Государственное автономное образовательное
учреждение
среднего профессионального образования
Ишимбайский нефтяной колледж
Методическая разработка
По физике
2014
Государственное автономное образовательное
учреждение
среднего профессионального образования
Ишимбайский нефтяной колледж
Методическая разработка учебного
занятия по физике на тему
«Свойства твердых тел»
Разработала: преподаватель физики,
2014
План урока:
1. Подготовка к активной деятельности на основном этапе занятия.
2.Постановка проблемы.
3. Изучение нового материала.
4. Закрепление.
5. Проверочный тест.
6. Домашнее задание.
7. Рефлексия.
Оборудование:
1. Компьютер.
2.Медиапроектор.
3. Презентация к уроку
3.Коллекция кристаллов.
4. Таблица для этапа «Подготовка к активной деятельности на основном этапе занятия» (30 шт.)
5.Тесты (30 шт.)
6.Бланки для этапа «Рефлексия»
Конспект урока.
Подготовка к активной деятельности на основном этапе занятия – заполнение таблицы физических величин:
Название физической величины | Обозначение | Единицы измерения | Формулы связи с другими величинами |
a | |||
Высота подъема жидкости в капилляре | |||
Дополнительное (лапласово) давление в капилляре | |||
А |
Самопроверка: 12 баллов – 5, 11 баллов – 4, 10, 9 баллов – 3, менее 9 баллов-2.
Название физической величины | Обозначение | Единицы измерения | Формулы связи с другими величинами |
Коэффициент поверхностного натяжения | a | Н/м | a = F/L; a = DE/DS |
Высота подъема жидкости в капилляре | h | м | h=2a/( ρgR) |
Дополнительное (лапласово) давление в капилляре | pл | Па | pл=2a/R |
Работа по изменению площади поверхности жидкости | А | Дж | А=a DS |
Изучение новых знаний.
Постановка проблемы:
На берегу северного пролива, на северо-востоке острова Ирландия, поднимаются невысокие горы Антрим. Они сложены черными базальтами – следами деятельности древних вулканов, высившихся вдоль гиганского разлома, отделившего 60 миллионов лет назад Ирландию от Великобритании. Покровы черных лав, излившихся из этих кратеров, образовали прибрежные горы на Ирландском побережье и на Гебридских островах, по ту сторону Северного пролива. Удивительная порода - этот базальт. Жидкая, легко текучая в расплавленном виде (по склонам вулканов базальтовые потоки несутся порой со скоростью до 50 км/ч), она при остывании и затвердевании трескается, образуя правильные шестигранные призмы. Издали базальтовые обрывы напоминают огромные орган с сотнями черных труб. А когда поток лавы стекает в воду, возникают иной раз такие причудливые образования, что трудно не поверить в их волшебное происхождение. Именно такую шутку природы можно наблюдать у подножья Антрима. От вулканического массива отделяется здесь своеобразная «дорога в никуда». Дамба возвышается над морем на шесть метров и состоит избазальтовых колонн. Она похожа на недостроенный мост через пролив, задуманный каким-то сказочным великаном, и носит название «Мостовая гигантов».
О каких свойствах кристаллических тел и жидкостей идет речь? Какие отличия между кристаллическими и жидкими телами вы знаете?
(Ответы учащихся).
Тема сегодняшнего урока: «Свойства твердых тел».
Цель урока: Изучить свойства твердых тел, провести сравнительную характеристику твердых тел и жидкостей.
Задачи урока:1. Изучение кристаллических тел.
2. Изучение свойств упругости твердых тел.
3. Изучение механических свойств тел.
4. Изучение теплового расширения твердых тел.
5. Выработка умения решать задачи по теме.
6.Выработка умения представлять результаты проектной деятельности.
7.Расширение кругозора.
8.Воспитание чувства патриотизма.
6.Знакомство с жидкими кристаллами, полимерами, аморфными телами.
