Інтегрований Урок на тему "Кристалічні та аморфні"

Тема: Властивості газів, рідин та твердих тіл.

Тема уроку: Кристалічні та аморфні тіла.

Мета:

• ознайомити учнів з новими поняттями «кристалічні та аморфні тіла»;
• розглянути їх властивості, вміння бачити в повсякденному життя красу;
• розвивати естетичне мислення;
• показати зв'язок між ліричними творами і фізикою;
• познайомити учнів з проявами властивостей кристалічних тіл в природі;
• виховувати зацікавленість в науці.

Тип уроку: інтегрований урок.

Обладнання: комп’ютер, мультимедійна дошка, моделі кристалічних ґраток, шматок пластиліну, гумова стрічка, пружина.

Хід уроку

1. Організаційний етап.
2. Актуалізація опорних знань

Оскільки певні знання про агрегатний стан речовини учні вже мають з курсу фізики 7-8 класів, учитель ставить низку запитань за методом «Гірлянда питань» (див. додаток 1).

Запитання до класу

1.  Чи мають тверді тіла об’єм? форму?
2. Чи утворюють тверді тіла струмені? течуть?
3.  Чи можна тверді тіла стиснути?
4. Як розміщені молекули й атоми у твердих тілах? Як вони рухаються?
5. Що можна сказати про взаємодію молекул в твердих тілах?

ІІІ. Повідомлення теми й мети уроку

Тема: «Кристалічні та аморфні тіла».

Мета: ознайомити учнів з новими поняттями «кристалічні та аморфні тіла»;розглянути їх властивості, вміння бачити в повсякденному життя красу; розвивати естетичне мислення; показати зв'язок між ліричними творами і фізикою; познайомити учнів з проявами властивостей кристалічних тіл в природі; виховувати зацікавленість в науці.

ІV. Мотивація навчальної діяльності

Земна куля – тверде тіло; наші оселі побудовані з твердих тіл. Практично все, чим користувались і користуються люди, зроблено з твердих тіл – від рубила, меча та плуга до космічних кораблів та комп’ютерів. Те, що різні матеріали мали безпосередній вплив в розвиток суспільства, свідчать назви цілих періодів історії: кам’яний вік, бронзовий, залізний тощо.

Роль матеріалів у розвитку цивілізації залишається величезною. У ХХ ст. стався колосальний прорив у матеріалознавстві – науці про властивості матеріалів. Створено безліч матеріалів із заданими властивостями. Ера космосу, інформатизації, нанотехнологій – це результат серйозних досягнень у матеріалознавстві. Отже, вивчення властивостей твердих тіл  - важлива і життєво необхідна задача в фізичній науці.

V. Сприймання й первинне осмислення нового матеріалу

План вивчення теми:

1. Кристалічні та аморфні тіла та їх властивості.
2. Типи твердих кристалів.
3. Механічні властивості твердих тіл.

Слово вчителя фізики:

З курсу фізики і хімії 8-9 класів ви вже знаєте, що різноманітні тверді тіла, з якими людині доводиться мати справу в практичній діяльності, можна поділити на дві групи, які істотно відрізняються за своїми властивостями. Одну групу утворюють тіла кристалічні, а другу – аморфні.

1. Кристалічні та аморфні тіла та їх властивості

Властивості кристалічних та аморфних тіл

Кристали характеризуються наявністю значних сил міжмолекулярної взаємодії і зберігають стали не лише свій об’єм, а й форму. Правильна геометрична форма є істотною зовнішньою ознакою будь-якого кристала в природних умовах. Кристали певної речовини можуть мати різну форму, оскільки вона залежить від умов їх утворення. Вони можуть відрізнятися і кольором, наприклад, кристали кварцу бувають безбарвними, рожевими, чорними, фіолетовими, темно-вишневими. Однак для кристалів кожної речовини характерною є сталість кутів між їхніми ребрами і відповідно між їхніми гранями. Так, кристали кухонної солі зустрічаються у вигляді кубів, паралелепіпедів чи призми, але завжди у вершині кожного кристала сходяться три ребра, які утворюють між собою прямі кути. Всі ми бачили геометрично правильні візерунки, утворювані кристаликами льоду на поверхні віконного скла і правильні форми сніжинок.

