Конспект урока"Свойство твердых тел. Характеристика твердых тел. Кристаллы." (физика 10 класс)

Күні/Дата/date _____________             топ/группа/Group/ _______________                             _____________                                            _______________                            ______________                                            _______________ Сабақ/Урок/ Lesson № 17 Тақырып: Қатты заттардың қасиеті. Қатты заттардың сипаттамасы. Кристалдар  Тема:Свойство твердых тел. Характеристика твердых тел. Кристаллы.  Topik:The property of solids. Characteristics of solids. Crystals   Мақсаты: Оқушыларды материя құрылымы туралы білімді қорытуға және кристалдық және аморфты органдардың құрылымы мен физикалық қасиеттеріндегі айырмашылықтарды сіңіруге жағдай жасау. Студенттердің қорыту, салыстыру, салыстыру, тұжырымдарды жасау дағдыларын қалыптастыру үшін жағдай жасау ;  Мына жағдайларды жасау: 1) коммуникативтік қасиеттерді қалыптастыру, қарым­қатынас  мәдениеті, байқауды оқыту; 2) ғылыми фактілер мен заңдарды білудің эмпирикалық және  теориялық деңгейлерімен танысу; Цели урока:Создать условия, при которых студенты смогут обобщить знания о строении вещества и усвоить различия в строении и физических свойствах кристаллических и аморфных тел. Создать условия   для   формирования   у   студентов   умений   обобщать,   сравнивать,   сопоставлять,   делать выводы. Создать условия для:  1) формирования коммуникативных качеств, культуры общения, воспитание  наблюдательности; 2)знакомства с эмпирическим и теоретическим уровнями познания научных фактов и  закономерностей; Goals:To create conditions under which students will be able to generalize knowledge about the structure of matter and absorb the differences in the structure and physical properties of crystalline and amorphous bodies. Create conditions for the formation of students' skills to generalize, compare, compare, draw conclusions. ; Create conditions for: 1) the formation of communicative qualities, culture of communication, education of observation; 2) familiarity with the empirical and theoretical levels of knowledge of scientific facts and laws; Задачи: 1)сформировать понятия «ближний» и «дальний»  порядок в расположении частиц,  « кристаллическое тело», «аморфность»; 2) проанализировать причины анизотропии у кристаллических тел и изотропии у аморфных тел; 3)акцентировать внимания на различиях в других физических свойствах кристаллических и  аморфных тел.; 4) побудить студентов к использованию научно­популярной литературы и сети интернет для совершенствования знаний. Применять элементы полиязычия на уроке Тип урока – Изучение нового материала Ход урока  1. Орг .момент. Сәлеметсіздер /Здравствуйте/ Hello 2..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.  Какие вещества называются твердыми? 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. қатты денелер/ТВЕРДЫЕ ТЕЛА/ solid bodies 1. Кристалды дене/Кристаллические тела / Crystal bodies Процесс   перехода  вещества  из  твердого состояния  в  жидкое  при  температуре   плавления называют плавлением. Обратный процесс ­ называют отвердиванием или кристаллизацией.  Q = m*  ­ удельная теплота плавления. Кристаллы ­ это   твёрдые   тела,   атомы   или   молекулы   которых   занимают   определённые, упорядоченные положения в пространстве.  Зависимость физических свойств от направления внутри кристалла называют анизотропией. Пример, слюда. Твёрдое   тело,   состоящее   из   большого   числа   маленьких   кристалликов,   называют поликристаллическим (металлы, сахар). Одиночные кристаллы называют монокристаллами. К свойствам твердых тел относятся: упругость, пластичность, хрупкость. 2. Аморфтық денелер/Аморфные тела./ Amorphous bodies. Аморфные   тела   занимают   промежуточное   положение   между   кристаллическими   твёрдыми телами  и  жидкостями.  У  аморфных   тел  нет  строгого порядка  в  расположении   атомов,   только ближайшие   атомы   в   определённом   порядке.   