Реалізація метапредметного підходу у процесі викладання фізики
Урок у 10 класі
Тема: Маса та розміри атомів і молекул. Кількість речовини. Молярна маса. Стала Авогадро.
Розум людини полягає не лише у знанні,
а й у вмінні застосовувати ці знання
Аристотель
Мета освітня: повторити і узагальнити вивчений матеріал з теми «Основні положення МКТ», ознайомити учнів із величинами, що характеризують молекули ( порядок числового значення розмірів і маси молекул, кількість речовини, молярна сама, стала Авогадро), формувати навички розв’язування задач.
Мета розвивальна: розвивати нестандартне мислення учнів, індивідуальні й творчі здібності, логічне мислення, зорову і слухову пам'ять.
Мета виховна: виховувати впевненість у собі, необхідність у знаннях, доброзичливість, працелюбність, почуття колективізму.
Тип уроку: урок засвоєння нових знань.
Методи навчання: словесні (пояснення, бесіда), наочні (демонстрація, робота зі слайдами), логічні (висновки, підсумки), практичні (розв’язування задач).
Міжпредметні зв’язки: хімія, біологія, екологія, медицина, географія, математика, інформатика.
Основні поняття і терміни: маса і розмір молекули, кількість речовини, молярна маса, стала Авогадро.
Обладнання: таблиці із формулами, картки з умовами задач, Періодична система хімічних елементів Д. І. Менделєєва, портрет А. Авогадро, комп’ютер, медіа проектор, слайди, таблиці.
Демонстрації: досліди з дифузією, комп’ютерне моделювання явища дифузії, броунівського руху та осмосу.
Очікувані результати: після даного уроку учні зможуть назвати творців молекулярно-кінетичної теорії (МКТ) будови речовини; пояснити, у чому полягає суть МКТ; знатимуть основні положення МКТ; здатні навести приклади дослідного обґрунтування положень МКТ; наводитимуть приклади застосування МКТ в природі, техніці, медицині; використовуватимуть величини, що характеризують молекули при розв’язуванні задач.
Хід уроку
І. Організаційно-психологічний етап. Забезпечити робочу обстановку на уроці, створити сприятливий психологічний стан (привітання; перевірка готовності учнів до уроку; організація уваги).(Слайд 2)
ІІ. Етап підготовки учнів до активного, свідомого засвоєння знань.
Завдання. Організувати та спрямувати пізнавальну діяльність учнів, підготувати їх до засвоєння нових знань; формувати цілеспрямований характер навчальної діяльності.
Вчитель. Працювати сьогодні ми будемо в напередодні створених вами творчих групах «Атом» і «Молекула». З правилами роботи в групах ви знайомі (Слайд 4) Оцінювання ваших відповідей здійснюватиметься символічними «атомами». В кінці уроку координатори Валерія і Наталя підведуть підсумки роботи своїх груп.
ІІІ. Актуалізація опорних знань.
(Слайд 5,6) Вчитель. Дайте відповіді на запитання:
1. Що таке молекулярно-кінетична теорія? (учення, що пояснює будову та властивості тіл рухом і взаємодією частинок, з яких складаються тіла)
2. Назвіть основні положення МКТ (будь-яка речовина складається з найдрібніших частинок – молекул чи атомів; атоми й молекули перебувають в безперервному хаотичному русі; між молекулами (атомами) існують сили взаємодії, які залежать від відстані між ними і можуть бути силами притягання і відштовхування).
3. «Вгадай вченого». (кожній групі пропонується заповнити ІІ графу таблиці, обмінятися картками і зробити взаємоперевірку)
(Слайд 7)
Рік | Учений | Доробок |
V ст. до н. е | Демокрит | Розвинув учення, за яким тіла складаються із дрібних частинок, розділених проміжками |
ХVІІ ст.. | П’єр Гассенді, Роберт Бойль, Ісаак Ньютон | На основі атомної теорії пояснювали різні явища |
1803 р. | Джон Дальтон | Пояснив закони постійних відношень мас при хімічних реакціях |
1827 р. | Роберт Броун | Уперше спостерігав броунівський рух |
1905 р. | А. Ейнштейн, М. Смолуховський | Створили молекулярно-кінетичну теорію броунівського руху |
1 | Жан Перрен | Експериментально довів існування атомів і молекул |
Вчитель. Ви готували домашнє творче завдання «Як працює МКТ в природі, медицині, техніці, організмі людини?». Будь ласка, представники від груп, запрошую.