Цікавий факт

В японських садах можна побачити незвичайний кам’яний ліхтар, який має широку кришу. Це «Юкімі-Торо», ліхтар для милування снігом. Свято «Кімі» дає можливість людям насолоджуватись красою повсякденного життя.

 Тайну снігових кристалів намагалися розв’язати багато хто з великих вчених. В далекому 1611 році трактат про шестипроменеву симетрію сніжинок опублікував німецький математик і астроном Іоган Кеплер. Першу систематизовану класифікацію геометричних форм сніжинок в 1635 році створив відомий математик, фізик і філософ Рене Декарт. Найбільш повне дослідження будови сніжинок та їх різновидів в середині ХХ ст. опублікував японський фізик-ядерщик Укірічі Накая.

Класифікація сніжинок

В 1951 році Міжнародна Комісія зі Снігу та Льоду прийняла класифікацію твердих опадів. Відповідно до неї всі сніжні кристали можна розділити на наступні групи: зірчасті дендрити, пластинки, стовпці, голки, просторові дендрити, стовпці з наконечником і неправильні форми. До них додалися ще три види обмерзлих опадів: дрібна сніжна крупка, крижана крупка й град.

Зірчасті дендрити – кристал або інше утворення, що має деревоподібну структуру. Вони мають шість симетричних основних гілок і безліч розташованих у довільному порядку відгалужень. Їхній розмір – 5 мм і більше в діаметрі, як правило, вони плоскі у тонкі – усього 0,1 мм.

Пластинки – безліч крижаних ребер начебто ділять лопати сніжинок на сектори. Як і зірчасті, вони плоскі й тонкі.

Стовпчики. Хоча плоскі, пластинчасті сніжинки більше притягають погляд, проте найпоширенішою формою сніжних кристалів є стовпчик або колона. Такі порожні стовпчики можуть бути шестигранними, у вигляді олівця, загострені на кінцях у вигляді конуса.

Голки – стовпчасті кристали, що виросли довгими й тонкими. Іноді усередині них зберігаються порожнини, а іноді кінці розщеплюються на кілька гілочок.

Просторові дендрити. Дуже цікаві конфігурації виходять, коли плоскі або стовпчасті кристалики зростають або спресовуються, тобто утворюють об’ємні структури, де кожна гілочка розташована у своїй площині.

Стовпчики з наконечниками. Споконвічно такі кристали мають стовпчасту форму, але в результаті деяких процесів міняють напрямок росту, перетворюючись у пластики. Таке може відбутися, якщо, кристал заносить вітром у зону з іншою температурою.

2. Типи кристалів

Залежно від виду частинок, розміщених у вузлах кристалічних граток, і характеру сил взаємодії між ними кристали поділяють на чотири типи.

Типи кристалів

3. Механічні властивості твердих тіл

Якщо до твердого тіла прикласти силу, воно деформується – змінює свою форму або об’єм (а найчастіше і те й інше).

Сила яка виникає під час деформації перешкоджає цій деформації та напрямлена перпендикулярно до поверхні деформованого тіла, - сила пружності.

Розрізняють пружну і пластичну деформації.

1.   Пластична деформація – не зникає після припинення дії зовнішніх сил. (Демонстрація пластичної деформації за допомогою шматка глини, пластиліну). За пластичних деформацій відбувається ковзання молекулярних шарів один відносно одного, при цьому не виникає «повертальної сили», оскільки відстані між атомами не змінюються.
2. Пружна деформація – повністю зникає після припинення дії зовнішніх сил. (демонстрація пружної деформації за допомогою пружини, гумової стрічки). За пружних деформацій змінюються відстані між атомами, оскільки намагається набути попередньої форми.

У випадку пружної деформації сила пружності визначається законом Гука.

Закон Гука: сила пружності прямо пропорційна абсолютному подовженню тіла і протилежно йому напрямлена:

F_пр = - kx,

де х – абсолютне видовження тіла, що визначається різницею кінцевої і початкової довжини тіла, k – коефіцієнт пружності або жорсткості.

VI. Закріплення нового матеріалу

Розв’язування задач за допомогою літературних творів.

Не дивлячись на досягнення сучасної науки люди і дотепер задають питання:

• Чому сніг білий?
• Чому сніжинки симетричні?
• Чи правда, що немає двох однакових сніжинок?
• Чому сніг скрипить?

На ці запитання ми спробуємо дати відповіді використовуючи уривки літературних творів. Всі твори будуть звучати на їх літературній мові.

