Применение педагогических технологий: развивающее обучение, дифференцированное обучение, использование ИКТ.
Задачи урока:
- Образовательные: закрепить знание понятий молекулы и атома, порядка размера молекулы; закрепить знания опытных фактов, подтверждающих, что вещества состоят из отдельных частиц, между которыми есть промежутки; ввести понятие диффузии; рассмотреть особенности процесса диффузии в различных средах; изучить специфику явления диффузии в природе и быту.
- Развивающие: развивать интерес к естественным наукам; умение исследовать, объяснять, анализировать, сравнивать результаты эксперимента и делать выводы; развивать умение выявлять причинно-следственные связи на примере протекания диффузии в зависимости от физических особенностей агрегатных состояний вещества и температуры; развивать монологическую речь и умение строить ученический диалог.
- Воспитательные: формирование мировоззрения об объективности проявления законов физики и познаваемости явлений природы; формирование культуры общения; развитие самостоятельности; умение работать в группах при выполнении домашнего эксперимента.
Оборудование: флакон с духами, сосуд с раствором медного купороса, гуашь, кристаллики калия перманганата, сосуду с холодной и горячей водой; набор кружков (двух цветов) для каждого учащегося, мультимедийный видеопроектор, интерактивная доска; презентации.
Структура урока:
- организационный момент (1 мин.)
- актуализация опорных знаний (5 мин.)
- решение основной задачи урока: новый материал излагает группа учащихся, представляя результаты домашних экспериментов (25 мин.)
- первичная проверка усвоения материала (4 мин.)
- выходной уровневый контроль: самостоятельная работа (8 мин.)
- домашнее задание (2 мин.)
Ход урока
I. Организационный момент.
II. Подготовка к усвоению нового материала.
Мотивация.
Учитель: На предыдущем уроке вы изучили строение вещества и знаете, что все тела состоят из мельчайших частиц. Сегодня наш разговор будет посвящен движению этих частиц. Тема урока: «Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах».
( Запись в тетрадях). Презентация 1. Слайд 1.
Цели и задачи урока: Слайд 2.
Урок – какое слово интересное!
В нём каждой букве роль отведена,
И каждая, в порядке очерёдности,
Значеньем смысловым наделена:
У – установка к поиску, к познанью,
улыбки педагога и детей.
Р – разума работа, в результате –
создание гипотез и идей.
О – обобщенье сделанное вместе:
очарование понятной новизной.
К – конец урока – свой багаж проверьте:
всё, что узнали каждый взял с собой?
В конце урока каждый должен знать: основные положения МКТ; определение диффузии; особенности процесса диффузии в различных средах, и уметь:– объяснять явление диффузии на основании МКТ.
III. Актуализация опорных знаний.
Повторение пройденного материала учащимися на базе знаний полученных на предыдущих уроках: Слайд 3-4
– Из чего состоят вещества?
– Какие опыты подтверждают, что вещества состоят из мельчайших частиц?
– Как меняется объем тела при изменении расстояния между частицами?
– Кто из ученых разграничил понятия атом и молекула.
– Что такое молекула и атом?
– Что вы знаете о размерах молекул?
– Какие опыты показывают, что частицы вещества очень малы?
– Как определить размер одной молекулы способом рядов и истинный размер молекулы?
– Какие агрегатные состояния вещества вы знаете?
IV. Решение основной задачи урока.
Слайд 5. Источниками физических знаний являются наблюдения и опыты. Значит, для изучения особенностей явления диффузии необходимо выполнить эксперименты.
"Один опыт я ставлю выше 1000 мнений, рожденных воображением" писал М.В. Ломоносов.
1) Демонстрация эксперимента учителем: разбрызгивание духов из флакона в начале класса, а дети встают по мере того, как почувствуют запах.
– Почему все ученики почувствовали запах?
– Почему запах почувствовали не сразу, а спустя некоторое время?
