем одноименно заряженные, поэтому силы притяжения между разноименными ионами преобладают над силами отталкивания одноименных ионов. Этим и обусловливается значительная прочность кристаллов с ионной решеткой.

При плавлении веществ с ионной кристаллической решеткой из узлов решетки в расплав переходят ионы, которые становятся подвижными носителями зарядов. Поэтому такие расплавы являются хорошими проводниками электрического тока. Это справедливо и для водных растворов кристаллических веществ с ионной решеткой. Например, раствор поваренной соли в воде является хорошим проводником электрического тока.

Атомная кристаллическая структура характеризуется наличием нейтральных атомов в узлах решетки, между которыми имеется ковалентная связь. Ковалентной называется такая связь, при которой каждые два соседних атома удерживаются рядом силами притяжения, возникающими при взаимном обмене двумя валентными электронами между этими атомами.

Здесь надо иметь в виду следующее. Современный уровень физики позволяет рассчитать вероятность пребывания электрона в той или иной области пространства, занятого атомом. Эту область пространства можно изобразить в виде электронного облака, которое гуще там, где электрон чаще бывает, т. е. где больше вероятность пребывания электрона (рис.11.7, а).

Электронные облака валентных электронов двух атомов, образующих молекулу с ковалентной связью, перекрываются. Это означает, что оба валентных электрона (по одному от каждого атома) обобществляются, т. е. принадлежат обоим атомам одновременно, и большую часть времени проводят между атомами, связывая их в молекулу (рис. 11.7, б). Примером такого рода молекул являются молекулы Н₂, N₂ и т. п.

Ковалентная связь также соединяет в молекулы и разные атомы Н₂0, ИН₃, S0₂, СН₄, SiO₂ и т. д.

Очень многие твердые вещества имеют атомную кристаллическую структуру. На рис. 11.8 показана решетка алмаза и упаковка атомов в ней. В этой решетке каждый атом образует ковалентные связи с четырьмя соседними атомами. Германий и кремний тоже имеют решетку типа алмаза. Ковалентная связь создает весьма прочные кристаллы. Поэтому такие вещества обладают большой механической прочностью и плавятся лишь при высоких температурах.

Молекулярная кристаллическая структура.  Силами, удерживающими молекулы в узлах этой решетки, являются силы межмолекулярного взаимодействия. На рис. 11.9 показана кристаллическая решетка твердой двуокиси углерода СO₂ («сухого льда»), в узлах которой находятся молекулы СO₂ (сами-то молекулы СO₂ образованы ковалентными связями).

                         

Силы межмолекулярного взаимодействия сравнительно слабые, поэтому твердые вещества с молекулярной решеткой легко разрушаются при механическом воздействии и имеют низкую температуру плавления. Примерами веществ с молекулярной пространственной решеткой являются лед, нафталин, твердый азот и большинство органических соединений.

Металлическая кристаллическая структура (рис. 11.10) отличается наличием в узлах решетки положительно заряженных ионов металла. У атомов всех металлов валентные электроны, т. е. наиболее удаленные от ядра атома, слабо связаны с атомами. Электронные облака таких периферийных электронов перекрывают сразу много атомов в кристаллической решетке металла. Это означает, что валентные электроны в кристаллической решетке металла не могут принадлежать одному и даже двум атомам, а обобществляются сразу многими атомами. Такие электроны практически могут беспрепятственно двигаться между атомами.

                      

Таким образом, каждый атом в твердом металле теряет свои периферийные электроны, и атомы превращаются в положительно заряженные ионы. Оторвавшиеся от них электроны движутся между ионами по всему объему кристалла и являются тем «цементом», который удерживает ионы в узлах решетки и придает большую прочность металлу.

В первом приближении хаотическое движение свободных электронов в металле можно считать подобным движению молекул идеального газа. Поэтому совокупность свободных электронов в металле иногда называют электронным газом и при расчетах применяют к нему формулы, выведенные для идеального газа. (Рассчитайте таким путем среднюю скорость теплового движения электронов в металле при 0°С.) Существованием электронного газа в металлах объясняются как высокая теплопроводность, так и высокая электропроводность всех металлов.

 

Приложение 3 «Виды деформации»

  Деформация растяжения слайд 1

Деформация растяжения — вид деформации, при которой нагрузка прикладывается продольно от тела, то есть параллельно точкам крепления тела. Проще всего растяжение рассмотреть на буксировочном тросе для автомобилей. Трос имеет две точки крепления к буксиру и буксируемому объекту, по мере начала движения трос выпрямляется и начинает тянуть буксируемый объект. В натянутом состоянии трос подвергается деформации растяжения, если нагрузка меньше предельных значений, которые может он выдержать, то после снятия нагрузки трос восстановит свою форму.