Вчитель фізики:  Як пора року відображена у віршах А. Фєта?

Вчитель світової літератури:

Чудная картина,

Как ты мне родна

Белая равнина,

Полная луна,

Свет небес високих,

И блестящий снег,

И саней далеких

Одинокий бег.

Відповідь: сніг.

Вчитель світової літератури:

Завдяки снігу ми кожен рік милуємось казковими зимовими пейзажами. У сніговому вбранні до нас приходять новорічні свята. І мабуть, немає людини, якій були б незрозумілими почуття Фєта.

Вчитель фізики: Чому сніг білий?

Відповідь: це пояснюється складною формою сніжинок, їх великою кількістю та властивістю льоду заломлювати і відбивати світло. Проходячи через багато чисельні грані сніжинок, промені світла заломлюються і відбиваються, змінюючи свій напрямок. На сніг падають промені сонця та промені різних кольорів, що відбиваються від оточуючих предметів. В результаті багато чисельних заломлень відображення об’єктів розсіюється і сніг повертає в основному біле сонячне світло.

Вчитель фізики:  Чи існують дві одинакові сніжинки в природі?

Відповідь: ні, не існують. Мікроскопічні кристали льоду, що складаються з декількох молекул води, можуть бути однаковими. Хоча треба знати, що на 5000 молекул води припадає одна, яка замість водню містить дейтерій. Прості сніжинки, наприклад призми, які з’являються при низькій вологості, можуть виглядати однаковими, хоча на молекулярному рівні вони, звичайно будуть відрізнятися. А ось варіантів таких форм, на думку фізика Джона Нольсона з Університету Ріцумеікан в Кіото, більше, ніж атомів у Всесвіті.

Вчитель світової літератури: про сніжинку гарно писав Бальмонт К.Д:

Светло-пушистая,

Снежинка белая,

Какая чистая,

Какая смелая!

Под ветром веющим

Дрожит, взметается,

На нем лелеющем,

Светло качается.

Вчитель фізики: Як з’являються сніжинки?

Відповідь: справжні сніжинки виростають, коли водяна пара конденсується на поверхні льодяного кристалу, минаючи рідку фазу. Самий перший кристал льоду, який служить фундаментом для майбутньої сніжинки, може з’явитися із мікроскопічної крапельки рідкої води, однак подальше будівництво відбувається за рахунок приєднання молекул водяної пари.

Вчитель світової літератури: Про форму сніжинок згадується у творі А. И. Сложеницын «В кругу первом»

«Такая снеговинка, шестигранная правильная звездочка, упала Нержину на рукав старой фронтовой порыжевшей шинели».

Вчитель фізики: Чому сніжинки мають правильну форму?

Відповідь: основна властивість кристалічних тіл – симетрія. Відгадка загадкової симетрії сніжинок прихована в кристалічній решітці льоду. Лід – це унікальна речовина, що має можливість утворювати більше десяти різноманітних кристалічних структур. Майже весь лід на планеті кристалізується в гексагональній сингонії – його молекули створюють правильні призми з шестикутною основою. Саме шестикутна форма решітки і обумовлює шестипроменеву симетрію сніжинок.

Вчитель світової літератури:

«Вечера на хуторе близ Диканьки» Гоголь Н.В.

«Морозило сильнеее, чем с утра; но зато так было тихо, что скрип мороза под  сапогами слышался за пол версты».

Вчитель фізики: Чому сніг скрипить під ногами?

Відповідь: це не що інше як звук кристалів, що ламаються. Ніхто не може почути, як ламається одна сніжинка. Але тисячі маленьких кристалів – це солідний оркестр. Чим нижче опускається стовпчик термометра, тим більш твердими і хрипкими стають сніжинки і тим вище стає тон хрусту під ногами. Набравшись досвіду, можна використовувати цю властивість снігу, щоб визначити температуру на слух.

VII. Підведення підсумків уроку

1. Що нового ви дізналися на уроці?
2. З якими властивостями твердих тіл ви познайомились?
3. Твори яких письменників використовувались на уроці?

VIII. Повідомлення домашнього завдання

Підберіть твори відомих письменників в яких зустрічаються такі фізичні явища, як сніг, крига, іній, сніжинка, зима.

Підберіть до них питання і дайте відповіді на них (письмово).