Составим таблицу:
Свойства жидкостей | Свойства твердых тел |
Ближний порядок в расположении молекул | Дальний порядок в расположении молекул |
Изотропия | Анизотропия |
Упругость | Упругость |
Текучесть | Пластичность |
Вязкость | Вязкость |
Тепловое расширение | Твердость |
Пластичность | |
Тепловое расширение |
Кристаллические – это вещества, молекулы которых имеют упорядоченное расположение молекул - пространственную кристаллическую решетку.
Прекрасен и многообразен мир кристаллов. Перед вами основные типа кристаллов.
А вот и сами кристаллы:
Кристалл благородной шпинели. (Бирма)
Гроссуляр.
Сросток кристаллов. (Вилюй. Якутия.)
Сера. Сросток кристаллов
Пирит.
Друза кубических с узкими гранями пентагондодекаэдра кристаллов местами покрытых корочками мелкокристаличесого пирита. 18см.
Березовский рудник около Екатеринбурга, Урал, Россия
Нашатырь.
Природный скелетный кристалл.
Рават. Таджикистан
Как вы видите кристаллы делятся на одиночные – монокристаллы и сростки кристаллов - поликристаллы. Все металлы - поликристаллы. Встречаются удивительные кристаллы металлов, нарастающих как иголочки на ветке дерева. Их называют - дендриты.
Большинство драгоценных камней - монокристаллы.
Они анизотропны – т. е. их свойства зависят от направления внутри кристаллов.
От выбора направления внутри кристалла зависит прочность, электропроводность, теплопроводность, оптические свойства и т. д.
Вспомним многоликий углерод.
Графит, из которого сделано сердечко карандаша, алмаз - самое твердое вещество на Земле, фуллерен и недавно открытый нашими соотечественниками графен состоят из одних и тех же молекул, но организованы они в пространстве по разному.
Графит Алмаз
Фуллерен С70 Фуллерен С60
Cообщение учащегося о откытии графена.
Мы так же выращивали кристаллы. Рассказать о выполнении своего проекта.
Сообщение учащегося о проектной деятельности.
Кристаллы находят широкое применение: рубин - основная деталь в лазере,
Кварц и рубин - в часовой промышленности,
Алмаз – в нефтедобыче, металлообработке и т. д.
Упругие свойства твердых тел.
Часто тела подвергаются деформации. При этом возникают силы упругости.
(Демонстрация различных деформаций)
s =F/S – механическое напряжение (1 Н/м2 = Па),
Dl= l - l0 – абсолютное удлинение при растяжении, сжатии.
ε = Dl /l0- относительное удлинение при растяжении, сжатии.
При сдвиге ε =tga.
ε =as - закон Гука.
Здесь a- коэффициент упругости, a =1/Е. Е – модуль продольной упругости или модуль Юнга. Он показывает напряжение которое нужно приложить к телу, чтобы удлинить его в два раза.
Для деформации растяжения, сжатия Dl /l0 = F/(ЕS),
F =SEDl/l = k Dl, где k=SE/l – коэффициент жесткости.
Закрепление:
Задача №2 стр.163(2)
Дано:
sпч. = 19,6*106 Па
ρс = 11,3*103кг/м3
Найти: l
Решение:
F= sпчS =mg= ρс S l g S
l=sпч //( ρс g).
l= 177 м.
Ответ: l= 177 м.
Найдем работу силы упругости при растяжении.
Fупр =kDl
Fупр ср = (Fупр1+ Fупр2)/2.
А= - DЕупр = kDl21/2- kDl22/2 =k/2(Dl21- Dl22),
Если l1= 0, то А= ESDl2/(2l0).
Задача №3 стр.163(2)
Дано:
d= 5*10-4 м
l0 = 0,8 м
Dl = 10-3 м
E = 2,2 *1011 Па
Найти: Fупр, А.
Решение:
Fупр2 =kDl = SEDl/l0 = pd2 EDl/( 4l0).
Fупр2= 54 H.
А = Fупр2Dl/2.
А = 27*10-3 Дж.
Ответ: Fупр2= 54 H, А = 27*10-3 Дж.
Закрепление:
Работа по таблице «Модуль Юнга»
Стр.