Сделайте вывод. ( Дети самостоятельно делают вывод о движении молекул, о проникновении молекул одного вещества между молекулами другого).
Учитель: К числу доказательств того, что молекулы непрерывно и хаотично движутся, описывая сложные траектории, относится явление, которое наблюдал в 1827 году английский ботаник Роберт Броуном, рассматривая под микроскопом взвесь в виде растительной пыльцы. Это явление было названо диффузией. Наблюдается оно в газах, жидкостях и твердых телах. ( Запись в тетрадях). Слайд 6-8.
2) Сообщения учащихся о примерах проявления диффузии газов в газах и представление результатов своих наблюдений.
Ученик 1. Слайд 9
Невозможно представить свою жизнь и быт без ароматических запахов. Получаемые ароматические масла и смолы широко используются в парфюмерной промышленности, лечебной ароматерапии, для церковных нужд.
Ученик 2. Слайд 10.
Масла получают из лепестков душистых растений. Так для приготовления 1 кг розового масла потребуется более 1.5 т лепестков розы.
Ученик 3. Ароматические смолы для церковных нужд получают из сока ладанного дерева, а для ароматических курений и массажей из смолы деревьев мирра.
Ученик 1. Слайд 11.
Кому из нас не знакомы запахи сирени, черемухи, акации, сирени. Многие цветы на деревьях и кустарниках не пахнут. (Вопрос учащимся). Чем же можно объяснить перенос запахов? Молекулы пахнущего вещества проникают между молекулами воздуха. Это явление называется диффузией.
Ученик 2.Слайд 12.
Кто из нас не пил чай, кофе или какао? Обычно они используются в качестве тонизирующих культур. Родина чая – Китай (в Европе он стал известен только в XVII веке), кофе – Африка, а какао – Америка. А знаете ли вы, чем можно объяснить аромат этих напитков? Это явление объясняется диффузией. Молекулы пахнущего вещества этих напитков проникают между молекулами воздуха.
Ученик 3.Слайд 13-14.
В живой природе насекомые общаются с помощью обонятельных химических средств, которые используют для привлечения внимания при помощи феромонов и гормонов или для своей защиты отвратительные запахи, используя репелленты. Например: майский жук может определить место нахождения самки на расстоянии 3 км, а бабочки – до 1 км, такие животные как хорьки, скунсы, клопы, муравьи специальными железами выделяют специфические запахи, передача которых осуществляется посредством диффузии.
Ученик 1. Слайд 15.
Средой обитания для многих животных является лес. Леса – легкие планеты, помогающие дышать всему живому. Один гектар леса за год очищает 18 миллионов кубических метров воздуха от углекислого газа, он поглощает 64т других газов и пыли, поставляя взамен миллионы кубических метров кислорода.
Ученик 2. Как происходит процесс очищения воздуха лесом? Процесс очищения воздуха лесом можно объяснить диффузией. Через устьица кожицы листа углекислый газ из воздуха поступает через межклетники в хлоропласты, где происходит фотосинтез, а образованный кислород выходит таким же путем наружу.
Ученик 3. Слайд 16.
Городской воздух содержит много газообразных веществ (угарный газ, углекислый газ, оксиды азота, сера), полученных в результате работы промышленного комплекса, транспорта и коммунального хозяйства. Кто из нас не наблюдал за дымом от костра, закопченных труб сельских домов, ТЭС валит дым и, поднявших высоко, по мере его подъема перестает быть видимым? Это следствие диффузии молекул дыма между молекулами воздуха.
Ученик 1. Слайд 17.
Природный горючий газ не имеет ни цвета, ни запаха. Можно ли сразу определить утечку газа? За счет диффузии газ распространяется по всему помещению, образуя взрывоопасную смесь. На распределительных станциях газ смешивают с веществом резкого неприятного запаха, который даже при малой концентрации ощутим для безопасности человека.
Ученик 2. Слайд 18.
