Урок в 10-м классе "Кристаллические и аморфные тела"

Цели и задачи урока:

• Дать представление о твердых телах , их физических свойствах, особенностях внутреннего строения, различиях в свойствах кристаллических и аморфных тел.
• Развивать у учащихся наблюдательность, способность анализировать и делать выводы из наблюдаемых явлений, способность обобщать полученные результаты.

Оборудование:

• Демонстрационное: модели кристаллических решеток; компьютер, мультимедийный проектор, презентация (приложение 2).
• Лабораторное: коллекции минералов и горных пород, металлов, кристаллов, лупы, микроскопы, насыщенный раствор кристаллического вещества (на каждую парту); раздаточный материал (Приложение 1), самодельный гониометр; инструкции для проведения экспериментов (на каждую команду).

Проведение урока.

Класс разбивается на 4 команды. От каждой команды выбирается представитель в экспертную группу. Каждая команда в процессе урока получает экспериментальное задание, на выполнение которого отводится 5 мин (работа выполняется одновременно). После выполнения задания, представители от каждой команды представляют краткий отчет о своих наблюдениях, отвечают на вопросы. Экспертная группа обобщает выводы и подводит итог по теме урока. Урок сопровождается презентацией.

План урока.

1. Организационная часть - 1 мин.
2. Вводное слово учителя - 2 мин.
3. Беседа об известных свойствах твердых тел - 2 мин.
4. Лекция учителя - 10 мин.
5. Выполнение экспериментальных заданий - 5 мин.
6. Выступления представителей команд - 10 мин.
7. Заключение экспертной группы - 2 мин.
8. Фронтальный эксперимент по выращиванию кристаллов -3 мин.
9. Подведение итогов - 2 мин.
10. Резерв времени - 6 мин.

ХОД УРОКА

Учитель.

Сегодня на уроке мы начинаем путешествие в мир твердых тел. Известно, что в зависимости от температуры и давления каждое простое или сложное химическое вещество может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии. Человек живет на твердой поверхности Земли, и мир окружающих его вещей - в основном мир твердых тел. В течение многих тысячелетий человек использовал твердые тела в качестве конструкционных материалов в строительных сооружениях. Свойства твердых тел и материалов, которыми располагает общество, во многом определяет уровень его технического развития. Физика твердого тела служит основой современного материаловедения. Она указывает пути создания твердых тел и материалов с требуемыми свойствами, которые важны в технике. Твердые тела чрезвычайно разнообразны как по типам своего внутреннего строения, так и физическим свойствам. Практическая потребность в тщательном изучении физических свойств твердых тел привела к тому, что примерно половина всех физиков на Земле занимается исследованиями твердых тел, созданием материалов с заданными свойствами и разработкой их практического применения.

Вспомните, какие свойства твердых тел вам известны?

Ответы учеников.

1. Сохранение формы и объема.
2. Плавится при определенной температуре - температуре плавления.
3. Имеет упорядоченное внутреннее строение

Учитель.

В технике к твердым телам относят самые разнообразные конструкционные материалы: металлы, камни, пластмассы, стекло и т.д. Общим для них является способность сопротивляться изменению формы, или, как говорят, упругость формы. В физике твердые тела делят на аморфные и кристаллические. Причина такого деления - различия в их внутреннем строении, а следовательно , и в свойствах.

С кристаллическими телами мы часто встречаемся в нашей повседневной жизни: соль, сахар, речной песок, лед, драгоценные камни. Кристаллы отличаются внешними признаками: правильностью формы, наличием плоских граней, симметрией. Это объясняется тем, что внутреннее строение кристаллов - упорядоченное. В расположении молекул существует как ближний, так и дальний порядок. Это значит, что порядок в расположении частиц сохраняется как в малой области, так и на больших расстояниях в любой части кристалла. У аморфных тел существует лишь ближний порядок в расположении атомов. В этом проявляется сходство аморфных тел и жидкостей.

Упорядоченная структура кристаллов называется кристаллической решеткой. Рассмотрим кристаллические решетки некоторых веществ: льда, соли, графита. Установлено, что одно и то же вещество может существовать как в кристаллической, так и в аморфной форме. Тогда в аморфном состоянии в расположении атомов порядок будет нарушен, например, вместо 6-угольников могут быть пяти- или семиугольники.

Существование кристаллических веществ можно объяснить с энергетических позиций. В кристалле молекулы расположены на оптимально близком расстоянии и находятся в состоянии устойчивого равновесия. Устойчивому равновесию всегда соответствует минимальное значение потенциальной энергии. В аморфных телах расстояния между атомами различно, и следовательно равновесие неустойчивое. Можно сделать вывод о том, что вещество из аморфного самопроизвольно переходит в кристаллическое состояние. Примером может служить стекло - со временем стекло мутнеет, это вызвано кристаллизацией.

Внутреннее строение вещества определяет и его физические свойства. Для кристаллов главное отличительное свойство - анизотропия. Это зависимость физических свойств от направления в кристалле. Примером анизотропии может служить различие прочности слюды в разных направлениях, или графита (демонстрирую кристаллическую решетку графита и объясняю причину этого различия). Кристаллы могут быть анизотропны в отношении тепловых, оптических, электрических и др. свойств. .

Аморфные тела, напротив, изотропны, т.е. по всем направлениям их физические свойства одинаковы.

Может возникнуть вопрос: для металлов, которые являются кристаллическими телами, свойство анизотропии не проявляется, Почему? Объясняется это тем, что металлы - поликристаллические вещества, т.е. состоят из огромного количества маленьких кристалликов, ориентация которых друг относительно друга хаотична. Поэтому свойства металлов по всем направлениям одинаковы. Анизотропия - свойство монокристаллов.

Есть еще одна отличительная особенность кристаллов и аморфных тел. Всем известно, что кристаллы имеют строго определенную температуру плавления (лед -100⁰С). Для аморфных тел существует интервал температур плавления. Например, смола может плавиться - течь - как при нагревании, так и под воздействием нагрузки ( смола, лежащая на столе со временем растекается по столу). Текучесть приближает аморфные тела к жидкостям.

Итак, на основе всего услышанного попробуйте сформулировать основные свойства кристаллических и аморфных тел.

Ответы учеников.

1. Сохраняют форму и объем.
2. Кристаллы анизотропны, аморфные тела изотропны.
3. Кристаллы имеют температуру плавления, аморфные тела - интервал температур (текучесть).
4. Признаки монокристалла - плоские грани, симметрия.
5. Поликристаллы изотропны.

Учитель.

А теперь попробуйте убедиться в этом, проведя небольшие исследования. Вам отводится 5 мин на выполнение заданий. По окончании - отчет о проделанной работе.

(Выполняются экспериментальные задания по группам.)

Подведем итоги. Что вы узнали о кристаллических и аморфных телах? (Выслушиваются ответы учеников по пунктам таблицы).

И в заключение вам предлагается прекрасный эксперимент по выращиванию кристаллов. (Экспериментальное задание). Зарисовать увиденное.

Домашнее задание: Параграфы 75, 76, заполнить таблицу:

Используемая литература.

1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика 10 класс. М.: Просвещение, 2004.
2. Блудов М.И.. Беседы по физике. М.: Просвещение, 1984.
3. Кабардин О.Ф., С.И.Кабардина. Факультативный курс физики. 9 класс. Пособие для учащихся. М.: Просвещение, 1974.