Повідомлення учнів
(Слайд 8,9) На 9 слайді – гіперпосилання (клік на картинці).
1. Роль газоподібного стану в живій природі.
І учень. Відомо, що окислювальні процеси в живому організмі відбуваються за участю кисню. Постачають його в організм органи дихання. У людини цю функцію виконують легені та шкіра. Наповнення легенів повітрям під час вдиху та виведення повітря у фазі видиху обумовлене різницею тисків, яка створюється м’язами грудної клітки та живота. Цікаво, що інтенсивність дихання деяких ділянок шкіри (грудей, спини та живота) вища, ніж легень. Але участь шкіри в загальному балансі дихання людини незрівнянно мала порівняно з легенями. Під час вдиху тиск кисню в крові менший, ніж у повітрі, тому кисень завдяки дифузії переходить у кров доти, поки його парціальні тиски не зрівняються. Для вуглекислого газу маємо зворотну картину. (Слайд 10) ІІ учень. Найбільш інтенсивно дифузний обмін відбувається між газом і рідиною. Молекули газу розташовуються на поверхні рідини і звідти поширюються по всій масі рідини, розчиняючись в ній. При різкому зниженні тиску над поверхнею рідини виділення розчиненого газу може бути настільки інтенсивним, що спричинить утворення бульбашок (демонстрація відкривання пляшки з газованою водою).
(Слайд 11) ІІІ учень. Явище, яке ми щойно спостерігали, може бути корисним. На його застосуванні ґрунтується дія аерозольних балончиків для одержання вершків чи кремів у вигляді піни, деяких вогнегасників. Але воно може бути й смертельно небезпечним – утворення бульбашок газу в крові є передумовою виникнення так званої кесонної хвороби, від якої потерпають водолази. На глибині водолаз дихає повітрям під високим тиском, який дорівнює гідростатичному тиску води. В результаті кров водолаза насичується азотом, адже його вміст у повітрі 79 %. При швидкому підніманні водолаза на поверхню води різко знижується тиск розчиненого у крові азоту, що теж може супроводжуватися виділенням бульбашок. Ці бульбашки, потрапивши в кровоносні капіляри, здатні їх закупорити, тобто спричинити емболію. Така емболія є значною загрозою для здоров’я і навіть життя людини.
Тому водолазів піднімають на поверхню дуже повільно. Так, після роботи на глибині 80 м протягом 1 години підйом триватиме 9 годин.
Газообмін в системі «атмосфера – поверхня водойми»
ІV учень. Велику роль відіграють дифузійні процеси в кисневому обміні водойм. Необхідний для життя в товщі води кисень частково утворюється в процесі життєдіяльності водоростей і частково надходить за рахунок дифузії через вільну поверхню водойми. Ось чому глобальне забруднення поверхні океану плівкою нафтопродуктів не лише погіршує умови існування водних істот, а й впливає на планетарний баланс вуглекислого газу, а через нього – на клімат планети, оскільки СО2 – один з основних парникових газів.
2. Дифузія в світі рослин
(Слайд 13) На слайді – гіперпосилання (клік на картинці).
V. учень. Велику роль відіграє дифузія у світі рослин. Дифузний обмін через поверхню листя виконує функцію не лише дихання, а й живлення. Так, через поверхню листка надходить вуглекислий газ для фотосинтезу. Через листкову поверхню випаровується величезна кількість води, з потоком якої від кореня надходять інші поживні речовини. Листя здатне засвоювати через свою поверхню й інші поживні речовини. На цьому базується дія позакореневого підживлення рослин – обприскування рослин розчином добрив.
4. Різновид дифузії – осмос у рослин
VІ учень. Осмос – взаємне проникнення речовин крізь пористі перегородки. Концентрація солей у листках та верхівках пагонів вища, ніж у кореневій зоні. Це створює осмотичний тиск, який і змушує воду підійматися від кореня вгору. Неперервне випаровування води з поверхні листків перешкоджає вирівнюванню концентрацій і підтримує рух рідини.