Существуют пути решения экологической проблемы, связанной с очищением воздуха:
- Фильтры на выхлопных трубах.
- Выращивание растений вдоль дорог и вокруг предприятий, поглощающих вредные вещества, таких как клен, тополь, липа.
Ученик 3. Слайд 19. Представляем результаты нашего домашнего эксперимента.
Опыт 1. Цель: «Наблюдение процесса диффузии молекул воздуха и молекул нашатырного спирта».
Ход эксперимента. Ватку, смоченную нашатырным спиртом, помещали на дно стеклянного сосуда, а смоченную фенолфталеином прикрепили к крышке и накрыли этой крышкой стеклянный сосуд. Уже через несколько секунд ватка, смоченная фенолфталеином, начинала окрашиваться. В результате своего непрерывного и беспорядочного движения молекулы нашатырного спирта и молекулы воздуха в стеклянном сосуде перемешиваются, и смоченная фенолфталеином ватка окрашивается.
Вывод: процесс диффузии происходит в газах и достаточно быстро.
Ученик 1. Слайд 20. Представьте, что мы у костра.
Опыт 2. Цель: «Наблюдение за растворением дыма от костра в воздухе в лабораторных условиях».
Ход эксперимента. Мы подожгли лист бумаги. После его сгорания от обугленной части листа поднимался столб дыма, который становился невидимым по мере его поднятия.
Вывод: процесс диффузии происходит в газах и достаточно быстро.
Ученик 2. Слайд 21.
Опыт 3. Цель: «Определить время распространения запаха освежителя воздуха и духов в помещении».
Ход эксперимента. 1. Нажать на клапан флакона освежителя воздуха, находясь в дальнем углу комнаты. Его запах по всему помещению распространился уже через 15 секунд. 2. Смочить тампон ваты духами и положить его на подоконник. Запах духов распространился по всей комнате через 40 секунд.
Вывод: процесс диффузии происходит в газах и достаточно быстро.
Ученик 3. Можно сделать вывод, что диффузия в газах происходит за счет взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого за период от нескольких секунд до нескольких минут.
3) Демонстрация эксперимента учителем: а) в сосуде раствор медного купороса, капля гуаши; сверху в сосуды наливаем чистую воду; б) стакан с горячей водой и холодной, бросаем крупинки марганцовки. Спустя некоторый промежуток времени наблюдаем результат.
– Почему вся вода окрасилась не сразу?
– Сравните процесс протекания диффузии в газах и жидкостях.
– Где быстрее растворяется марганцовка? Почему?
Дети делают вывод о протекания диффузии в зависимости от физических особенностей агрегатных состояний вещества и температуры.
4) Сообщения учащимися о примерах проявления диффузии жидкости в жидкости и представление результатов своих наблюдений.
Ученик 4. Слайд 22.
Примером наблюдения диффузии жидкостей в жидкостях служит пчелиный яд – это бесцветная прозрачная жидкость с ароматным запахом, обладающая высокой биологической активностью и оказывающая хорошее действие при лечении ревматизма, язв, бронхиальной астмы, заболеваниях глаз.
Вопрос классу: « Чем можно объяснить высокую биологическую активность пчелиного яда?» Конечно же, протеканием биологических процессов, связанных с движением молекул яда и их взаимодействием с межклеточной жидкостью соединительной ткани.
Ученик 5. Слайд 23-24.
Вспомним исторический факт. В 1638 году посол Василий Старков привёз в подарок царю Михаилу Фёдоровичу от монгольского Алтын-хана 4 пуда сушёных листьев. Это растение называется чаем. Для приготовления чая используют цветы и листочки некоторых растений: жасмина, розы, липы, душицы, мяты, чабреца и других. В твёрдом состоянии цвет чая зависит от способа обработки листьев: зеленый – высушивание в тени, а черный – при термической обработке листьев. Вопрос классу: «На каком явлении основана заварка чая?». Да, на диффузии молекул воды и красящего вещества растений.
