Броуновское движение. Силы взаимодействия молекул

, учитель физики высшей квалификационной категории.

Современный уровень развития науки и техники немыслим без использования компьютерных технологий в преподавании физики и астрономии в школе. Одно из направлений использования компьютера на уроках – моделирование физических процессов и явлений. Вашему вниманию предлагается пример использования обучающей компьютерной программы

Урок № 4. БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ. СИЛЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОЛЕКУЛ

Цели урока: раскрыть научное и мировоззренческое значение броуновского движения; установить характер зависимости сил притяжения и отталкивания от расстояния между молекулами.

Ход урока

I. Итоги контрольного теста. Анализ ошибок

II. Подготовка к восприятию нового материала (фронтальный опрос)

1.Сформулировать основные положения МКТ.

2.Назвать опытные обоснования II положения.

3.Назвать опытные обоснования III положения.

III. Объяснение нового материала (беседа)

1.

Историческая справка об открытии броуновского движения (Р. Броун 1827 - наблюдал беспорядочное движение плавающих в воде спор растений.)

2.

Броуновское движение, его причины. Создание теории А. Эйнштей­ном (1905 г.) и исследования.

3.Свойства теплового движения: хаотичность, непрерывность, неуничтожимость.

Обсуждение вопросов:

1)В чем сходство и в чем различие между броуновским движением и диффузией?

2)Как объяснить зависимость интенсивности броуновского движения от температуры?

3)Является ли ломаная линия (рис. 5 учебника) траекторией движения броуновской частицы?

4)В чем качественное отличие теплового движения от механического?

4.Силы взаимодействия молекул:

1)Силы притяжения и отталкивания действуют одновременно.

2)Силы электромагнитной природы.

Урок № 6. ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ В МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ

Цель урока: познакомить учащихся с понятием идеального газа с точ­ки зрения молекулярно-кинетической теории.

Ход урока

I. Повторение и закрепление знаний

Самостоятельная работа по карточкам или вариантам (15 мин.).

------------------------------------------------------------------------------------------------

Вариант № 1

1. Перечислить факты, опыты и явления, подтверждающие основные положения молекулярно-кинетической теории.

2. Какую массу имеют 2 • 1023 молекул азота?

------------------------------------------------------------------------------------------------

Вариант № 2

1. На основе молекулярно-кинетической теории объяснить качественное различие в молекулярном строении газов, жидкостей и твердых тел.

2. Сколько молекул содержится в 1 см3 воды?

Вариант № 3

1.Перечислить характерные особенности межмолекулярного взаимодействия.

2.Рассчитать примерный объем атома золота.

----------------------------------------------------------------------------------------------------

II. Изучение нового материала

Рассмотрение вопросов:

1. Идеальный газ - простейшая модель реального газа. Основные свойства этой модели

а) межмолекулярные силы взаимодействия отсутствуют;

б) взаимодействия молекул газа происходят только при их соударениях и являются упругими;

в) молекулы газа не имеют объема - материальные точки.

2. Объяснить при помощи модели «идеальный газ», почему газы:

а) сравнительно легко сжимаются;

б) оказывают давление на стенки сосуда любой формы и любого раз­
мера;

в) занимают весь предоставленный объем.

III.  Домашнее задание:

из §6 повторить: давление, единицы давле­ния, давление газа. («Физика. 7»);

импульс, II закон Ньютона («Физика. 9»).

Урок № 21. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ И АМОРФНЫХ ТЕЛ

Цель урока: раскрыть основные свойства кристаллических и аморфных тел.

Ход урока

I. Изучение нового материала

Вступление. Большинство окружающих нас твердых тел - вещества в твердом состоянии. Специальная область физики - физика твердого тела - занимается изучением строения и свойств твердых тел. Эта область физики является ведущей во всех физических исследованиях. Она составляет фун­дамент современной техники.

В любой отрасли техники используются свойства твердого тела: меха­нические, тепловые, электрические, оптические и т. д. Все большее приме­нение в технике находят кристаллы.

Действие современных оптических квантовых генераторов - лазеров - основано на использовании свойств монокристалла.

Твердое состояние вещества

1.Вещество называют твердым, если оно сохраняет свою форму и объем, т. е. внешние признаки.

2.

В физике под твердыми телами подразумевают вещества, у которых имеется кристаллическое строение, т. е. «дальний порядок», в расположении его частиц.

В зависимости от структуры различают тела кристаллические и аморфные:

Кристаллические тела

Монокристаллы - Поликристаллы -

одиночные кристаллы много кристаллов (металлы, (кварц, алмаз) сахар, поваренная соль)

Свойства:

1.Температура плавления 1Ш, = const.

2.Каждое вещество имеет свою температуру плавления.

(Можно выполнить график плавления и отвердевания льда на доске и объяснить его.)

Анизотропия - Изотропия-зависимость физических одинаковые физические свойства свойств от направления внутри

по всем направлениям. кристалла.

Механическая прочность, опти - У поликристаллов анизотрапия

ческие, электрические, тепловые свойственна для каждого кристалла.

свойства. Т. к. кристаллики расположены друг

относительно друга хаотически, тело

в целом изотропно.

