Модель открытого урока по физике на тему "Строение и свойства веществ в разных агрегатных состояниях" (примерная модель урока для изучения базового уровня стандарта по курсу физики в 10-м классе)

Цели занятия:

1) актуализировать знания обучающихся о свойствах вещества с точки зрения молекулярно-кинетических представлений;
2) дать понятие о плазме, её свойствах и применении;
3) раскрыть особенности строения газообразных, жидких, твердых тел и плазмы (в четырех агрегатных состояниях вещества) с точки зрения МКТ (молекулярной кинетической теории).

Задачи урока: сформировать у обучающихся умения применять основные положения МКТ для объяснения существования, строения и свойств веществ в различных агрегатных состояниях.

План-хронометраж урока

Домашнее задание:Ф-10кл. [11]: §62; §126; Упр.11 (5,6).

Оборудование и материалы: раздаточный материал – таблицы (плазма и модели разных состояний по 1 штуке на парту), схемы, книги и журналы: о плазме [12], учебники [для 10 класса-1,3,8,11], справочники и задачники по физике и технике[5,13,15], энциклопедические издания по физике [3]; демонстрационные таблицы – солнечная система, звезды и туманности, Земля в космическом пространстве; стеклянная палочка и кусок шелковой ткани, спички и демонстрационный электрометр, лазерная указка и грампластинка (или лазерный-CD, DVD диск); различные образцы веществ в твердом состоянии, модель кристаллической решетки NaCl, поваренная соль, её схема; сосуды различной формы с подкрашенной жидкостью; воздушный шарик; блюдце или вогнутая полусфера с 19 горошинами (горох) или горошинами драже (если проводится фронтальный опыт, то на каждую парту по 1 комплекту); тетради для самостоятельных работ учащихся и карточки с физическими величинами.

Ход урока

I. Актуализация знаний и умений обучающихся.

1.1. Мотивация. (Вступительная часть урока в виде беседы)

Еще в незапамятные времена древние мыслители считали, что мир состоит из четырех простых стихий: земли, воды, воздуха и огня. Можно сказать, что тем самым они как бы предвосхитили представления современной науки о четырех состояниях вещества: твердом, жидком, газообразном и плазменном [12, с. 46].

Для каждого состояния любого вещества характерен определенный интервал температур. Например, при отрицательных (по шкале Цельсия) температурах вода находится в твердом состоянии (лед). В интервале температур от 0 ^оС до 100 ^оС вода является жидкостью. Если температура превышает 100 ^оС, вода превращается в водяной пар (газ). А при значительно более высоких температурах атомы и молекулы нейтрального газа теряют часть своих электронов и становятся положительными ионами. Когда температура достигает 104 ^оС, то газ уже представляет собой плазму. При температурах выше 104 ^оС все вещества находятся в своем четвертом состоянии - состоянии плазмы.

Сегодня на уроке мы познакомимся с четвертым агрегатным состоянием вещества и выделим особенности внутреннего строения и свойства газообразных, жидких, твердых тел и плазмы.

1.2. Совершенствованиеи контроль знаний. (Проверка домашнего задания. Организация повторения изученного в форме физического аукциона знаний и письменный опрос нескольких учащихся)

1) Несколько школьников письменно выполняют задания по карточкам, отвечают на следующие вопросы.

Задание 1. Письменно ответьте на вопросы:

1. Какие явления называют тепловыми? Приведите примеры.
2.  Перечислите основные характеристики молекулы.
3.  Изобразите схематично траекторию движения броуновской частицы. Каков характер движения броуновской частицы? Какое положение МКТ доказывает этот опытный факт?

Задание 2. Письменно выполните задания:

1. Сформулируйте основные положения МКТ.
2. Запишите несколько формул для характеристики системы молекул.
3. Какие опыты доказывают второе и третье положение МКТ?

2) Физический аукцион знаний. (Опрос в устной и письменной форме)

Учитель проводит фронтальный опрос по табличкам-карточкам в устной форме, затем предлагает по 2-3 произвольно выбранным карточкам для двух вариантов ответы дать в письменной форме.

На карточках-лотах записаны обозначения физических величин, формулы. Задание - оценить как можно дороже «стоимость величины»: назвать величину и правильно произнести букву, дать определение, формулы для расчета, единицы измерения в СИ, порядок величины (размеры молекул, их массы), как может быть рассчитана или каким способом получена.

