Цели и задачи урока:
- Дидактические и образовательные: необходимость применения и учет деформации в строительстве, машиностроении, приборостроении и других отраслях производства. Пути совершенствования материалов с заранее заданными свойствами, управление их свойствами и структурой, технологией обработки.
- Задачи развития личности учащегося. В целях развития личности учащегося выделить главное, сопоставить и обобщить.
- Воспитательные цели и задачи урока. Показать связь изучаемого материала с реальной жизнью, необходимость учета деформации в строительстве, учить находить и воспринимать прекрасное в природе, искусстве и трудовой деятельности, готовить к сознательному выбору профессии.
Основные методы применяемые на уроке-беседа.
Оборудование урока:
1). Набор таблиц по деформации.
2). прибор для демонстрации деформации
3) Самодельный прибор для демонстрации деформации с помощью резиновой трубки с вколотыми иголками
4) Таблица - диаграмма растяжения (самодельная таблица)
5) Поролоновая губка, пластилин.
6) Компьютер.
Ход урока
1. Организационный момент.
2. Вступительное слово учителя.
Давайте спланируем нашу работу. Сегодня на уроке мы вспомним. В каких агрегатных состояниях может находиться вещество, строение кристаллических и аморфных тел, что такое деформация, виды деформации. Послушаем сообщения: а) история металлургии, б) получение новых материалов с наперед заданными свойствами (сплавы, полупроводники), в) обработка материалов (ковка, прокат, волочение, термическая обработка, отжим и закалка), г) некоторые неметаллические материалы и их применение, д) способы повышения прочности твердых тел.
3. Опрос.
Вопрос: в каких агрегатных состояниях может находиться вещество?
Ответ: вещество может находиться в трех агрегатных состояниях: в твердом, жидком и газообразном.
Мы живем на поверхности твердого тела - земного шара, в сооружениях построенных из твердых тел - домах. Наше тело тоже твердое. Орудия труда, машины также сделаны из твердых тел. Знать свойства твердых тел жизненно необходимо.
Вопрос: сохраняют ли твердые тела свою форму и объем?
Ответ: твердые тела сохраняют не только свой объем, но и форму.
Вопрос: в каком состоянии находится твердое тело?
Ответ: твердое тело находится преимущественно в кристаллическом состоянии.
Вопрос: что это значит?
Ответ: кристаллы - это твердые тела, атомы или молекулы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве. Не все твердые тела кристаллы. Существует множество аморфных тел. У аморфных тел нет строгого порядка в расположении атомов. Аморфные тела: стекло, смола, канифоль, сахарный леденец. Аморфные тела при низких температурах по своим свойствам напоминают твердые тела. По мере повышения температуры постепенно размягчаются и их свойства приближаются к свойствам жидкостей.
Твердые тела сохраняют форму, но под действием сил, приложенных к ним, форма тел меняется, то есть происходит деформация.
Вопрос: вспомним определение деформации и виды деформации.
Ответ: деформацией называется изменение формы или объема тела. Виды деформации: растяжения, сжатия, кручения, изгиб, сдвиг, срез.
Опыт 1 с прибором для демонстрации деформации и самодельным прибором. Внешнее механическое воздействие на тело вызывает смещение атомов из равновесного положения и это приводит к изменению формы и объема тела, то есть к его деформации.
Опыт 2. Теперь в одну руку возьмем пластилиновый шарик, в другую поролоновую губку. Подействуйте на них с силой, а затем резко прекратите ее действие. Одинаков ли конечный результат? В чем разница?
Ответ: на пластилиновом шарике остался след, а поролоновая губка приняла прежнюю форму.
Вопрос: как называются эти деформации?
Ответ: первая - пластическим, вторая - упругим.
Каждый человек на Земле оставляет следы своих рук, своих творений. И недаром в народе говорят, что настоящий мужчина должен посадить : дерево. Вырастить :сына. И построить дом. А настоящая женщина всегда поможет мужчине в этом нелегком деле. Но жить в доме можно, не имея представления о механических свойствах материалов, из которых он построен. Но, чтобы строить надежные дома, мосты, станки, разнообразные машины, необходимо знать свойства используемых материалов: бетона, стали, железобетона, дерева, пластмассы. Сведения о механических свойствах различных материалов получают экспериментально. Для получения материалов с высокой прочностью как же поступают на практике. Об этом мы будем в дальнейшем и говорить.
4. Рассказ учеников.
В начале вспомним из истории металлургии.