Ученик 4. Слайд 25-27. Наш эксперимент.
Кто из нас не заваривал чай? Мы решили сравнить скорость протекания диффузии при заваривании чая холодной и горячей водой. Процесс диффузии ускоряется с повышением температуры. Чай заваривается почти сразу в горячей воде. А вот в холодной – лишь не менее чем через сутки. При добавлении дольки лимона чай осветляется. Цвет чая коричневый только в нейтральной среде (в воде). Итак, процесс диффузии в жидкостях происходит медленнее, чем в газах.
Ученик 5. Слайд 28.
Для насыщения цвета свеклы в воде добавляется уксусная кислота (например, в борщ). Присутствие в квашеной капусте нарезанных долек свеклы, приводит к окрашиванию ее. Молекулы красящего вещества занимают промежутки между молекулами воды и листьями капусты.
Итак: диффузия в жидкостях происходит за счет взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого за период от нескольких минут до нескольких часов, ее скорость протекания зависит от температуры.
5) Сообщения учащихся о примерах проявления диффузии твердого тела в газах, жидкостях и твердых телах и представление результатов своих наблюдений.
Ученик 6. Слайд 29.
Примером диффузии твердого тела в газах может служить процесс образования запаха йода и соли на берегу моря. Морская вода испаряется, и вместе с капельками воды в атмосферу попадают и частички соли. Капельки воды превращаются в водяной пар, а частички соли остаются в воздухе. Таким образом, ежегодно в атмосферу попадает до 2 млрд. тонн солей.
Ученик 7. Слайд 30-31.
Другим примером может служить образование смога – желтого тумана, отравляющего воздух, которым мы дышим. В настоящее время проблема смога загрязнений воздуха связана с твёрдыми взвешенными частицами, которые распространяются на большие расстояния. Размеры таких частиц, находящихся в воздухе имеют размеры от 0,1 -2000 мкм. Взвешенные частицы, начиная с кадмия по оксид меди, дает нам автотранспорт, остальные – хозяйственный и промышленный комплексы. Смог является основной причиной дыхательных и сердечных болезней, ослабления иммунитета человека.
Ученик 8. Слайд 33-35.
Примером диффузии твердого тела в жидкостях могут служить процессы соления овощей, грибов, фруктов, капусты. При засолке кристаллики соли распадаются на ионы Na и Cl в водном растворе, беспорядочно движутся и занимают промежутки между порами продуктов питания.
Как не вспомнить приготовление компотов и варенья? В них используется сахар – кристаллическое вещество, которое в воде распадается на молекулы глюкозы и фруктозы и диффундирует между молекулами воды.
Ученик 6. Слайд 36.
В 1747 году европейские учёные установили, что кормовая свёкла содержат сахар. Его было около 1%. Селекционерам потребовалось немало усилий, чтобы получить сорта, пригодные для промышленного производства. Какую роль играет явление диффузии в сахароварении?
Этот процесс достаточно сложен: вымытую свеклу нарезают и кладут в котлы, пропускают через горячую воду. Она диффундирует с молекулами сахара, растворенного в свекле, и из котлов выходит сладким темно-коричневым сиропом, затем его очищают и процеживают. Полученный светлый и прозрачный сок варят, вода испаряется и получается густая сахарная каша. Её отправляют в центрифугу. Белые кристаллики собираются в кучу – это сахарный песок, а жидкость – патока.
Ученик 7. Слайд 37-40. Наш эксперимент.
Цель: « Наблюдение за растворением кристаллов перманганата калия, сахара, таблетки «Мукалтина» в воде; приготовление солёных огурцов, квашеной капусты, солёной рыбы и сала в домашних условиях».
Ход эксперимента.