Найти модуль Юнга стали, меди, алюминия. У какого вещества он наибольший (наименьший). Алюминий более пластичен чем сталь.
Пластичность- возникновение остаточной деформации после снятия механического напряжения.
Очень пластичен пластилин.
Вязкими называют вещества если предел их прочности гораздо больше предела упругости.
Это медь, цинк, железо.
Хрупкие - разрушающиеся при небольших деформациях.
Примеры – фарфор, чугун, слюда.
Тепловое расширение.
l = l0 (1+ a DT),
V = V0 (1+ bDT).
Здесь a - температурный коэффициент линейного расширения, b = 3a - температурный коэффициент объемного расширения.
Единицы измерения коэффициентов 1/К.
Закрепление:
Работа с учебником. стр.169, 170(1)
Задача №4 стр.163(2)
Дано:
DT = 100 К
Dl=1,17 М
l0 =100 м.
Найти: a.
Решение:
l = l0 (1+ a DT),
l/l0 = 1+ a DT
l+Dl/ l0 = 1 + a DT
Dl/ l0 = a
a = Dl/(DT l0)/
a = 1,7*10-5 м.
Ответ: a = 1,7*10-5 м.
Решить самостоятельно:
Нефтепровод «Дружба» соединяет Поволжье со странами центральной Европы. На сколько удлинился бы стальной трубопровод при повышении температуры на 400 С, если бы трубы не были закопаны в землю. При 00 С длина нефтепровода 4 тысячи км.
Ответ: Dl = l0 a DT = 17,6 м.
Плавление.
Итак, при нагревании тела расширяются, но для каждого кристаллического тела существует определенная температура, достигая которой передаваемая энергия тратится не на повышение температуры, а на разрушение кристаллической решетки. Температура же не меняется, несмотря на теплопередачу. Как называется эта температура, как называется процесс происходящий с телом( температура плавления, плавление).
График плавления кристаллического тела:
При решении задач на плавление пользуются формулой: Q= lm, где l- удельная теплота плавления.
График плавления, работа по графику.
В каком состоянии находятся тела в различных точках и участках графика?
У аморфных тел нет горизонтальных участков на графике плавления.
По своим свойствам они ближе к очень медленно текучим жидкостям. Примеры аморфных тел – битум, канифоль, стекло, сахарный леденец.
При более высоких температурах они перестают «маскироваться» под твердые вещества. Сегодня в физике истинно твердыми считаются только кристаллические тела.
Жидкие кристаллы.
При нагревании до определенной температуры наблюдается фазовый переход из трехмерного упорядоченного состояния в разупорядоченное жидкое состояние, а при дальнейшем нагревании - в газообразное состояние. Выяснилось, что существуют некоторые промежуточные фазы, которые обладают агрегатным состоянием жидкости, но, тем не менее, имеют некоторый порядок: не трехмерный, а двумерный или какой-то другой вырожденный порядок.
В 20-30-х годах советский физик Фредерикс изучал влияние различных полей магнитного и электрического на оптические свойства жидких кристаллов, и он обнаружил важную вещь, что ориентация молекул в жидких кристаллах очень легко меняется под действием внешних полей, причем поля эти очень слабые и изменения очень быстрые. С конца 60-х годов начался бум изучения жидкокристаллических систем, жидкокристаллических фаз, и он связан с тем, что научились их использовать. Вначале для систем отображения информации в обычных электронных цифровых часах, затем - в калькуляторах, а с появлением компьютерной техники стало понятно, что жидкие кристаллы можно активно использовать для изготовления дисплеев.