Рассказ 1 ученика. "Самым древним свидетельством использования человеком металлов является остатки металлических изделий в археологических находках. Изображения металлургических процессов встречаются на памятниках искусств, относящихся к третьему тысячелетию до н. э. упоминания о получении и использовании металла в древнейших памятниках письменности. До применения металла человечество в течение сотен тысяч лет переживало так называемый каменный век, эпоху, когда орудия труда и оружие делались из камня, дерева и кости. Переход к использованию металла в различных районах земного шара совершался в разное время. Это подтверждало тем фактом, что в открывавшихся европейцами уже в новое время областях Америки, Африки и Тихого океана они обнаруживали племена и народы, находившиеся на разных ступенях материальной культуры, от каменного до железного века. Первыми металлами попавшими в руки человека за 5-6 тысяч лет до н. э. были легко заметные самородные металлы, в первую очередь золото, затем медь и серебро. А также метеорное железо. Сначала человек не мог еще провести различие между камнем и металлом, применяя к последнему уже привычные способы обработки камня. На этой стадии металл был еще мало полезен, т.к. медь и железо с трудом поддавались обработке, а золото уступало по механическим свойствам хорошо обработанному кремнию и было пригодно главным образом лишь для изготовления домашней утвари и украшений.
Затем произошел переход от холодной к горячей кузнечной обработке меди. Это позволило получить медные изделия высокого качества, значительно превосходящие орудия и оружие из камня и дерева. Спорным остается вопрос о дальнейших стадиях развития металлургии меди. Раньше существовало мнение, что за горячей кузнечной ее обработкой последовало изобретения литья и лишь позднее выплавка меди их окисленных и карбонатных медных руд, встречающихся в местах нахождения самородной меди: эти зеленые и голубые руды бросаются в глаза, и их металлическая переработка весьма проста. Такое мнение в настоящее время оспариваются, поскольку плавка меди для литья требует более высокой температуры, чем восстановление окисленных и карбонатных руд".
Рассказ 2 ученика. Обработка материалов: ковка, прокат, волочение.
Ковкость - свойство металлов и металлических сплавов, дающее возможность подвергать их ковке и другим видам промышленной обработки давлением - прокате, волочению, прессованию, штамповке. Ковкими являются большинство чистые металлы, углеродистая сталь, легированная сталь, латунь, дюралюминий и некоторые сплавы. У металлов, отличающихся ковкостью, относительно высокая пластичность сочетается с относительно низким сопротивлением деформацию.
Прокат - изделие их металлов и металлических сплавов в форме листов, лент, полос, рельсов, балок, брусьев, труб, проволоки, а также круглого, квадратного, прямоугольного, углового поперечного сечения или иных, более сложных профилей, получаемых горячей или холодной водой.
Волочение - способ обработки металлов давлением, состоящих в протягивании кованых изделий круглого или фасонного профиля через отверстие, сечение котрого меньше сечения исходного изделия. В результате волочения поперечные размеры изделия уменьшаются, а длина увеличивается. Волочение является весьма эффективным способом обработки металлов, а потому получил широкое применение в производстве пруткового металла, проволоки, трубы и другие изделия постоянного сечения и большой длины. Металлы подвергаются волочению большей частью в холодном состоянии.
Рассказ 3 ученика. Термическая обработка.
Закалка - вид термической обработки металлов, приводящей в результате их нагрева и последующего быстрого охлаждения к закреплению неравновесных структурных состояний. Сущность закалки состоит в том, что при нагреве до определенных температур в веществе происходит фазовые изменения; при быстром охлаждении не успевают развиться процессы, приводящим к нормальному состоянию и вещество при комнатной температуре остается закаленным. В качестве технологического процесса наибольшее значение и промышленное применение имеет закалка металлических сплавов - железных (стали), алюминиевых, медных и других.
Рассказ 4 ученика. Получение новых материалов с наперед заданным свойствами. Сплавы.
Сплавы - это системы, состоящие из двух и более металлов, обладающие свойствами, характерными для металлического состояния. В состав сплавов могут входить и неметаллы (углерод, кремний, бор).
Сталь тоже можно считать сплавом железа с углеродом и другими металлами. Вообще сталью считается сплав, содержащий более 50% железа. Все остальное считается сплавами.
Строение сплава более сложное, чем чистого металла. В зависимости от того, в какие взаимодействия вступают компоненты, составляющие сплав, они делятся на: - механическую смесь, между простыми веществами, образующими сплав в твердом состоянии нет взаимодействия; - химические соединения, вещества, составляющие сплав, взаимно растворяются друг в друге; - промежуточные соединения между химическим соединением и раствором.
Сплавы делятся на: - черные: сплавы железа (чугун и сталь), - цветные, важнейшими из которых являются сплавы на основе алюминия (дюралюминий) и меди (бронза и латунь).