3. Дифузійні процеси в медицині
(Слайд 14) VІІ учень. Дифузійні процеси широко застосовуються в медицині. Вони лежать в основі дії різноманітних кремів, мазей, пластирів. Для прискорення дифузії через шкіру використовують її поєднання з дією електричного струму – електрофорез.
В основі дії апарату «штучні легені» лежить аерація крові бульбашками кисню з подальшим їх відділенням. Завдяки цьому кров збагачується киснем і з неї виходять надлишки вуглекислого газу.
В апараті «штучна нирка» відбувається дифузний обмін крізь напівпроникну мембрану між потоками крові та фізіологічного розчину, що прямують назустріч один одному. Унаслідок різниці осмотичних тисків токсичні речовини проходять крізь мембрану в сольовий розчин, і таким чином, видаляються з організму.
Вчитель. Отже, ми розглянули деякі явища в живій та неживій природі, розглянули також пояснення цих явищ на основі молекулярно-кінетичної теорії. Ми переконалися, що в основі різноманітних процесів лежать закони фізики. Прикладів, які б показали звязок фізики з життям, можна було б навести дуже багато. Навіть більше – в кожному явищі живої чи неживої природи завжди можна відшукати ознаки цих законів.
ІV. Мотивація навчальної діяльності учнів.
Вчитель. Основні одиниці. Метр (м), кілограм (кг), секунда (с), ампер (А), кельвін (К), кандела (кд). Це перелік основних одиниць фізичних величин міжнародної системи одиниць (СІ) та їхніх скорочень. Хоча для однієї одиниці – моль – скороченого запису немає.
Яке відношення має ця одиниця до молекулярної фізики, ми сьогодні й дізнаємося.
(Слайд 15,16) Повідомлення теми та мети уроку.
Запишіть тему уроку в зошитах
V. Сприйняття та засвоєння нового навчального матеріалу (пояснення вчителя з використанням наочності та проблемних запитань. В процесі вивчення учні заповнюють таблицю «Фізичні величини»):
Назва фізичної величини | Позначення | Основна одиниця | Формула |
Кількість речовини | v | моль | V = N/NА ; стала Авогадро NА = 6,02 х 1023 моль-1; v = m/М |
Молярна маса | М | кг/моль | М = moNА |
Маса молекули (атома) | mo | кг | Mo= М/NА |
Кількість молекул (атомів) | N | N= vNА; N= NАm/М |
Вчитель. Вивчення нового матеріалу здійснюватимемо за сходинками.
(Слайд 17) І сходинка. Розміри молекул. Оцінити розміри молекул можна з досліду. Якщо капнути на поверхню води крапельку олії, то вона розпливеться, утворивши тонку плівку завтовшки усього лише в одну молекулу. Товщину цього шару неважко визначити й тим самим оцінити розміри молекули олії. Наприклад, розмір d молекули олії приблизно дорівнює 2,5 х 10-7 см = 2,5 х 10-9м. (Слайд) Зараз досить точно встановлено: розміри молекул і атомів дорівнюють 10-10м. Цю одиницю довжини називають 1 ангстрем (А). Щоб уявити розміри молекул, можна скористатися таким порівнянням: якщо молекулу збільшити до розмірів яблука, то саме яблуко стане розміром із земну кулю.
(Слайд 18) Наступна ІІ сходинка: Маса молекули. Маси атомів молекул дуже малі і становлять 10-26 кг. Вимірювати їх маси в таких одиницях, як кілограм, незручно, тому було прийнято особливу одиницю – атомну одиницю маси (а. о. м.). Подивіться, будь ласка, в підручник і запишіть в зошитах, чому дорівнює атомна одиниця маси (1/12 маси атома Карбону С): (демонструється слайд і формула на дошці): 1 а. о. м. = 1/12 mo(C)= 1,660540 х 10-27кг.= 1,66 х 10-27 кг.
Оскільки маси молекул дуже малі, тому в розрахунках краще використовувати не абсолютні значення мас, а відносні. За міжнародною угодою маси всіх атомів і молекул порівнюють з 1/12 маси атома Карбону.
