Мастер-класс "Изучаем нанотехнологии"

Разделы: Физика

Цели урока:

  1. Образовательные: сформировать у учащихся представление о нанотехнологиях, привести к пониманию понятий «наночастица», «наноразмер», научить пользоваться кратными и дольными приставками единиц измерения величин, формировать экспериментальные умения и навыки;
  2. Развивающие: развивать интерес к изучению предмета физики и области науки, называемой «нанотехнологиями», формировать потребность для самостоятельного изучения этой области, расширить кругозор учащихся;
  3. Воспитательные: показать роль нанотехнологий в познании природы как нового подхода к техническим и экологическим проблемам, помочь в выборе направления своей будущей профессии, связанной с этой областью науки.

Необходимое оборудование: таблица приставок для преобразования внесистемных единиц в СИ, несколько тюбиков клея ПВА и флакончиков тетрабората натрия, палочек и стаканчиков для перемешивания смеси, пипетки, полиэтиленовые пакетики, медицинские перчатки, картофельный крахмал, несколько цветов гуаши, вода.

План проведения:

  1. Работа с таблицей приставок;
  2. Что такое наночастица;
  3. Область науки «нанотехнология»;
  4. Применение «нанотехнологий»;
  5. Закрепление (выполнение экспериментальной работы).

Ход занятия

I. Мотивация.

Сегодня мы проведем необычный урок – будем знакомиться с новым направлением науки «Нанотехнологиями». В некоторых ВУЗ-ах есть факультеты нанотехнологий, где готовят специалистов в этом направлении. Может быть, изучив этот урок, заинтересовавшись, кто-то из вас захочет связывать свою будущую профессию с этим новым направлением науки.

II. Подготовка к восприятию нового.

Сначала давайте немножко поработаем с таблицами, которые лежат на ваших столах. Как называется эта таблица? (Учащиеся отвечают). Да, таблица приставок для преобразования внесистемных единиц в СИ. Что является единицей длины в системе СИ? (Учащиеся отвечают). Да, в Международной Системе Единиц единицей длины является 1 метр. Но в повседневной жизни мы пользуемся не только метром, но и другими единицами длины. Давайте вспомним, какими еще единицами длины мы часто пользуемся? (Учащиеся перечисляют: мм, см, дм, км). Все эти единицы измерения длины образованы из приставок – миллиметр, дециметр, сантиметр, километр. Их можно перевести в метры. Например:

  • 1 километр = 1*103 метр = 1*1000 метр = 1000 метров;
  • 1 миллиметр = 1*10-3 метр = 1*0,001 метр = 0,001 метра;
  • 1 сантиметр = 1*10-2 метр = 1*0,01 метр = 0,01 метра;
  • 1 дециметр = 1*10-1 метр = 1*0,1 метр = 0,1 метра.

В ваших таблицах есть и другие приставки. Точно также можно образовывать с их помощью другие единицы длины: микрометр, нанометр, пикометр, декаметр, мегаметр и т.д.

Рассмотрим единицу длины нанометр:

  • 1 нанометр = 1*10-9 метр = 1*0,000000001 метр = 0,000000001 метра.

Это маленькая длина? (Учащиеся подтверждают). Да, очень маленькая длина! Тема нашего урока связана именно с этой приставкой.

III. Изучение новой темы.

Поговорим о новом направлении науки – нанотехнологиях. Как вы убедились в начале урока, приставка «нано» означает очень маленькую долю измерения чего-либо, следовательно, в этом направлении науки работают с очень маленькими объектами – атомами. Все предметы на свете состоят из них – и книга, и ручка, и стол, и доска, даже мы с вами. Как вы уже знаете, атомы имеют очень маленькие размеры, они невидимы к глазу. Само понятие «нанотехнология» состоит из двух частей – «нано» (в переводе с греческого «карлик») и «технология». Это говорит о малости исследуемых объектов и для работы с ними нужны специальные знания.

29 декабря 1959 года, выдающийся американский ученый Ричард Фейнман выступал с лекцией, где рассказывал о новой области исследований, о том, что манипулирование отдельными атомами возможно и имеет большие перспективы. Эта дата и считается официальным моментом рождения понятия «нанотехнология».

Специалисты-нанотехнологи не просто изучают мельчайшие частицы – атомы, но ещё и конструируют из них, как из деталей конструктора, новые материалы с требуемыми свойствами. Теперь, когда мы с вами узнали, что такое нанотехнология, и с какими объектами она имеет дело, выясним, а для чего нам это надо? Какие проблемы мы сможем разрешить с их помощью? Назовите проблемы, решать которые призвана современная наука. (Дети перечисляют: экология, здоровье, комфорт).

Где же применяются нанотехнологии?

  • для очистки воды и уничтожения болезнетворных организмов в кондиционерах, душах, местах общего пользования, для обработки белья, мобильных телефонов, барабанов стиральных машин используют наночастицы серебра, которые обладают сильнейшими бактерицидными свойствами.
  • в авиационной и космической промышленности для повышения долговечности, надежности и эффективности различных компонентов, к препятствованию эрозии используют нанопокрытия, обладающие свойством несмачивания и самоочищения.
  • для лечения раковых клеток головного мозга человека применяют магнитные жидкости, способные принимать любую форму под действием магнитного поля.
  • для пошива обмундирования военнослужащих, костюма космонавтов применяют умные материалы, способные самостоятельно менять свои свойства в непредвиденных обстоятельствах и при смене режима работы.
  • для монтажа конструкций в космосе, фиксации сломанных костей, расправления суженных сосудов применяют нитинол – материал с памятью формы (при нагревании распрямляется и «вспоминает» свою исходную форму).

Я перечислила лишь малую часть применения нанотехнологий в жизни человека. Многие наноматериалы с ценными свойствами находятся еще в стадии разработки. Может быть, кто-то из вас в будущем, выучившись, станет изобретателем-нанотехнологом, который будет предлагать новые интересные наноматериалы.

IV. Закрепление.

Давайте вместе попробуем с помощью несложных опытов изменить свойства привычных для нас веществ. Будем работать группами (группы получают необходимые материалы).

  1. Опыт 1. (изготовление неньютоновской жидкости путем добавления крахмала в воду и демонстрации свойств полученной жидкости).
  2. Опыт 2. (изготовление умного пластилина путем смешивания клея ПВА и раствора тетрабората натрия и демонстрации его вязких свойств).

V. Итоги урока и рефлекция.

Наше путешествие в мир нанотехнологий и нанообъектов подошло к концу. Вам оно понравилось? Вы узнали для себя нового? (Выслушать ответы учащихся)