Тип урока: закрепление и систематизация знаний
Форма урока: урок - соревнование
Общеобразовательная цель: углубить знания учащихся по теме “Кристаллы”, показать учащимся возможность создания новых материалов с заданными свойствами.
Воспитательная: научить учащихся работать с дополнительной литературой, содействовать в ходе урока развитию идеи материальности мира, идеи движения, развития в природе, познаваемости мира.
Развивающая: развивать навыки выступления перед аудиторией, умение мыслить, рассуждать, анализировать.
Оборудование:
1). Выращенные кристаллы;
2). Модели кристаллических решёток;
3). Гонг (диск и молоток);
4). Магнитофон;
5). Бумага для кроссвордов;
6). Песня (танец и костюмы);
7). Ромашка с вопросами;
8). Чёрный ящик - соль, йод, карандаш, гвоздь;
9). Два графика.
Физика – наука о природе. Физика – наука экспериментального. Физика – это фундаментальные исследования. Сегодня мы будем говорить о физических явлениях, а значит, о явлениях природы, о фундаментальных исследованиях, а значит, и о будущем науки и техники.
В век научно – технической революции сильно возрастает потребность многих отраслей народного хозяйства в экономических и высококачественных материалах, обладающих определенными свойствами: особо устойчивые к нагреванию, действию химических реагентов, коррозии.
Многие из применяемых в технике материалов не встречаются в природе в естественном виде – их создал человек. В современной технике используются свыше 20 тысяч конструкционных и строительных материалов, их ассортимент с каждым годом растёт за счёт создания новых материалов и сплавов.
Тема урока.
Цель нашего урока – рассмотреть особенности строения и свойства кристаллических тел, их применение и создание новых материалов с заранее заданными свойствами.
Для подготовки к этому уроку вам пришлось использовать дополнительную литературу, т.к. нужно было всё узнать о графите и алмазе и подготовить вопросы.
Сегодняшний урок – это урок соревнование.
Начнем урок с домашнего задания. (Вырастить кристаллы поваренной соли).
1-ый раунд. У какой команды больше кристалл?
2- ой раунд. За 3 минуты собрать модель кристаллической решётки. (1 – графит, 2 – алмаз).
Музыка.
3 –ий раунд. Разминка.
1) Алмаз и графит не похожи на вид –
Вот так разнолик углевод!
В природе встречается чаще графит,
С алмазом, увы, не везёт…
Графита немало, но редок алмаз …
А вот почему? Может, знает весь класс?
(Алмаз и графит - это аллотропные формы углерода. При нагревании до 2000 °С в отсутствии кислорода алмаз переходит в графит, для обратного превращения необходимо ещё высокое давление 8ГПа.)
2) На дворе мороз стоит,
Под ногами снег скрипит,
Почему скрипит? Скажите –
Вам учитель говорит.
(При ходьбе по снегу кристаллическая структура воды разрушается, что сопровождается характерным звуком.)
3) Алюминий…дырка в баке…
Хоть сто тысяч лет паяй,
Оловянная заплата
Не пристанет – так и знай.
Догадайся, почему ?
Объясни и я пойму
(Олово не смачивает алюминий, т.е. молекулы алюминия слабо взаимодействует с молекулами олова).
4) Гальванических покрытий
Нынче множество кругом.
Почему для них берутся
Чаще никель или хром?
(Эти металлы стойки к коррозии и образуют блестящие поверхности).
4-ый раунд. Блицтурнир.
Кто ответит на 15 вопросов за меньшее время.
Алмаз.
1. Откуда произошло слово “алмаз”? (Алмаз – по – гречески “адамас” - непобедимый, непревзойдённый).
2. Каков атомный вес алмаза? (12)
3. Что такое карат? (Карат – единица измерения массы алмаза = 200 мг)
4. Расширяется ли алмаз при нагревании? (Нет, коэффициент линейного расширения 1,3* 10 град – это в 10 раз меньше чем у стали)
5. Велико ли трение при движении алмаза по алмазу? (Нет, меньше, чем стали по льду)
6. Какова плотность алмаза? (3500 кг/м )
7. При какой температуре алмаз плавится? При какой кипит? (3700 °С, 4200 °С)
8. Твердость и теплопроводность алмаза по сравнению с другими веществами? (Оба значения самые большие)
9. Проводником тока или изолятором является алмаз? (Изолятор)
10. Какова теплоёмкость алмаза? (500 Дж/ (кг*К))
11. Какова химическая активность алмаза? (Химически инертен, не окисляется, не взаимодействует с кислотой)
12. Какова химическая формула алмаза? (С)
13. Из чего получают синтетические алмазы? (Из графита)
14. Каков цвет алмаза? (Прозрачен, оттенки, чёрного, красного, жёлтого, синего, зелёного)
15. Где принимают алмаз? (Украшения – бриллиант, в технике – бурение, резка, сверление, шлифовка, гравировка)
Графит.