(Слайд 19) ІІІ сходинка: Відносна молекулярна маса. Це відношення маси молекули (атома) певної речовини до 1/12 маси атома Карбону С: Мr = mo : 1/12 mo(С).
Вчитель. Я пропоную групам «Атом» і «Молекула» попрацювати з підручником (стор. 5) і звернути увагу на таке: (представники груп відповідають):
1. Відносна молекулярна або відносна атомна маса речовини – безрозмірна величина: [Mr] = 1.
2. Вона показує, у скільки разів маса молекули або атома більша за 1/12 маси атома Карбону.
3. Маса молекули і атома може бути подана, як в атомних одиницях маси, так і в кілограмах: mo = Mr а. о. м. = 1,66 х 10-27 кг.
4. Відносна молекулярна маса речовини дорівнює сумі відносних атомних мас елементів, що утворюють молекулу.
Наприклад, Mr(Н2О) = 2 + 16 = 18; маса молекули води mo = 18 а. о.м. = 18 х 1,66 х 10-27 кг = 3,0 х 10-26 кг.
Вчитель. Ви вже знаєте, що макроскопічні тіла складаються з величезної кількості молекул. А як рахують таку величезну кількість мікрочастинок? Як визначити кількість речовини? (наступна сходинка нашого уроку).
У Міжнародній системі одиниць кількість речовини виражають у відносних одиницях – молях.
Пригадайте, що таке моль? (учні відповідають, користуючись підручником – стор. 6): Один моль – це кількість речовини, в якій міститься стільки ж молекул або атомів, скільки атомів Карбону міститься у вуглеці масою 12 г (0,012 кг).
(Слайд 20,21) Вчитель. А скільки атомів чи молекул міститься в12 г вуглецю?
(учні відповідають: 6,02 х 1023 атомів чи молекул. Це число позначають символом NA і називають числом або сталою Авогадро)
Чому його так називають? (на честь італійського вченого ХІХ ст Амедео Авогадро)
NA = 6,02 х 1023 моль-1. Розмірність показує, що NA –це кількість атомів чи молекул в 1 моль будь-якої речовини.
(Слайд 22) Вчитель (звертаючись до учнів): Пригадайте, що таке кількість речовини і в яких одиницях її вимірюють? (користуючись підручником, стор 6, учні відповідають):
Кількість речовини v – це фізична величина, яка дорівнює відношенню кількості молекул N у даному тілі до сталої Авогадро NA, тобто до кількості молекул в 1 моль речовини: v = N/NA (слайд)
Одиниця кількості речовини в СІ – моль [v] = 1 моль.
Вчитель. Крім відносної молекулярної маси, у фізиці й хімії широко використовують молярну масу (V сходинка нашого уроку)
(Слайд 23) Молярною масою (М) називають масу речовини, взятої в кількості 1 моль і визначають за формулою: М = moNA, де mo – маса атома (молекули) даної речовини; NA – число молекул в 1 моль (число Авогадро).
Одиниця молярної маси в СІ – кілограм на моль [M] = 1 кг/моль
Вчитель. Зверніть увагу на стор.6 підручника внизу (самостійна робота учнів з наступними відповідями):
1. Молярна маса дорівнює відносній молекулярній масі, поданій в грамах:
М = Мr г/моль = Мr х 10-3 кг/моль
2. Кількість речовини масою m і молярною масою М можна визначити за формулою v = m/М
3. Число N молекул речовини дорівнює N = mNA/М
VІ. Практичне застосування знань (розв’язування задач).
(Слайд 24) Вчитель. Діти! До закінчення школи залишилося 1,5 роки. Після цього ви будете обирати свій життєвий шлях, свою професію. Сьогодні ви матимете можливість зануритися в світ професій і відчути себе в ролі будівельника, металурга, хіміка-технолога, працівника санепідемстанції.
Отже, перенесімося в майбутнє, років на 10 вперед. Ви – дорослі, солідні люди, знайшли своє місце в житті. І в процесі своєї роботи ви стикаєтеся з різними проблемами, які вам необхідно вирішити.
