Будова і властивості твердих тіл

План-конспект уроку фізики  _________

в 10 класі

Тема. Будова і властивості твердих тіл

 Мета уроку:

навчальна - познайомити учнів із будовою та властивостями твер­дих тіл

розвивальна – формувати в учнів вміння користуватися науково-популярною  літературою та виявлення творчих здібностей при розв’язуваннні вправ;

виховна – виховати трудолюбивість, точність і чіткість при відповідях  і  розв’язуваннізавдань та навчити дітей «бачити» фізику навколо себе

Тип уроку: вивчення нового матеріалу

План уроку

Хід уроку

І. Організаційна частина

ІІ. Мотивація пізнавальної діяльності

ІІІ. Вивчення нового матеріалу 

1. Будова і властивість твердих тіл

Ми живемо на поверхні твердого тіла — земної кулі, у спору­дах, побудованих із твердих тіл,— будинках. Наше тіло, хоча й міс­тить приблизно 80 % води, теж тверде. Знаряддя праці, машини також виготовлені з твердих тіл. Знати властивості твердих тіл для нас життєво необхідно.

> Не зважаючи на зовнішні відмінності, будь-які тверді тіла зберігають об’єм і форму.

Це пояснюється тим, що атоми і молекули твердих тіл розташова­ні в позиціях рівноваги. Сили притягання і відштовхування між мо­лекулами (атомами) в цих позиціях рівні. Під час спроби збільшення або зменшення відстані між частинками (тобто збільшення або змен­шення розміру тіла) виникає відповідно тяжіння або відштовхування.

Відповідно до атомно-молекулярної теорії, атоми чи молекули завжди знаходяться в русі. Частинки твердих тіл практично не пе­реміщуються з місця на місце — вони постійно рухаються поблизу визначеної точки, тобто коливаються.

Молекули або атоми в твердих тілах розташовані впритул один до одного. Однак, на відміну від рідин, у розташуванні молекул або атомів у твердих тілах може бути дуже суворий порядок. Тверді тіла відрізняються також крихкістю і пластичністю. Тендітні тіла під час удару руйнуються (наприклад, чавун), а пластичні — лише змінюють форму (наприклад, свинець).

2. Кристалічні тіла

У кристалічних тілах атоми чи молекули здійснюють теплові коливання близько положення рівноваги, які утворюють, так зва­ну, кристалічну решітку. Існують різні види кристалічних реші­ток, але всі вони характеризуються суворою періодичністю в про­сторі. Тому кажуть, що

^ в кристалічних тілах існує дальній порядок у розташуванні

атомів.

Наприклад, у кристалі повареної солі атоми натрію і хлору су­воро чергуються, розташовуючись у вершинах куба.

Властивості кристала в значній мірі визначаються видом кристалічної решітки. Пояснимо це на прикладі графіту й алма­зу. Кристалічна решітка графіту має шарувату структуру, тобто в кожному шарі атоми вуглецю розташовані у вершинах правиль­них шестикутників (що нагадують соти). «Всередині» шару атоми взаємодіють сильно, але самі шари слабо пов’язані один з одним. Тому кристал графіта легко розшаровується: коли ми пишемо олів­цем, на папері залишаються тонкі шари графіту. А ось в кристалі алмазу атоми вуглецю розташовані у вершинах і серединах граней куба. При цьому всі атоми сильно пов’язані зі своїми найближчими сусідами. Саме цим жорстким зв’язком атомів і зумовлена унікаль­на твердість алмазу.

Найважливішою властивістю будь-якого кристалічного тіла є наявність певної температури плавлення, за якої воно перетворю­ється в рідину, не розм’якшуючись перед цим.

Наприклад, лід за температури 0 °С тане, перетворюючись у воду. Правильна зовнішня форма не єдиний і навіть не найголо­вніший наслідок впорядкованої будови кристала. Головне — це за­лежність фізичних властивостей від вибраного в кристалі напря­му. Насамперед, це різна механічна міцність кристалів у різних напрямах.

Різні кристали по-різному проводять теплоту й електричний струм у різних напрямах. Від напряму залежать і оптичні власти­вості кристалів.

^ Залежність фізичних властивостей від напряму всередині

кристалу називають анізотропією.

Тіла, що складаються з одиночного кристала, називаються мо­нокристалами. Тіла, що складаються з великої кількості зроще­них монокристалів, називають полікристалами.

Прикладом полікристалічного тіла може служити будь-який метал. Фізичні властивості полікристалів не залежать від вибрано­го у ньому напряму.