1. Какова химическая формула графита? (С)
2. Какова плотность графита? (2100 кг/м )
3. Какова твердость графита? (Мягок, разделяется на чешуйки, применяется для смазки)
4. Каков цвет графита? (Непрозрачен, жирный на ощупь, серо – чёрный с металлическим блеском)
5. Проводником тока или изолятором является графит? (Проводит электричество)
6. Сколько известно соединений углерода? (3 миллиона органических соединений, а у остальных 60 тысяч)
7. Из чего в основном состоит атмосфера Марса? (СО)
8. Что означает слово “графит”? (От греческого “графо” - пишу)
9. Как получить из графита алмаз? (Нагреть до температуры более 1200 °С под давлением 50 тысяч атм. в присутствии катализаторов)
10. Как получить чистый графит? (Путем обогащения и последующей обработкой концентрированной кислотой и нагревания до 2200 °С)
11. Расширяется ли графит при нагревании? (Да, коэффициент расширения почти равен металлам)
12. Какова твердость графита? (0,5 усл. ед.)
13. Температура плавления, кипения? (3800 – 3900 °С)
14. Какова удельная теплоёмкость графита? (84 Дж/( кг*К))
15. Применение графита. (Литейные формы, плавильные тигли, огнеупорные изделия, камеры сгорания реактивных двигателей, электроды, ядерные реакции)
5-ый раунд.
Каждой команде придумать кроссворд используя название своей команды.
(Музыка.)
6-ой раунд. Музыкальный номер.
I. Команда песня.
II. Команда танец. (Танец снежинок)
7-ой раунд. Цветик – самоцветик.
Не то, что мните вы, природа,
Не слепок, не бездушный лик.
В ней есть душа, в ней есть свобода,
В ней есть любовь, в ней есть язык. (Тютчев).
Задания написаны на листках, каждая команда отрывает листок и читает задание, отвечает на него, вторая команда должна сделать добавление если оно есть.
За правильный ответ 6-баллов за добавление 2-балла.
Текст заданий.
1. Полиморфизм – что это такое?
2. Как получают чистые кристаллы и их применение?
3. Почему некоторые кристаллы называют жидкими?
4. Как получить вещества с заранее заданными механическими свойствами?
5. Почему кристалл назван основой жизни на земле?
6. Как получить металл, который пригоден для работы в агрессивных средах?
7. Аморфные тела- какие?
8. Приведите примеры изготовления и названия веществ с заданными тепловыми свойствами.
8-ой раунд. Черный ящик.
Определить тип кристаллической решётки.
- поваренная соль – (ионная)
- йод – ( молекулярная)
- карандаш (атомная)
- гвоздь – ( металлическая)
9-ый раунд. Конкурс теоретиков.
1. Кто из русских ученых впервые ввел понятия критической температуры? (Менделеев в 1860 г.)
2. Почему в мороз снег скрипит под ногами? (Ломаются сони снежинок – кристалликов)
3. Кто из известных физиков разработал теорию увеличения прочности кристаллов? (Иофоре в 1924 г. показал, что прочность кристалла увеличилась в 400 раз и более, если его перед применением погрузить в раствор такого же кристалл – кристалл р-р.)
4. Для чего рама велосипеда делается из полых (пустых внутри) трубок, а не из сплошных стержней? (Не только для облегчения, полые трубки имеют большую упругость, а сплошные – большую хрупкость. Хрупкие тела быстрее разрушаются, а упругие тела после снятия нагрузки восстанавливают свою форму).
5. По графику найдите модуль упругости бетона.
6. Показать на графике участок, соответствующий текучести, и объяснить это свойство.
Деформация возрастает при неизмененном направлении т.е. тело может выдержать большую деформацию.