Строгой   повторяемости   по   всем   направлениям, характерной для кристаллов нет (стекло, смола, канифоль, сахарный леденец). Аморфные тела при низких температурах по свойствам напоминают твёрдые тела. По мере повышения температуры постепенно   размягчаются   и   их   свойства   всё   более   приближаются   к   свойствам   жидкостей. Определенной температуры плавления у аморфных тел нет.  мм А орфные  кристаллической структуры и в отличие от кристаллов не расщепляются с образованием  кристаллических граней, как правило — изотропны, то есть не обнаруживают различных свойств в  разных направлениях, не имеют определённой точки плавления. К аморфным веществам  принадлежат стекла (искусственные и вулканические), естественные и искусственные смолы.  заттар/вещест авм /substances (отдр.греч  ἀ  «не­» и  μορφή «вид, форма») не имеют  Аморфты денелердің қасиеттері./Свойства аморфных тел. Properties of amorphous bodies.  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. 3. Қатты заттардың деформациясының түрлері./Виды деформации  твердых тел./ Types of deformation of solids. Деформациясы/Деформацией/ deformation называется изменение формы или объема тела. Деформации, которые полностью исчезают после прекращения действия внешних сил, называются  упругим серпімді/ elastic (пружины, стальные шарики, резиновый шнур  булақтар, болат шарлар, резеңке шнурлар, springs, steel balls, rubber cord). Деформации, которые не исчезают после прекращения внешних сил, называются (пластик (саз, балауыз, қорғасын).)пластическими (глина, воск, свинец)(plastic (clay, wax, lead).. Упругие деформации делятся на: а) созылу (қысу)./Деформация растяжения (сжатия) /stretching (compression).. Деформацию  растяжения испытывают тросы, канаты, цепи в подъемных устройствах, стяжки между вагонами.  Деформацию растяжения испытывают тросы, канаты, цепи в подъемных устройствах, стяжки между вагонами. Деформацию растяжения (сжатия) характеризуют абсолютным и относительным  удлинением ? = ?­?0, где  ? ­ абсолютное удлинение, м; ? ­ начальная длина, м; ?0 – конечная длина, м.     ­ относительное удлинение.  b) Қысудың деформациясы/Деформация сдвига/ Shear deformation. Деформацию, при  которой происходит смещение слоев тела относительно друг друга, называют деформацией сдвига.  Деформациям сдвига подвергнуты все балки в местах опор, заклепки, болты скрепляющие детали.  Сдвиг на большие углы может привести к разрушению – срезу. Срез происходит при работе ножниц, долота, зубьев пилы.  с)Иілу   және   бұралу./Изгиб   и   кручение./ Bending   and   torsion  Изгиб – более   сложный   вид   деформации,   который   испытывают   например, нагруженная балка. Кручение происходит при завертывании болтов, вращении валов машин, сверл.  Қатты   заттардың   механикалық   қасиеттері./Механические   свойства   твердых   тел.  4. Mechanical properties of solids. Механическим   напряжением   называют   отношение   модуля   силы   упругости   к   площади поперечного сечения: F S    Н   2 м Па Закон Гука    : При малых деформациях напряжение прямо пропорционально относительному удлинению:  = Е*.,  где   Е – модуль   упругости   или   модуль   Юнга.   Модуль   Юнга   характеризует сопротивляемость материала упругой деформации растяжения или сжатия. Чем больше модуль Юнга, тем меньше деформируется тело. Закон Гука запишем в другом виде: F S E  0   F  * ES  0    *kF k  * ES  если обозначить  Максималды кернеу  /Максимальное напряжение  Maximum voltage пред  при котором  где, k ­ жесткость тела. 0 еще выполняется закон Гука называют пределом пропорциональности.  Максимальное   напряжение  уп при   котором   еще   не   возникают   заметные   остаточные деформации, называют пределом упругости. Предел упругости превышает предел пропорциональности лишь на сотые доли процента. Ең күшіПредел     /прочности.    / Tensile strength. При постройке машин и сооружений всегда создают запас прочности. Запасом прочности называется величина , показывающая, во сколько раз разрушающая нагрузка в самом напряженном месте   конструкции,   больше   чем   фактическая   максимальная   нагрузка.   