Вивчення властивостей кристалів дозволило досягти небува­лого прогресу в сучасному матеріалознавстві, електроніці, оптиці, медицині. Науковий центр «Інститут “Монокристал”», який розта­шований у Харкові, відомий своїми розробками в галузі вивчення властивостей кристалів далеко за межами України.

3. Аморфні тіла

У аморфних тілах атоми чи молекули також коливаються близько положення рівноваги. Але ці положення не утворюють кристалічної решітки, хоча найближчі «сусіди» і зберігають пев­ний порядок у розташуванні (цей порядок називають близьким по­рядком).

Прикладами аморфних тіл є смола і скло. На відміну від полі­кристалів, які можна розбити на маленькі монокристали, аморфні тіла розбиваються на частини довільної форми. Наприклад, роз­глядаючи під мікроскопом товчене скло, ми не помітимо шматоч­ків, які мають геометрично правильну форму.

Аморфні тіла володіють плинністю, тобто із зростанням тем­ператури вони поступово розм’якшуються, перетворюючись на в’язку рідину. У цьому полягає істотна відмінність від криста­лічних тіл: аморфні тіла не мають певної температури плавлення.

Наприклад, якщо скло нагріти, воно стає настільки м’яким, що з нього можна ліпити. Ця властивість скла широко викорис­товується в мистетві та в склодувному виробництві, завдяки чому скляним виробам можна надавати практично будь-якої форми.

Запитання до учнів при викладенні нового матеріалу

1. Які основні властивості твердих тіл?

2. Які особливості будови кристалічного твердого тіла?

3. Чи виконують частинки твердого тіла тепловий рух? Чим цей рух відрізняється від теплового руху частинок у рідині й у газі?

4. Що таке кристалічна решітка?

5. Деревина анізотропна. Чи є вона кристалічним тілом?

6. Наведіть приклади аморфних тіл.

IV.ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

Тренуємося розв'язувати задачі

Чому трос з 100 дротів витримує більший вантаж, ніж просто «пучок» з таких дротів?

Розв’язок

У «пучку» навантаження ніколи не розподіляється між усіма дротами рівно (ті дроти, довжина яких трохи більша за інші, зовсім не розтягнуті). Тому спочатку може розірватися дріт, на який при­падає найбільше навантаження, потім черга наступного дроту і т.д. У тросі між дротами діє більша сила тертя: всі дроти розтягуються практично однаково, і навантаження розподіляється між ними по­рівну.

Контрольні питання

1. Олово легко розплавити. Чому ж не можна видувати з нього ви­роби, як це роблять зі скла?

2. Як показати, що скло — тіло аморфне, а кухонна сіль — тіло кристалічне?

3. Два кубика — один з віконного скла, другий з монокристалу квар­цу — опущені в гарячу воду. Чи збережуть вони свою форму?

4. Чому шибки у старовинних соборах, які простояли понад сто років, виявляються товщі внизу, ніж вгорі?

5. Яка різниця в будові крупинки цукрового піску і кубика цукру- рафінаду?

Що ми дізналися на уроці:

У кристалах атоми та молекули розташовані впорядковано, утворюючи кристалічну решітку.

Кристали плавляться при певній температурі, яка називається температурою плавлення.

Залежність фізичних властивостей від напряму всередині крис­талу називають анізотропією.

У аморфних тілах є «близький» порядок у розташуванні атомів і молекул. Аморфні тіла не мають певної температури плавлення.

V. Домашнє завдання

Конспект.

Розв’яжіть задачі:

р1): 1. Які факти свідчать, що скло — аморфна речовина, а ку­хонна сіль — кристалічна?

2. Чому при нагріванні уламка скла його гострі краї «об­пливають» (набувають округлої форми)?

р2): 1. Які речовини володіють одночасно такими властивостя­ми, як плинність та анізотропія?

2. Чому шибки у старовинних соборах, які простояли по­над сто років, виявляються товщими знизу, ніж нагорі?

Яка кількість теплоти необхідна, щоб розплавити 5 кг міді, нагрітої до температури плавлення? Питома теплота плавлення міді 180 кДж/кг.

рЗ): 1. З якої висоти повинен вільно падати град, щоб під час удару об землю він розплавився? Температура на почат­ку падіння дорівнює -20 °С. Теплопередачу між градом  навколишнім середовищем не враховуйте.

2. Дві однакові свинцеві кулі рухаються назустріч одна одній з однаковою швидкістю. За якої швидкості руху вони можуть розплавитися після лобового зіткнення? Початкова температура куль 27 °С, теплопередачу між кулями та навколишнім середовищем не враховуйте. Питома теплоємність свинцю 130 Дж/(кг • К), темпе­ратура плавлення 327 °С, питома теплота плавлення 25 кДж/кг.