Такие твердые тела как кристаллики калия перманганата, кусочки сахара, таблетки «Мукалтина» помещались в холодную и горячую воду. Свежие огурцы заливались горячим соленым рассолом, нашинкованная капуста пересыпалась солью, а свежемороженая семга и кусок жирной части свинины обсыпались солью. Процесс диффузии твердых тел в жидкостях в этих экспериментах проявлялся в интервале от нескольких часов до нескольких дней.
Вывод: процесс диффузии твердых тел в жидкостях происходит медленнее, чем в газах, и зависит от температуры.
Ученик 8. Слайд41-42. Рассмотрим явление диффузии твердого тела в твердом.
Для придания железным и стальным деталям твердости, износостойкости и предела прочности их поверхности подвергают диффузному насыщению углеродом при температуре 100ºС в течение 5-10 часов (этот процесс называется цементацией). Получается высокоуглеродистая сталь.
Английский металлург Вильям Робертс – Аустин измерил диффузию золота в свинце. Он наплавил тонкий диск золота на свинцовый цилиндр. Поместил этот цилиндр в печь, в которой температура равна 200ºС и держал в печи 10 дней. Затем разрезал цилиндр на тонкие диски и измерил массу золота, которое проникло в каждый срез свинца. Робертс-Аустин также заметил, что свинец и золото проникли друг в друга, когда они плотно прилегали друг к другу. Через весь свинцовый цилиндр прошло вполне измеримое количество золота. При продолжении эксперимента атомы золота равномерно распределялись по всему свинцовому цилиндру.
Экспериментально было установлено, что цинк диффундирует в медь при 300°С почти в 100 миллионов раз быстрее, чем при комнатной температуре, а золото проникает на1мм за 5 лет.
Ученик 6. Слайд 43-44. Наш эксперимент.
Цель: «Наблюдение явления диффузии между молекулами перманганата калия и воска».
Ход эксперимента. Кристаллы перманганата калия покрыть расплавленным воском. Процесс диффузии в твердых телах происходит медленнее всего. Поэтому результат эксперимента можно было наблюдать лишь через 2 месяца.
Вывод: процесс диффузии в твердых телах происходит очень медленно, от нескольких месяцев до нескольких лет.
Ученик 7. Итак: Скорость протекания диффузии зависит от того, в каком агрегатном состоянии находятся вещества. Наиболее быстро диффузия протекает в газах, медленнее – в жидкостях и очень медленно – в твердых телах.
6) Учитель: Вывод урока (запись в тетрадях). Слайд 45.
- Причина диффузии – беспорядочное движение молекул.
- Скорость диффузии зависит от того, в каком агрегатном состоянии находятся соприкасающиеся тела.
- Диффузия быстро протекает в газах, медленнее в жидкостях и очень медленно в твердых телах.
- Процесс диффузии ускоряется с повышением температуры, с уменьшением вязкости среды и размеров частиц.
V. Первичная проверка усвоения материала.
Учитель. Слайд 46.
Презентация 2 (SMART Notebook v8)
Проверим, какой багаж знаний вы возьмете с собой после данного урока. Выполним следующие упражнения:
1. Какой рисунок наиболее правильно показывает каплю воды в микроскопе при сильном увеличении? Ответ: рис.3, частицы вещества все одинаковы, между ними есть промежутки.
2. Практическое задание по моделированию диффузии: имея модели частиц двух веществ, покажите, что происходит в веществе при их самопроизвольном смешивании (до и после смешивания).
а) каких размеров должны быть промежутки между частицами, чтобы прошли частицы другого вещества?
б) останавливаются ли на самом деле когда-нибудь частицы вещества?
в) недостатки данной модели (размеры частиц-моделей во много раз больше настоящих, одновременно можно перемещать только ограниченное число частиц, скорость движения частиц в веществе гораздо выше).
3. Выберите рисунок, на котором направление стрелок правильно указывает направление движения двух частиц в веществе. Опишите, как движутся частицы в веществе. Ответ: рис.4, все частицы в веществе движутся хаотично, т.е. направление все время меняется.