Вопросы в ходе аукциона примерно следующие:

1) Что называют относительной молекулярной массой вещества? Какая формула выражает это понятие? Чему равна относительная молекулярная и молярная масса воздуха?
2) Что называют количеством вещества? Какова единица количества вещества?
3) Как определяются размеры частиц? Какие имеют размеры частицы оливкового масла?
4) Что называют постоянной Авогадро?

II. Изучение нового материала.

2.1. Постановка учебной проблемы.

(Вопросы для организации беседы): в чем причина появления нового раздела физики - молекулярной физики? Каковы основные положения МКТ? К любым ли физическим объектам они применимы? Каковы особенности движения физических систем, состоящих из большого числа частиц? Можно ли объяснить свойства вещества во всех его агрегатных состояниях строением (составом), движением и взаимодействием частиц?

В методической литературе по физике различают следующие четыре агрегатных состояния вещества, с учетом следующей последовательности изучения агрегатных состояний:

Мы предлагаем рассмотреть все четыре агрегатных состояния вещества на одном учебном занятии: Твердое. Жидкое. Газообразное. Плазменное. Изучение предлагаем начать с плазмы – нового вопроса для обучающихся, а затем рассматриваем газ, жидкость и твердое тело.

2.2. Организация восприятия учебного материала.

Изучение нового материала организуется по учебнику [11, §62, с.150-153; §126, с.315-316]. На доске подготовлена форма таблицы из шести колонок. В таблице «Особенности строения газообразных, твердых, жидких тел и плазмы» раскрываются агрегатные состояния с примерами, расстояние между частицами, особенности строение вещества (первое положение МКТ), порядок расположения частиц, характер движения (модель теплового движения) - второе положение МКТ, взаимодействие частиц – третье положение МКТ, особенности и свойства (сохраняет ли форму и объем и т.д.) (приложение 6). После прочтения части текста учебной книги организуется беседа, ставятся или обсуждаются опыты, делаются записи в таблицу (см. приложение 6).

 Общая схема для организации изучения материала, в том числе объяснения учителем новых и «хорошо забытых» вопросов (приложение 8).

Рассказ учителя о четвертом состоянии вещества – плазменном и заполнение графов таблицы о плазме учителем вместе с учениками. Закрепление изученного материала организуется по вопросам: из каких частиц состоит плазма? Как получить плазму? Плазму какой температуры получают в земных условиях? От чего зависит степень ионизации плазмы? Как на Земле удерживают высокотемпературную плазму? Каково значение плазмы?

Беседа продолжается при постановке опытов. Для демонстрации подбираются простые опыты:

а) зажженная спичка (газ около нее является плазмой, поэтому электрометр, заряженный с помощью стеклянной палочки, потертой о шёлк, разряжается; см. рис. 245-246 Ф10 [11], с.311);
б) лампа дневного света;
в) газ в баллоне неоновой лампочки;
г) лазерная указка и грампластинка или диск.

В ходе беседы ведется работа педагога по видам плазмы, её температуре, которая организуется с помощью раздаточного материала – таблицы 1 (по 1 на парте): в газоосветительных трубках, цифровых индикаторах, при сварке металлов, в электроплавильных печах, при обработке металлов - искровой разряд и т.д.

О применении плазмы в дополнение к рассказу учителя может быть краткое выступление школьников по таблице [12, с.141] и сообщение о применениях свойств плазмы в технике (смотри приложение 2 и 7), (или/и фрагменты кино- или видео- фильмов «Механика», «Свойства жидкостей», «Электричество и магнетизм» серии уроки из космоса (ВАКО «Союз»). Чтение учителем данных из книги Орлова [12] или справочника Еноховича [5] (смотри в приложении 7 таблицу параметры плазмы).

Плазма в космическом пространстве [11, с.316]. Рассказ по демонстрационным таблицам, которые имеются в наличии в кабинете физики - солнечная система, звезды и туманности, Земля в космическом пространстве.Заполнение таблицы в ходе объяснения учителя и чтения материала учебника. Свойства плазмы [11, с.316].

Изучение вопросов о твердом, жидком и газообразном состояниях организуется следующим образом. По рядам учащимся дается задание на прочтение текста об агрегатном состоянии и заполнение соответствующих графов таблицы. Затем проверяется в устной форме. (Или при наличии времени учащиеся заполняют графы обо всех трех состояниях и сдают работы на оценку педагогу в конце урока).

Далее рассматривается газ. Вопросы для организации беседы: как доказать, что газ представляет собой совокупность частиц? Как доказать на опыте, что расстояние между молекулами газа во много раз больше размеров молекул? Какие экспериментальные факты можно привести в подтверждение гипотезы о хаотическом движении частиц газа с большими скоростями? Почему газы сравнительно легко распространяются? Взаимодействуют ли частицы газа между собой? Какие свойства газа объясняются существованием взаимодействия частиц? Как экспериментально доказать, что давление газа - результат действия молекул на стенку сосуда?