Разрыв   материала происходит после того, как напряжение достигает максимального значения, называемого пределом прочности   (исследуемый   образец   растягивается   без   увеличения   внешней   нагрузки   вплоть   до разрушения). Диаграмма разрушения полученная экспериментально, дает достаточно полную информацию о механических свойствах материала и позволяет оценить его прочность. Основной этап урока Учитель : Пора познакомиться подробнее с кристаллическими и аморфными телами. Перед вами  статья «Кристаллические и аморфные тела». Работаем парами. Задание 1. Прочитайте статью «Кристаллические и аморфные тела». Приложение 1. Задание 2.Ответитьте на вопросы:  Каковы свойства кристаллических тел?  Каковы свойства аморфных тел?  Что называется изотропностью?  Что называется анизотропией?  Назовите виды кристаллических решеток.  Приведите примеры кристаллических тел.  Приведите примеры Аморфных тел.  Что называется монокристаллом? Приведите примеры  Что называется поликристаллом? Приведите примеры κρύσταλλος , первоначально    Поликристаллы Polycrystals – это твёрдые тела, состоящие из большого числа   / monocrystals ­ одиночные кристаллы (кварц, слюда…) Идеальная Обсуждение ответов на вопросы.  Выполнение записи в тетради: Кристалдар/Кристаллы/ Crystals (от греч.   —лед, в дальнейшем — горный хрусталь, кристалл) — твёрдые тела, в которых атомы расположены закономерно, образуя  трёхмерно­периодическую пространственную укладку —кристаллическую решетку. Кристаллы ­ это твёрдые тела, атомы или молекулы которых занимают определённые,  упорядоченные положения в пространстве. Поэтому кристаллы имеют плоские грани. Например  крупинка повар. соли. Если мы посмотрим через лупу, то увидим что крупинка поваренной соли  имеет плоские грани, составляющие друг с другом прямые углы. Или снежинка так же имеет  правильные формы. (Демонстрируются кристаллы различной формы, рассматриваются крупные  крупинки соли)   ­ Запишем определение. ­Кристаллические тела делятся на монокристаллы   и поликристаллы. Приставка «поли» означает много, приставка «моно» означает одно.   поликристалдар/ кристаллов, беспорядочно ориентированных друг относительно друга. ­ Запишем определение.  Монокристаллы     монокристалдар/ форма кристалла имеет вид многогранника. Такой кристалл ограничен плоскими гранями,  прямыми ребрами и обладает симметрией. (Демонстрируются кристаллы кварца, слюды, графита). (Рис.№10, рис.№ 11, рис.№12) Но монокристаллы в природе встречаются редко. Такой кристалл можно вырастить в  искусственных условиях Свойства кристаллических тел. 1.Температура плавления постоянна. 2.Имеют кристаллическую решетку Типы кристаллов  а) ионные;  б) атомные;  в) металлические;  г) молекулярные. 3.Каждое вещество имеет свою температуру плавления. 4.Анизотропны (механическая прочность, оптические, электрические, тепловые свойства). 3.Обсуждение вопросов  1.Шар, выполненный из монокристалла, при нагревании может изменить не только свой объем, но и  форму. Почему? 2.Кубик из стекла и кубик , вырезанный из монокристалла кварца, опущены в горячую воду.  Сохранят ли кубики свою форму? 3.Почему в природе не существует кристаллов шарообразной формы? Сообщение учащегося «Из истории открытия кристаллов»: В 1910 году шахтёры открыли  пещеру под шахтами Найка, позже названную Пещера мечей . Она  расположена на глубине 120 м, над Пещерой кристаллов, и заполнена красивыми светлыми и  прозрачными кристаллами примерно метровой длины. Предполагается, что на этой глубине  температура упала значительно раньше, прекратив рост кристаллов. Пещера кристаллов была обнаружена в 2000 году братьями­шахтёрами Санчез, прокладывавшими  новый туннель в шахтовом комплексе для компании Индустриас Пеньолес . В шахтовом комплексе  Найка имеются существенные залежи серебра, цинка, свинца. Пещера кристаллов — это полость в  форме подковы в массиве известняка. Громадные кристаллы пересекают пространство пещеры в  разных направлениях. Из пещер постоянно откачивается вода. В случает остановки оборудования  они снова