10-ый раунд. Конкурс экспериментаторов.
1. Прочность конструкции зависит от формы. Дан лист бумаги форматом А- 4, даны 2 подставки.
2. Положите лист противоположными концами на подставки. Он прогибается от собственной тяжести. Придайте листу новые механические качества, чтобы он мог выдержать нагрузку ( гирю массой 300 грамм) (сложить лист “гармошкой”).
11-ый раунд. Гонка за лидером. На время
Вопросы отстающей команде.
1. Тела, у которых нет строгого порядка в расположении атомов (аморфные)
2. Независимость физических свойств тела от выбранного в нем направления (изотропия)
3. Величина, равная отношению силы и площади сечения твердого тела (механическое напряжение).
4. Максимальное напряжение, при котором ещё нет остаточной деформации (предел упругости).
5. Свойства тел разрушаться при малых деформациях (хрупкость).
6. Величина, равная отношению парциального давления водяного пара к давлению насыщенного пара ( относительная влажность).
7. Деформация, которой подвергаются рельсы, мосты, провода (изгиб).
8. Переход вещества из жидкого состояния в твердое (кристаллизация).
9. Деформация, которой подвергаются стены, колонны, фундаменты зданий (сжатие).
Вопросы лидеру.
1. Зависимость физических свойств от выбранного в кристалле направления (анизотропия).
2. Деформация, которую испытывают цепи, тросы, канаты, веревки (растяжения).
3. Тела, в которых атомы расположены в строгом порядке и образуют правильную геометрическую форму (кристаллы).
4. Механическое напряжение прямо пропорционального относительному удлинению (закон Гука)
5. Переход вещества из твердого состояния в жидкое (плавание).
6. Максимальное напряжение, при котором ещё выполняется закон Гука (предел пропорции)
7. Температура, при которой исчезает различие между жидкостью и её насыщенным паром ( критическая).
8. Вид деформации у карданных валов, осей колёс, втулок ( кручение)
9. Свойство тел даже после малых деформаций не восстанавливают свою форму ( пластичность).
12-ый раунд. Это нам интересно.
Сообщение делает каждая команда, материал который они нашли в дополнительной литературе.
Подведение итогов: оценки, шоколадные медали победителям.
Литература для подготовки к ответам в 7 раунде.
- Физика 10 кл Молекулярная физика. Термодинамика. Г.Я. Мякишев. А.З.Синяков
- Факультативный курс физики . О.Ф.Кабардин. С.И. Кабардина.
- Физика и научно – технический прогресс.
Песня о деформации.
На мелодию песни “Нам песня строить и жить помогает”.
Нам знанье физики жить помогает
Оно, как друг, и зовет, и ведет.
Кто основательно физику знает,
Тот никогда и нигде не пропадет.
Мы деформацию тел изучаем:
Когда меняется форма, объем.
Теперь понятна упругость пружины,
Понятно, что происходит со свинцом.
А если к стержню приложим мы силы,
То деформация сжатья придет.
Понятно действие тросов, канатов.
Вагон скрепили, и он не упадет.
В местах опоры поставили балки,
Подзатянули заклепки, болты.
И это все деформация сдвига,
Ты лишь проверь – не большие ли углы!
И стебли злаков, и ноги, и руки
Легки и прочны, что говорить
Ведь слой нейтральный, известный науке,
Им помогает нагрузку выносить
Нам знанье физики жить помогает
Оно, как друг, и зовет, и ведет.
Кто основательно физику знает,
Тот никогда и нигде не пропадет.
Сообщения. Бетон.
Знание законов деформации имеет огромное значение для техники, строительства. Выдающимся достижением инженерной и строительной техники является Останкинская телевизионная башня в Москве. Высота башни – 540 м. Более чем полукилометровое тело башни и её фундамент должны быть устойчивыми и обладать большим запасом противостоять ураганным ветрам, изменениям температуры и другим воздействиям.