Вопросы при рассмотрении жидкости: меняется ли состав вещества при переходе газа в жидкость? Влияет ли на свойства вещества изменение расстояний между частицами? Какие новые свойства можно предсказать при почти плотном расположении частиц (см. табл., 11, рис. 133)? Какие свойства жидкости объясняет новый характер движения частиц вещества?, форму жидкости, совпадающую с формой сосуда.) Что можно сказать о взаимодействии частиц жидкости? Чем жидкости могут отличаться друг от друга с точки зрения МКТ?

Затем организуется работа по изучению свойств твердых тел. Привести в качестве примера строчки из сказки о жизни молекул, где расположение частиц в твердом теле сравнивается с положением в армии (смотри приложение 5 - [6, с.187]). Показ модели кристаллической решетки поваренной соли – NaCl. Организация фронтального опыта или демонстрационного эксперимента (описание в приложении 5 - Демонстрация упорядоченного строения твердых тел).

Вопросы: какие изменения в структуре вещества происходят при его переходе из жидкого состояния в твердое? Почему частицы твердого тела находятся на вполне определенных местах? Чем это обусловлено? Как можно охарактеризовать взаимодействие частиц твердого тела? Почему в воду можно опустить руку, а в твердое тело, например в дерево или металл, нельзя? Как с точки зрения МКТ объяснить сохранение формы и размеров твердого тела?

3. Понимание учебного материала и применение обучающимися знаний и учебных умений в ходе ответов на вопросы, объяснения опытов, мысленного эксперимента, при заполнении таблицы.

Анализ свойств различных агрегатных состояний подтверждает тот факт, что переход вещества из одного агрегатного состояния в другое сопровождается изменением его структуры. Изучение рисунка 1 (предлагается рассмотреть ксерокопии на партах, выданные в качестве раздаточного материала), дает представление о молекулярной структуре одного и того же вещества в разных агрегатных состояниях.

Молекулярная структура агрегатных состояний воды (Рисунок 1) [8, с.228]: а) твердое тело (лед); расположение молекул H₂O в кристаллической решетке льда упорядоченно; б) жидкость (вода); расположение молекул частично разупорядоченно; в) газ (смесь O₂ и H₂); молекулы газа движутся поступательно и вращаются; г) плазма; молекулы, атомы, ионы, электроны взаимодействуют друг с другом на значительном расстоянии. Педагог обращает внимание на то, что частицы одинаковые в различных агрегатных состояниях одного вещества. Показывает работу младших школьников, изготовивших модели молекулы воды на демонстрационном стенде: новогодний портрет физического понятия.

Рисунок 1

Данная часть урока может быть проведена как конференция. Для этого несколько учеников готовят демонстрации; по каждому из вопросов школьники выступают с обзором литературы, докладывают об использовании веществ в различных агрегатных состояниях (по 5 примеров) в том числе и о применении плазмы в технике.

III. Рефлексивно-оценочный этап урока

3.1. Закрепление изученного по вопросам учителя (по графам заполненной в ходе урока таблицы)

1) Перечислите агрегатные состояния вещества;
2) Опишите характер движения молекул в газах, жидкостях и твердых телах;
3) Каково среднее расстояние между молекулами газов, жидкостей и твердых тел?
4) Перечислите основные свойства газов, жидкостей, твердых тел и плазмы;
5) Назовите состав, плазмы (трехкомпонентной). Приведите примеры плазменного состояния вещества.

 3.2. Запись на доске домашнего задания.

Домашнее задание: Ф-10кл.[11], §62; §126; Упр.11 (5, 6).

3.3. Работа с документами. Отметка отсутствующих на учебном занятии и выставление оценок за устные ответы в ходе занятия в журнал и дневники обучающихся. Подведение итогов.

В конце изучения темы «Молекулярная физика и термодинамика» возможно организация зачета по теме «Свойства паров, жидкостей, твердых тел» и плазмы, по аналогии с описанием урока – конференции [7, с.81-89].