Обычно жидкокристаллическую фазу образуют молекулы, имеющие палочкообразную или дискообразную форму, то есть они обладают анизометрией формы прежде всего - палочки или диски
Каждый из нас носит с собой небольшое количество жидких кристаллов, потому что все мониторы мобильных телефонов на жидких кристаллах, я уже не говорю о мониторах компьютеров, о дисплеях, о телевизионных мониторах, и серьезной конкуренции со стороны плазменных мониторов и мониторов на светодиодах в общем-то, насколько я знаю (я не специалист в этом), нет. Жидкие кристаллы стабильны, не требуется большого напряжения для переключения картинки – это очень важно. Важное сочетание наблюдается в жидких кристаллах, так называемая анизотропия свойств, то есть это неодинаковость свойств по различным направлениям в среде, низкая вязкость их, иными словами, текучесть, существует возможность создать какое-то оптическое устройство, которое бы переключалось, реагировало с характерным временем переключения миллисекунды или даже микросекунды - это когда глаз не замечает скорости этого изменения, поэтому и возможно существование ЖК-дисплеев и телевизионных дисплеев, и очень высокая чувствительность к внешним полям.
Полимеры – это соединения, которые получаются путем многократного повторения, то есть химического связывания одинаковых звеньев – в самом простом случае, одинаковых, как в случае полиэтилена это звенья CH2, связанные между собой в единую цепочку. Конечно, существуют более сложные молекулы, вплоть до молекул ДНК, структура которых не повторяется, очень сложным образом организована.
Когда шли исследования жидкокристаллического состояния, когда изучали жидкие кристаллы, возникла идея: сочетать уникальные оптические свойства жидких кристаллов с хорошими механическими свойствами полимеров - способностью образовывать покрытия, пленки.
Тест.
1.Есть ли между молекулами кристаллов ближний и дальний порядок?
А. Да. Б. Нет.
2. Монокристаллы
А. Анизотропны. Б. Изотропны.
3.Поликристаллы
А. Анизотропны. Б. Изотропны.
4. Аморфные тела это-
А. Очень вязкие жидкости. Б. Расплавленные кристаллы.
5. Закон Гука имеет вид:
А. ε =as. Б. s=F/s. В. K=ES/l0/
6. При плавлении тел их внутренняя энергия
А. Увеличивается. Б. Уменьшается. В. Остается постоянной.
7.При плавлении кристаллических тел их температура
А. Увеличивается. Б. Уменьшается. В. Остается постоянной.
8. При плавлении аморфных тел их температура
А. Увеличивается. Б. Уменьшается. В. Остается постоянной.
9.Для создания эталона длины чаще всего применяется
А. Вольфрам. Б. Инвар. В. Сталь.
10. У железа или бетона коэффициент теплового расширения больше?
А. У железа. Б. У бетона В. Коэффициент одинаковый.
11.Битум - это вещество
А. Кристаллическое. Б. Аморфное. В. Жидкое.
12. Коэффициенты объемного и линейного теплового расширения связаны формулой:
А. a = b. Б. a =3 b. В. 3a = b.
Ключ
Вопрос | Верный ответ |
1 | А |
2 | А |
3 | Б |
4 | А |
5 | А |
6 | А |
7 | В |
8 | А |
9 | Б |
10 | В |
11 | Б |
12 | В |
Домашнее задание:
1. Найти в интернете ответ на вопрос: Из чего изготавливают сверхпрочные резцы для металлообработки (http://www. *****).
2. Проверить твердость различных твердых веществ, распределить эти вещества в порядке убывания твердости.
3. Закончить проект «Выращивание кристаллов».
4. Составить задачу по теме «Свойства твердых тел».
Рефлексия.
Самооценка работы на уроке.
Тема усвоена на:
-Отлично
-Хорошо
-Удовлетворительно
Трудности при выполнении задания
-Изучение новых физических величин
-Решение задач
-Ответы на вопросы теста
Как справляюсь с трудностями
- Самостоятельно
- Спрошу у одногруппников
- Спрошу у преподавателя
Спасибо за урок!
Использованная литература:
1.Дмитриева . Учебник для профессий и специальностей технического профиля/ . - М. : изд. «Академия», 2010.
2. Дмитриева по физике. Учебное пособие. /. - М.: изд. «Академия», 2010.
3.Семке задачи по физике. /. – Ярославль: изд. «Академия развития», 2007.
Интернет-сайт:
1. http://www. ***** – сайт «Физика. Механика и т. п.