затопятся. Кристаллы деградируют на воздухе, поэтому исследователи из «Проекта  Найка» стремятся задокументировать этот геологический объект. Новый зал, названный «Ледовый дворец», был открыт при бурении в 2009 году. Он находится на  глубине 150 м и не заполнен водой. Формации кристаллов значительно меньшие, с тонкими  нитевидными наростами. Сообщение учащегося «Из истории стекла»: Долгое время первенство в открытии стеклоделия признавалось за Египтом чему несомненным  свидетельством считались глазурованные стеклом фаянсовые плитки внутренних облицовок  пирамиды Джессера (27ой век до н. э.); к ещё более раннему периоду (первой династии фараонов)  относятся находки фаянсовых украшений, то есть стекло существовало в Египте уже 5 тысяч лет  назад. Археология Двуречья, в особенности — Древних Шумера и Аккада, склоняет  исследователей к тому, что немногим менее древними образцом стеклоделия следует считать  памятник, найденный в Месопотамии в районе Ашнунака — цилиндрическую печать из прозрачного стекла, датируемую периодом династии Аккада, то есть возраст её — около четырёх с половиной  тысяч лет. Бусина зеленоватого цвета диаметром около 9 мм, хранящаяся в Берлинском музее,  считается одним из древнейших образцов стеклоделия. Найдена она была египтологом Флиндерсом Питри около Фив, по некоторым представлениям ей пять с половиной тысяч лет. Н. Н. Качалов  отмечает, что на территории Старовавилонского царства археологи регулярно находят сосудики  для благовоний местного происхождения, выполненные в той же технике, что и египетские. Учёный утверждает — есть все основания считать, «что в Египте и в странах Передней Азии истоки  стеклоделия… отделяются от наших дней промежутком приблизительно в шесть тысяч лет». Существует также несколько легенд, с той или иной степенью правдоподобия толкующих  возможные предпосылки того, как сложилась технология. Н. Н. Качалов воспроизводит одну из  них, поведанную античным естествоиспытателем и историком Плинием Старшим(I век). Эта  мифологическая версия гласит, что однажды финикийские купцы на песчаном берегу, за  неимением камней, сложили очаг из перевозимой ими африканской соды — утром на месте  кострища они обнаружили стеклянный слиток.  Египетские стеклоделы плавили стекло на открытых очагах в глиняных мисках. Спёкшиеся куски  бросали раскалёнными в воду, где они растрескивались, и эти обломки, так называемые фритты,  растирались в пыль жерновами и снова плавились. Фриттование использовалось ещё долго после Средневековья, поэтому на старых гравюрах и при  археологических раскопках мы всегда находим две печи — одну для предварительной плавки и  другую для плавки фритт. Необходимая температура проплавления составляет 1450 °C, а рабочая  температура — 1100—1200 °C. Средневековая плавильная печь («гуть» — по чешски)  представляла собой низкий, топящийся дровами свод, где в глиняных горшках плавилось стекло.  Выложенная только из камней и глинозёма, долго она не выдерживала, но надолго не хватало и  запаса дров. Поэтому, когда лес вокруг гуты вырубали, её переводили на новое место, где леса  было ещё в достатке. Ещё одной печью, обычно соединяемой с плавильной, была отжигательная печь — для закалки, где  готовое изделие нагревалось почти до точки размягчения стекла, а затем — быстро охлаждалось,  чтобы тем самым компенсировать напряжения в стекле (предотвратить кристаллизацию).  Интересны сведения, имеющие отношение и к истории стекла и тому факту, что стекло, в общем  смысле, за время своего существования, в отличие от многих других материалов, не претерпело  практически никаких изменений (самые ранние образцы того, что стали называть стеклом ничем не  отличаются от известного всем — бутылочного; исключением, конечно, являются виды стёкол с заданными свойствами), однако в данном случае речь идёт о веществе и материале минерального  происхождения, нашедшем применение в современной практике. 