Приложения

Приложение 1. Нейтронное состояние вещества.
Приложение 2. Дополнительный материал о Состояниях вещества. Что же такое плазма? Плазменный дисплей.
Приложение 3. Организация решения задач для разных групп учащихся.
Приложение 4. Сказка о «жизни» молекул.
Приложение 5. Демонстрация упорядоченного строения твердых тел.
Приложение 6. Таблица 1: Особенности строения газообразных, твердых, жидких тел и плазмы.
Приложение 7. Таблица 2: Параметры плазмы.
Приложение 8. Подбор материалов об агрегатных состояниях вещества для учителя.

Список литературы

1. Анциферов, Л.И. Физика: Механика, термодинамика и молекулярная физика. 10 класс.: Учебн. Для общеобразоват. Учреждений. – 2-е изд. – М.: Мнемозина, 2002. – 415с.– ISBN 5-346-00144-1.

2. Волков, В.А. Универсальные поурочные разработки по физике: 10 класс. – М.: ВАКО, 2007. – 400с.– (В помощь школьному учителю). – ISBN 978-5-94665-537-8.

3. Генденштейн, Л.Э. Физика 10 класс: Учебник базового уровня для общеобразовательных учебных заведений / Л.Э. Генденштейн, Ю.И. Дик. – 2-е изд., М.: Илекса, 2005. – 288с. – ISBN 5-89237-143-3.

4. Громов, С. Путешествие в глубь материи / С. Громов // Энциклопедия для детей. Том 16. Физика. Ч.1. Биография физики. Путешествие в глубь материи. Механическая картина мира. / Главный ред. В.А. Володин. – М.: Аванта+, 2002. – ISBN 5-8483-0023-2 (Т.16, ч.1); ISBN 5-8483-0001-1. - с. 212-239.

5. Енохович, А.С. Справочник по физике и технике: Учебное пособие для учащихся. 3е изд., перераб. и доп. – М.: Просвещение, 1989. – 224 с. – ISBN 5-09-000622-9.

6. Закурдаева, С.Ю. Молекулярная шизика, или Похождения одной молекулы» // Я иду на урок физики. 10 класс: Молекулярная физика: Книга для учителя. – М.: Издательство «Первое сентября», 2000. – ISBN 5-8246-0054-6. - с. 186-187.

7. Зачет по теме «Свойства паров, жидкостей, твердых тел». 10 класс. // Ф2 Физика: нестандартные занятия, внеурочные мероприятия. 7-11 классы / сост. М.А. Петрухина. – Волгоград: Учитель, 2007. – ISBN 5-7057-0499-2. - с.81-89.

8. Касьянов, В.А. Физика. 10 класс: Учебн. Для общеобразоват.учреждений. – 5-е изд., дораб. – Дрофа, 2003. – 416с.– ISBN 5-7107-7157-0.

9. Лысенко, С.В. Особенности внутреннего строения и свойства газообразных, жидких и твердых тел. Обобщающий урок в форме телевизионной игры «Счастливый случай» // Я иду на урок физики. 10 класс: Молекулярная физика: Книга для учителя. – М.: Издательство «Первое сентября», 2000. – 272с. – ISBN 5-8246-0054-6. - с.37-44.

10. Марышева С.С., Горшенков В.Н., Янкина А.А. Изучение потенциальной кривой в курсе физики средней школы // Избранные вопросы курса физики средней школы. 10 класс. Методические разработки для классов с углубленным изучением физики. – Н.Новгород: Нижегородский институт повышения квалификации работников образования, фирма «Просвещение», каф. естественных и математических наук, 1992. – 35 с. - с. 2-10.

11. Мякишев, Г.Я. Физика: Учеб. Для 10 кл.общеобразоват.учреждений / Г.Я Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Соцкий. – 12 изд. – М.: Просвещение, 2004. – 336с. - ISBN 5-09-013164-3.

12. Орлов, В.А. Плазма – четвертое состояние вещества. Элективный курс: Учебное пособие / В.А. Орлов, С.В. Дорожкин – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. – 144с. – ISBN 5-94774-148-2.

13. Рымкевич, А.П. Физика. Задачник. 10-11 кл.: Пособие для общеобразовательных учебных заведений. – 6-е изд. – М.: Дрофа, 2002. – 192с. – (Задачники «Дрофы»). – ISBN 5-7107-5750-0.

14. Сауров, Ю.А. Физика в 10 классе: модели уроков: Кн. Для учителя / Ю.А. Сауров. – М.: Просвещение, 2005. – 256с. – ISBN 5-09-011849-3.

15. Сборник задач по физике: Для 10-11 (9-11) классов общеобразовательных учреждений/ сост. Г.Н. Степанова. – 4 (3)-е изд. – М.: Просвещение, 2000 (1997). – 287 (256)с. – ISBN 5-09-007438-0.