Основная часть башни построена из железобетона. Точный расчет позволил поставить её на очень маленьком по сравнению с высотой фундамента – железобетонной шайбе диаметром 70 м, шириной 8 м и толщиной 3,5 м (Показывает иллюстрации башни). Железобетонный корпус низа башни разрезан арками на 10 лап. Это не архитектурное украшение. Расчеты показали, что сочленение сплошного корпуса основания башни, изменяющего свои размеры при колебаниях температуры, с фундаментом, находящимся почти при постоянной температуре, привело бы к его растрескиванию. Лапы и арки нужны для того, чтобы повысить способность основания башни к упругим деформациям. В трубчатое бетонное тело башни заложено в натянутом состоянии 150 стальных канатов с разрывным усилием 1129 кН каждый. Эти стальные струны сжимают бетон верхней части башни с усилием 95000кН, а нижней части – с усилием38000 кН. Такой бетон называют предельно напряженным.
Предельно напряженный бетон обладает прочностью на сжатие и имеет прочность на растяжение. За счет того, что обращенная к Солнцу сторона башни днем нагревается, происходит удлинение освещенной ее стороны и изгиб башни в теневую сторону. При этом отклонение вершины башни от вертикали составляет 2,5 м. А иногда при совместном действии разности температуры и ветра оно достигает 5 м. Только ночью и в безветренную погоду башня стоит вертикально.
В зависимости от назначения бетона к нему предъявляют различные требования. Так , от бетона, применяемого для плотин, молов, причалов и других гидротехнических сооружений, требуется прочность, водостойкость и водонепроницаемость, морозостойкость. Для
дорожных покрытий нужен прочный, трудностираемый, хорошо сопротивляющийся деформации изгиба бетон.
Развитие промышленности строительных материалов свидетельствует о том, что в следующем столетии большое значение приобретут композиционные материалы, к числу которых относятся дисперсно армированные бетоны. В них короткие отрезки искусственных волокон (стальные, стеклянные, базальтовые, углеродные, синтетические), равномерно распределенные по объему бетона, препятствуют развитию трещин значительно лучше арматуры, более эффективно повышают прочность бетона на растяжение, а также его сопротивление динамическим, тепловым и другим видам воздействия.
Применение жидких кристаллов.
Жидкий кристалл обладает одновременно двумя свойствами: он имеет упорядочную структуру, как кристалл, и способен к текучести, как жидкость.
Первыми извлекли практическую пользу из жидких кристаллов ювелиры. Опытные мастера разработали из жидкокристаллических веществ загадочные кольца, которые продавались под названием “перстни настроения” . Цвет камешка перстня следовал за настроением владельца, пробегая все цвета радуги от красного до фиолетового. Оживились и конструкторы игрушек: они изготовили электронную игру в “карманном исполнении”. Игра “Ну, погоди!” с традиционным волком, зайцем, курами и катящимися по желобам яйцами высвечивались на экране, размеры которого не превышали записную книжку. Нашлись конструкторы – физики, которые предложили детским садам своеобразный индикатор, позволяющий быстро проверить, вымыли ли малыши руки перед едой. Для этого достаточно прикоснуться пальцами к пленке жидкого кристалла .
Жидкими кристаллами завладели медики: они сконструировали дешевый термометр, позволяющий определить повышена ли температура у больного. Был создан медицинский прибор, позволяющий точно определить распределение температуры в человеческом теле.
Следует еще упомянуть о защитных очках для сварщика. В них он может “видеть” - и “не видеть”. Если ему нужно избегать слепящего света дуги, то он смотрит сквозь нижнюю, непроницаемую половину очков. В процессе работы, когда необходимо рассмотреть обрабатываемое изделие, рабочий пользуется “зрячей” половиной своих защитных очков.
Жидкие кристаллы необычайно разнообразны и по своим физическим свойствам, и по структуре. Жидкий кристалл имеет способность изменять плотность поляризации светового пучка на некоторый угол. Поэтому, пройдя сквозь защитные очки, свет будет виден глазами. Если он попадет в него под определенным углом, соответствующим углу поворота плоскости поляризации. Защитные очки имеют покрытие из жидкого кристалла. Свойства жидких кристаллов изменяются в зависимости от температуры. В зависимости от эмоционального состояния человека изменяется температура кожи, а следовательно, и цвет пленки жидкого кристалла, вправленной в кольцо.
В микроэлектронике жидкие кристаллы привлекательны тем, что потребляют минимальную энергию. К тому же жидкокристаллические пленки занимают минимальный объем. Конструкторы микроэлектронных устройств предполагают, что их можно будет использовать в приборах подвешенными в воздухе, как мыльные пленки. Они не будут опираться на подложку.