По своим свойствам сплавы, также как и стали, делятся на нержавеющие, кислотостойкие, тугоплавкие, жаростойкие.
Рассказ 5 ученика. Способы повышения прочности твердых тел.
Кристаллическими телами являются все металлические изделия - рельсы железных дорог, линии электропередач, станки, машины, поезда. Одной из важнейших задач науки и техники является создание прочных машин и станков с минимальной затратой металлов и других материалов.
Сравнение реальной прочности кристаллов со значениями. Полученными на основании теоретических расчетов, обнаруживает весьма существенные расхождения. Оказалось, что причина расхождения теории и эксперимента заключается в наличии внутренних и поверхностных дефектов в строении кристаллических решеток. Самые простые дефекты в идеальной кристаллической решетке - точечные дефекты. Они возникают при замещении собственного атома чужеродным. Другой вид дефектов - линейные дефекты. Они образуются при нарушениях в порядке расположения атомных плоскостей в кристаллах.
Для получения кристаллических материалов с высокой прочностью нужно выращивать монокристаллы без дефектов. Это очень сложная задача, и поэтому в практике этот путь пока широкого распространения не получил. Большинство методов упрочения материалов основано на другом способе.
Для упрочения кристалла с дефектами в решетке можно создать условия, при которых перемещение дефектов в кристалле затрудняется. Препятствием для перемещения дефектов в кристалле могут служить другие дефекты, специально созданные в кристаллической решетке. Так, для увеличения прочности стали применяется легирование стали - введение в расплав небольших добавок хрома, вольфрама и других элементов. Введение атомов чужеродных элементов в решетку кристаллов затрудняет перемещение линейных дефектов при деформации кристаллов, прочность стали повышается при этом примерно в 3 раза.
Рассказ 6 ученика. Самопроизвольное изменение формы металлов.
Это явление было открыто учеными Днепропетровского металлургического института и в конце 1985 года внесено в государственный реестр открытий. Они установили, что в определенных условиях металлы могут менять свою форму без механического воздействия. Такое воздействие заменяет в этом случае водород. Проникая в кристаллическую решетку, он создает активные зоны, которые как бы давят на соединения кристаллов, создают напряжение и вызывают пластическую деформацию, заставляя металл течь подобно вязкой жидкости. Сделанное открытие создает возможность разработки принципиально новых технологий деформации металлов, скоростей диффузионной сварки, выявление внутренних дефектов изделий.
5. Проверка понимания материала
Вспомните у Окуджавы есть такие строки: "Возьмемся за руки друзья, чтоб не пропасть поодиночке".
Давайте вернемся к цели урока. Все ли мы выполнили? Мы вспомнили, что такое деформация, виды деформации. Как получают новые материалы с наперед заданными свойствами. Скоро вам предстоит выбирать свой путь и профессию. И кем бы вы ни стали, пусть ваши деяния возродят нашу великую родину - Россию и оставят добрый незабываемый след в душах людей.
Представьте себе, что вы идете по берегу реки. Ваши босые ноги ступают по мягкому мокрому песку. Что вы оставляете после себя на песке?
- Следы, след.
Вопрос: что такое след с точки зрения физики?
Ответ: это деформация.
Разные следы оставляют люди на земле: следы злобы и горя, следы добра и любви. Я пожелаю, чтобы вы, где бы то не были, оставляли после себя следы добра и любви.
И мне хочется прочитать в конце урока стихотворение.
А ты? Входя в дома любые -
И в серые и в голубые,
Прислушиваясь к звону клавиш,
Скажи, какой ты след оставишь?След, чтобы вытерли паркет
И посмотрели косо в след?
Или незримый прочный след,
В чужой душе на много лет?Что ты оставишь на Земле,
Где кроме горести и бед,
Любви струится мягкий след.
Какой же ты оставишь след?
6. Домашнее задание: итоги главы 4, упр.5 (6)
Дополнительный материал к уроку.
Пословицы:
- От горячего укуса посуда лопается (турецкая)
- Холодное железо не куется (турецкая)
- Золотой иглой не много нашьешь (монгольская)
- Железный штык легко гнется: безвольный легко отступает (монгольская)
- Серебро гнется, чугун - нет (осетинская)
- Тверд, как алмаз (русская)
- Там, где толстая струна выдерживает, тонкая рвется (японская)
- Где тонко, там и рвется (русская)
Использованная литература:
- Физика 10 класс. Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев,Н.Н.Сотский.
- Физика 10. В.А.Касьянов Профильный уровень
- Физика 10 С.В.Громов
- Элементарный учебник физики под редакцией Г.С.Ландсберга.
- Журнал "Физика в школе".