Кожній групі треба розв’язати задачу, яка пов’язана з темою сьогоднішнього уроку та вашою майбутньою професією. Під час розв’язування задач користуйтеся таблицею «Хімічні величини», яку ви заповнювали протягом уроку.
1. Задача для будівельників. Обчисліть масу кальцій карбонату (СаСО3) кількістю речовини 3 моль.
Дано: Розв’язання:
v (CаСО3) = 3 моль 1. З формули v = m/М знайдемо m = v M
М (СаСО3) = 100 г/моль = 100 х 10-3 кг/моль
m (CаСО3) - ? 3. [m] = моль х кг/моль = кг
4. m (СаСО3) = 3 моль х 100 х 10-3 кг/моль = 300 х 10-3 кг
Відповідь: 300 х 10-3 кг.
2. Задача для металургів. Обчисліть кількість атомів Феруму у Ферум (ІІ) сульфіді масою 352 г.
Дано: Розв’язання:
m (FeS) = 352 г = 352 х 10-3 кг 1. N = v NA v = m /М N = mNA/М
--N = 352 х 10-3 х 6,02 х 1023/ 88 х 10-3 = 24,08
N (Fe) - ? хмолекул).
NA = 6,02 х 10 23 моль-1 3. [N] = кг х моль-1 : кг/моль = 1
4. Оскільки молекула FeS складається з
М (FeS) = 88 х 10-3 кг/моль одного атома Феруму й одного атома
Сульфуру, то N (Fe) = 24,08 х 1023 (атомів)
Відповідь: 24,08 х 1023 атомів.
3. Задача для хіміків-технологів. Яка кількість речовини міститься в алюмінієвому виливку масою 5,4 кг?
Дано: Розв’язання:
m (Аl) = 5,4 кг 1. v = m/М
-------[v] = кг : кг/моль = моль
v (Аl) - ? 3. v = 5,4 : 27 х 10-3 = 200 (моль)
М (Аl) = 27 х 10-3 кг/моль
Відповідь: 200 моль
4. Задача для працівників санепідемстанцій. Скільки молекул міститься в 2,5 г сірководню?
Дано: Розв’язання:
m (Н2S) = 2,5 г = 2,5 х 10-3кг 1. N = v NA v = m/М N = m NA/М
[N] = кг х моль-1 : кг/моль = 1
N - ? 3. N = 2,5 х 10-3 х 6,02 х 1023 : 34 х 10-3 =
NA = 6,02 х 10-23 моль-1 = 4,4 х 1022 (молекул)
М (Н2S) = 34 кг/моль Відповідь: 4,4 х 1022 молекул.
(Слайд 25) Інтерактивна гра: «Закінчи речення»
VІІ. Рефлексія. Оцінювання роботи учнів на уроці (звіти координаторів )
(Слайд 26) Вчитель. Скажіть, будь ласка, що ми з вами робили сьогодні на уроці?
- Поглибили знання з молекулярно-кінетичної теорії;
- З’ясували, як працює МКТ у природі, медицині, техніці;
- Ознайомилися з поняттями: маса та розміри атомів і молекул; кількість речовини; молярна маса; стала Авогадро;
- Розширили кругозір шляхом розв’язування задач.
- На сьогоднішньому уроці ми ще раз переконалися в тому, що фізичні теорії є надійним знаряддям у розкритті таємниць природи, законів природничих та економічних процесів.
VІІІ. Домашнє завдання.
(Слайд 27) Вчитель. За підручником , Фізика. Молекулярна фізика. Основи термодинаміки. 10 клас вивчити параграф 49.
Крім того, я хочу запропонувати кілька варіантів творчого завдання, щоб ви самі вибрали для себе те, що вам до вподоби:
Напишіть казку або твір про знання з молекулярно-кінетичної теорії.
Орієнтовні теми для написання казок
1. Казка про те, як я стану студентом-фізиком.
2. Казка про Лисицю-економіста та Ведмедя-програміста.
3. Як Незнайко учив фізику і що з того вийшло.
Орієнтовна тема для написання твору
Чи є у фізиці щось таке, що може змінити все життя?
(Слайд 28) Дякую за урок! Бажаю вам натхнення та успіхів у навчанні!