4. С какими танцами или мелодиями можно сравнить движение частиц пальмы, растущей в Африке, и частиц кедра, растущего в Сибири? Определите недостатки данной модели. Ответ: в Африке температура выше, чем в Сибири, поэтому скорость движения частиц пальмы гораздо больше, чем скорость движения частиц кедра. Движение частиц кедра можно сравнить с медленным танцем, например, вальсом, а движение частиц пальмы – с быстрым танцем, например, полькой. Недостатки модели: на самом деле скорость движения частиц вещества гораздо больше, чем скорости движения людей в любом из танцев.
5. Диффузия в природе: полезная или вредная? Приведите примеры.
Учащиеся: Диффузия в природе:
а) полезная – для приготовления маринадов, солений, напитков, варенья, ароматерапии, цементации, никелирования, поддержания однородного состава атмосферного воздуха вблизи поверхности Земли; диффузия растворов различных солей в почве способствует нормальному питанию растений и т.д.
б) вредная – загрязнение окружающей среды (снижение выбросов в атмосферу вредных веществ, снижение объема сточных вод содержащих фтор-ион, снижение токсичных отходов производства)
6. Все знают, как полезен репчатый лук. Но при его разрезании мы проливаем слезы. Объясните почему? Слайд 47 (презентация 1)
Это объясняется явлением диффузии. Причина в летучем веществе лакриматоре, вызывающем слёзы. Оно растворяется в жидкости слизистой оболочки глаза, выделяя серную кислоту, которая и раздражает слизистую оболочку глаза.
VI. Выходной контроль.
Самостоятельная работа. Слайд 48 (раздаточный материал). Приложение 1.
Средний уровень:
- В каком рассоле – горячем или холодном – быстрее засолятся огурцы?
- Почему ткань, окрашенную недоброкачественной краской, нельзя в мокром состоянии держать в соприкосновении со светлым бельем?
Достаточный уровень:
- Почему дым от костра, поднимаясь вверх, быстро перестает быть видимым даже в безветренную погоду?
- Будут ли распространяться запахи в герметично закрытом подвальном помещении, где совершенно нет сквозняков?
Высокий уровень:
- Открытый сосуд с эфиром уравновесили на весах и оставили в покое. Через некоторое время равновесие весов нарушилось. Почему?
- Какое значение имеет диффузия для процессов дыхания человека и животных?
VII. Домашнее задание.
Слайд 49-50. Приложение 2
- Параграф 9, вопросы к параграфу;
- Экспериментальное задание (описать явления диффузии, наблюдаемые дома).
- Ответить письменно на вопрос:
- Почему сладкий сироп приобретает со временем вкус фруктов? (средний уровень)
- Почему соленая сельдь, после того как ее оставили на некоторое время в воде, делается менее соленой? (достаточный уровень)
- Почему при склеивании и паянии применяют жидкий клей и расплавленный припой? (высокий уровень)
Учитель: Спасибо за внимание и работу. До свидания.
Список литературы.
- Семке А.И. «Нестандартные задачи по физике», – Ярославль: Академия развития, 2007.
- Шустова Л.В., Шустов С.Б. «Химические основы экологии». – М.: Просвещение, 1995.
- Лукашик В.И. Задачник по физике 7-8кл. – М.: Просвещение, 2002.
- Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики. – М.: Просвещение, 1998.
- Энциклопедия Физика. – М.: Аванта +, 1999.
- Богданов К.Ю. Физик в гостях у биолога. – М.: Наука, 1986.
- Енохович А.С. Справочник по физике. – М.: Просвещение, 1990.
- Ольгин О.И. Опыты без взрывов. – М.: Химия, 1986.
- Ковтунович М.Г. «Домашний эксперимент по физике 7-11 классы». – М.: Гуманитарный издательский центр, 2007.
- Internet-ресурсы.