3. Проверка усвоения  Заполните таблицу: physical quantities Обозначе Физическая величина Физикалық шамалар  ние Единицы измерения   теплота Удельная плавления Теплота плавления Длина  Абсолютное удлинение Относительное удлинение Механическое напряжение Сила Площадь Модуль упругости (модуль Юнга) Жесткость  Біріктірудің ерекше қызуы Біріктіру қызуы Ұзындығы Абсолютті ұзарту Салыстырмалы ұзарту Механикалық кернеу Күшті Ауданы Серпімді модуль (Жас модулі) Қаттылық Specific heat of fusion Heat of fusion Length Absolute lengthening Relative extension Mechanical stress Strength Square Elastic modulus  (Young's modulus) Rigidity Решите задачи: 1. Чугунный цилиндр массой 100 г, нагретый до температуры 1000С, поставлен на лед, имеющий температуру 00С, какое количество льда расплавится под цилиндром, когда он остынет до 00С? 2. Под действием какой силы, направленной  вдоль оси стержня,  в нем  возникает напряжение 150 Мпа. Диаметр стержня равен 0,4 см. Температура плавления и удельная теплота плавления некоторых веществ. Вещество Вода, лед Вольфрам Тпл , К 273 3683 λ, Дж/кг 3,35 ∙ 10 5 2, 6 ∙ 10 4 Вещество Олово Свинец Тпл , К 505 600 λ, Дж/кг   5,8 ∙ 10 5 2,5 ∙ 10 4 IV. На дом. §§73­74 V.Подведение итогов. Интернет источники: http://ru.wikipedia.org/wiki; http://physics.ru/courses/op25part1/content/chapter3/section/paragraph6/theory.html; http://www.alhimik.ru/stroenie/gl_17.html; http://bse.sci­lib.com/article109296.html; http://fizika2010.ucoz.ru/socnav/prep/phis001/kris.html Тест 1.Какое из перечисленных свойств характерно для кристаллических тел? Выберите  правильный ответ. А.Существование определенной температуры плавления. Б. Изотропность. В.Отсутствие определённой температуры плавления. 2.Какое из перечисленных свойств характерно только для аморфных тел? Выберите  правильный ответ. А. Анизотропность. Б. Существование определённой температуры плавления. В.Отсутствие определённой температуры плавления. 3.Что называется анизотропией  кристаллов? А. Зависимость физических свойств от направления внутри кристалла. Б.Одинаковость физических свойств по всем направлениям. В.Хорошая теплопроводность внутри кристалла. 4. Что можно сказать об изменении температуры в процессе плавления  кристаллического тела?  А. Температура остается постоянной. Б.  Температура  увеличивается. В. Температура  может быть любой. 5.Что такое монокристалл?  А. Тело, имеющее правильную геометрическую форму и ограниченное естественными  плоскими гранями  Б. Частица вещества, имеющая правильную геометрическую форму В. Твердое тело, состоящее из одного кристалла  . ТВЕРДЫЕ ТЕЛА Домашнее задание 1. Какое количество теплоты необходимо, чтобы 2 кг льда взятого при температуре -200С довести до температуры плавления, расплавить, а воду нагреть до кипения? 2. С высоты Н свободно падает кусок металла с удельной теплоемкостью с. На сколько поднялась его температура при ударе о землю, если считать, что 10% его механической энергии при ударе превращается в теплоту (КПД 10%). 3. В углубление, сделанное в куске льда, взятого при температуре t0 = 00С, влит расплавленный свинец при температуре t1 = 4000С. Сколько свинца было влито (m1 - ?), если он остыл до 00С и при этом растопил m2 = 270 г льда? Удельная теплота кристаллизации (плавления) льда λ = 2,5·10 4 Дж/кг, удельная теплоемкость жидкого и твердого свинца с = 130 Дж/(кг К), температура плавления и кристаллизации свинца t = 3270С, удельная теплота плавления льда λ2 = 3,3·10 5 Дж/кг (ответ: 1,2 кг). Теоретические вопросы: 1. Что общего и в чем отличие между аморфным телом и кристаллом? 2. Анизотропия, изотропия. 3. Полиморфизм. 4. Плавление и кристаллизация. 5. Физический смысл удельной теплоты плавления. 6. Как изменяются объем и плотность вещества при плавлении? 7. Особенности отвердевания воды. 8. Зависимость температуры плавления от давления. 9. Виды кристаллических структур и их свойства. 10.Виды деформации твердых тел. 11.Механические свойства твердых тел 12.Закон Гука Предел упругости и предел прочности 13. Литература: 1. Кабардин О.Ф. Физика. Справочные материалы. § 29, 30. 2. Жданов Л.С. Жданов Г.Л. Физика. § гл. 12. 3. Мякишев Г.Я. Буховцев Б.Б. Физика – 10. § 18, 19.