Схема растяжения образца

Деформация растяжения является одним из основных лабораторных исследований физических свойств материалов. В ходе приложения растягивающих напряжений определяются величины, при которых материал способен:

1.     воспринимать нагрузки с дальнейшим восстановлением первоначального состояния (упругая деформация)

2.     воспринимать нагрузки без восстановления первоначального состояния (пластическая деформация)

3.     разрушаться на пределе прочности

Данные испытания являются главными для всех тросов и веревок, которые используются для строповки, крепления грузов, альпинизма. Растяжение имеет значение также при строительстве сложных подвесных систем со свободными рабочими элементами.

  Деформация сжатия слайд 2

Деформация сжатия — вид деформации, аналогичный растяжению, с одним отличием в способе приложения нагрузки, ее прикладывают по направлению к телу. Сдавливание объекта с двух сторон приводит к уменьшению его длины и одновременному упрочнению, приложение больших нагрузок образовывает в теле материала утолщения типа «бочка».

Схема сжатия образца

В качестве примера можно привести тот же прибор что и в деформации растяжения немного выше.

Деформация сжатия широко используется в металлургических процессах ковки металла, в ходе процесса металл получает повышенную прочность и заваривает дефекты структуры. Сжатие также важно при строительстве зданий, все элементы конструкции фундамента, свай и стен испытывают давящие нагрузки. Правильный расчет несущих конструкций здания позволяет сократить расход материалов без потери прочности.

  Деформация сдвига слайд 3

Деформация сдвига — вид деформации, при котором нагрузка прикладывается параллельно основанию тела. В ходе деформации сдвига одна плоскость тела смещается в пространстве относительно другой. На предельные нагрузки сдвига испытываются все крепежные элементы — болты, шурупы, гвозди. Простейший пример деформации сдвига – расшатанный стул, где за основание можно принять пол, а за плоскость приложения нагрузки – сидение.

Схема сдвига образца

  Деформация изгиба слайд 4

Деформация изгиба — вид деформации, при котором нарушается прямолинейность главной оси тела. Деформации изгиба испытывают все тела подвешенные на одной или нескольких опорах. Каждый материал способен воспринимать определенный уровень нагрузки, твердые тела в большинстве случаев способны выдерживать не только свой вес, но и заданную нагрузку. В зависимости от способа приложения нагрузки при изгибе различают чистый и косой изгиб.

Схема изгиба образца

Значение деформации изгиба важно для проектирования упругих тел, таких, как мост с опорами, гимнастический брус, турник, ось автомобиля и другие.

  Деформация кручения слайд 5

Деформация кручения – вид деформации, при котором к телу приложен крутящий момент, вызванный парой сил, действующих в перпендикулярной плоскости оси тела. На кручение работают валы машин, шнеки буровых установок и пружины.

Схема кручения образца

 

    Пластическая и упругая деформация

В процессе деформации важное значение имеет величина межатомных связей, приложение нагрузки достаточной для их разрыва приводит к необратимым последствиям (необратимая или пластическая деформация). Если нагрузка не превысила допустимых значений, то тело может вернуться в исходное состояние (упругая деформация).

За счет наличия деформационных способностей все известные материалы обладают набором полезных свойств – пластичностью, хрупкостью, упругостью, прочностью и другими.

6.Физминутка (2 мин)

7.Выступления групп (10 мин.)

Задание учащимся было дано заранее.

1 группа «Жидкие кристаллы»

2 группа «Самые известные алмазы мира»

8.Просмотр эксперимента по выращиванию кристаллов (3 мин)

https://www.youtube.com/watch?v=mHlalDPewK4

9.Закрепление (3 мин)

Составить вопросы к кроссворду. Приложение 4

С

У

Б

Л

И

М

А

Ц

И

Я

Д

Е

Ф

О

Р

М

А

Ц

И

Я

П

Л

А

В

Л

Е

Н

И

Е

Д

Ж

О

У

Л

Ь

Х

Р

У

П

К

О

С

Т

Ь

Т

В

Ё

Р

Д

О

С

Т

Ь

А

Н

И

З

О

Т

Р

А

П

И

Я

П

Л

А

С

Т

И

Ч

Н

О

С

Т

Ь

К

Р

И

С

Т

А

Л

Л

И

З

А

Ц

И

Я

О

Х

Л

А

Ж

Д

Е

Н

И

Е

А

Л

М

А

З

С

Т

Е

К

Л

О

10.Подведение итогов (2 мин.)

У великого учёного России М.В. Ломо­носова есть стихотворное «Письмо о пользе стекла», обращённое к графу И.И. Шувалову. В нём есть такие строки:

Неправо о вещах те думают, Шувалов,

Которые стекло чтут ниже минералов,

Приманчивым лучом блистающих в глаза:

Не меньше пользы в нём, не меньше в нём краса.

...Пою перед тобой в восторге похвалу

Не камням дорогим, ни злату, но стеклу.

Домашнее задание §7.1 учить, вопросы устно стр.229, практическое задание «Выращивание кристалла медного купороса»

Выставление оценок за урок.

Напишите на стикерах:

1. Письменно ответить на вопрос: значимость физики твердого тела?

2. Сегодня на уроке я… (узнал, доказал, научился, убедился, понял).

Новые понятия…

Интересным было…

Меня удивило…