Аморфные тела

Свойства:

1.Не имеют постоянной температуры плавления.

2.Не имеют кристаллического строения.

3.Изотропны.

4.Обладают текучестью.

5.Имеют только «ближний порядок» в расположении частиц.

6.Способны переходить в кристаллическое и жидкое состояние.

Типы кристаллов

а) ионные;

б) атомные;

в) металлические;

г) молекулярные.

Кристаллическая форма вещества более устойчивая, чем аморфная.

II. Обсуждение вопросов

1.Два кубика - один из оконного стекла, другой из монокристалла кварца - опущены в горячую воду. Сохранят ли они свою форму?

2.Как, исходя из кристаллической структуры твердых тел (например на модели пространственной решетки хлористого натрия), объяснить свойство анизотропии?

3. 

I11. Домашнее задание: § 18, 19.

Для желающих: вырастить кристаллы из раствора медного купороса или сахара.

П. Учащиеся могут сделать сообщения:

1.Жидкие кристаллы. Некоторые органические материалы при переходе из жидкого состояния в твердое имеют промежуточную структуру. Вещество в таком состоянии называют жидким кристаллом. Для жидких кристаллов характерна вытянутая структура молекул, которая приводит к анизотропии свойств. Жидкие кристаллы имеют важные оптические свойства, которые в широких пределах изменяются внешними воздействиями. Это и определяет большие возможности управления световыми потоками с помощью жидких кристаллов.

2.Свойства кристаллических веществ определяются структурой кристаллических решеток. Между алмазом и графитом много общего, хотя на первый взгляд общее трудно увидеть. Алмаз необычайно тверд, прозрачен, не проводит электрический ток, обработанные алмазы - драгоценности, известные в быту как бриллианты.

Графит мягок, легко расслаивается, непрозрачен, электропроводен и не похож на драгоценный камень. А между тем и алмаз, и графит - это чистый углерод. Различие свойств алмаза и графита связано только с различием кристаллических решеток (демонстрация рисунков). При определенных условиях возможен переход вещества из одной кристаллической модификации в другую. Если нагреть графит до температуры 2000 - 2500 К под давлением 109 Па, то произойдет перестройка кристаллической решетки, в результате чего графит превращается в алмаз. Так получают искусственные алмазы.

3. Роль некоторых добавок к сплавам для увеличения прочности материалов.

Расположение атомов в кристаллах далеко не всегда правильно. Размещение атомов в пространстве часто нарушается. Эти области разупорядочения атомов кристаллической решетки называют дефектами. Иногда нарушается правильная структура пространственной решетки вдоль некоторых линий. Эти дефекты называются дислокациями. Обычно примеси в металлах оседают на дислокации. Большое число примесей может блокировать дислокации. Сталь представляет собой сплав на основе железа, содержит значительные примеси углерода, а также различные легирующие добавки (примеси некоторых металлов). Регулируемое упрочнение стали происходит за счет взаимодействия атомов примеси, в том числе и углерода, с дислокациями и за счет выпадения микроскопических включений карбида железа. В настоящее время это основной путь упрочнения материалов.

И другие сообщения.

Урок № 22. ВИДЫ ДЕФОРМАЦИЙ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Цель урока: ознакомить учащихся с различного вида деформациями твердого тела и их характеристиками.

Оборудование: прибор для демонстрации различных видов деформации, таблица «Виды деформаций».

Ход урока

I. Подготовка к восприятию нового материала

1. Индивидуальный опрос

а) Основные свойства кристаллических тел.

б) Различие в свойствах аморфных и кристаллических тел.

2. Фронтальная беседа с классом.

а) Что произойдет с монокристаллом поваренной соли, если его опустить в ненасыщенный раствор этой соли? в насыщенный? в пересыщенный? /а) Кристалл будет растворяться; б) ничего не произойдет; в) кристалл будет расти./

б) Почему в природе не бывает кристаллов шарообразной формы? (Вследствие анизотропии роста.)

в) Почему в таблице температур плавления различных веществ нет температуры плавления стекла? (Стекло - аморфное тело и не имеет определенной точки плавления).

II. Изучение нового материала в форме беседы

1.Что называют деформацией?

2.Понятие упругой деформации.

3.

Понятие пластической деформации (демонстрация упругой и остаточной деформаций).

4.

Деформация растяжения (сжатия), ее объяснение на основе молекулярно-кинетической теории:

а) абсолютное удлинение (сжатие);

б) относительное удлинение (сжатие)

5.Деформация сдвига.

6.Деформация изгиба и кручения.

III. Закрепление знаний

1.На работу по растяжению проволоки затрачена энергия. Куда делась эта энергия, если деформация проволоки была упругой? пластической?

2.Абсолютное и относительное удлинение стержня 1 мм и 0,1% соответственно. Какой была длина недеформированного стержня? (1 м)

3. Проволока длиной 5,4 м под действием нагрузки удлинилась на 2,7 мм. Определить абсолютное и относительное удлинение проволоки.

IV. Домашнее задание:

§ 20, повторить § 26 («Физика. 9»). Сила упругости. Закон Гука.