Урок «Кристаллические и аморфные тела

Методические рекомендации по проведению урока по физике «Кристаллические и
аморфные тела»
Тип данного урока-урок усвоения новых знаний.
Урок «Кристаллические и аморфные тела»
Образовательные технологии: технология интенсификации обучения на
основе схемных моделей учебного материала
Цель урока: дать понятие кристаллических и аморфных тел твердой фазы
вещества, раскрыть их физические свойства на основе молекулярнокинетической теории, выяснить различие и сходство.
Мотивация: Большинство окружающих нас тел-вещества в твердом
состоянии. Специальная область физики-физика твердого тела занимается
изучением строения и свойств твердых тел. Эта область физики является
ведущей во всех физических исследованиях.
Она составляет фундамент современной техники.
В любой отрасли техники используются свойства твердого тела:
механические, тепловые, электрические, оптические и т.д. Всё большее
применение в технике находят кристаллы.
Ход урока
I Организационный момент.
Психологический настрой обучающихся на приобретение знаний.
II Актуализация знаний
Беседа по вопросам.
 Какие три положения лежат в основе молекулярно-кинетической
теории?
 Каков размер атома? Как его представить?
 Перечислите доказательства существования молекул.
 Какие явления доказывают, что молекулы движутся?
 Какие явления доказывают, что молекулы взаимодействуют друг с
другом?
 Что вы знаете об агрегатных состояниях вещества?
 Как вы думаете, с чем связано различие агрегатных состояний
вещества?
III Изучение нового материала.
Материал подается в форме модели-конспекта в начале изучения темы, и к
этой модели мы будем возвращаться на протяжении всего урока.
Моделирование позволяет:
 весь учебный материал собрать перед глазами студентов;
 вычленить главное и существенное;
 выявить общий способ разрешения проблемы (определение, свойства,
примеры кристаллических и аморфных тел);
 контролировать ход и результаты учебной деятельности.
1. Основные свойства твердой фазы вещества: молекулы имеют дальний
порядок расположения, совершают колебательные движения около
положений равновесия, плотно упакованы, а поэтому обладают значительно
большей потенциальной энергией, чем кинетической теплового движения.
Твердые тела разделяются на кристаллические и аморфные. Кристаллытвердые тела, имеющие правильное периодическое расположение
составляющих их частиц (дальний порядок, кристаллическая решетка). Они
имеют постоянные точки плавления. При температурах ниже точки
плавления кристаллическое состояние является устойчивым. У аморфных тел
нет строгого порядка в расположении атомов и молекул, они не имеют
постоянной точки плавления. При повышении температуры аморфные тела
постепенно размягчаются и переходят в жидкое состояние (фазу).
2.Сообщив понятия монокристалла и поликристалла, продемонстрировать
монокристалл и на нем рассмотреть грани, ребра, вершины, двугранные и
многогранные углы. Аналогичный показ провести и на моделях
кристаллических решеток. Сообщив понятие изотропности и
анизотропности, подчеркнуть, что кристаллы обладают анизотропностью.
Основной причиной анизотропности является неодинаковая плотность
расположения атомов и молекул по различным направлениям в кристалле.
Анизотропия проявляется в механических, тепловых, электрических,
магнитных и оптических свойствах монокристаллов. Продемонстрировать
анизотропию теплопроводности кристаллического гипса и рассказать о
неодинаковой прочности кристаллов по различным направлениям (примеркристаллы слюды, льда), неодинаковой электропроводимости по различным
направлениям и неодинаковой преломляемости света при прохождении через
кристалл в разных направлениях (кварц).
3.В жидкостях, газах, аморфных и большинстве поликристаллических телах в
любом направлении располагается примерно на одинаковых длинах
одинаковое число частиц. Поэтому эти тела обладают изотропностью. На
доске изобразить схему беспорядочного расположения молекул, но так,
чтобы от начала отсчета в любом направлении на расстроянии условно
взятого радиуса находилось в среднем одинаковое число молекул.
Расстояния между этими молекулами по различным направлениям
различные, но общее их число одинаково. Следует отметить, что один и тот
же кристалл является изотропным относительно одних свойств и
анизотропным относительно других. Например, кристаллы поваренной соли
и меди изотропны относительно теплового расширения, но анизотропны для
механических свойств.
4.Внутреннее строение кристаллов характеризуется двумя признаками:
пространственным расположением атомов (молекул или ионов) ,
образующих кристаллическую решетку, и природой связи между атомами в
кристаллической решетке, образующих различные виды кристаллических
структур. В зависимости от того, какие частицы находятся в узлах решетки и
каков характер сил взаимодействия между ними, различают типы связей и
виды кристаллических структур: молекулярные кристаллы, ионные
кристаллы, металлические и сложные кристаллы.
5.Кристаллизация вещества происходит благодаря силам притяжения,
которые действуют между частицами. Однако на малых расстояниях силы
притяжения ослабевают, так как появляются силы отталкивания,
препятствующие дальнейшему сближению частиц. Таким образом,
молекулярные силы стремятся расположить частицы вещества как можно
ближе друг к другу, упаковать наиплотнейшим образом. Этим объясняется
существование в природе кристаллов с различным расположением частиц в
их объеме. Показать рисунки упаковок молекул в кристаллах. Исходной
средой для образования кристаллов могут быть пересыщенный раствор или
расплав данного вещества. Для выращивания кристалла необходимо в
пересыщенный раствор данного вещества опустить зародыш-кристалл
данного вещества.
IV О применении кристаллов и некоторых интересных физических
явлениях, связанных с кристаллами, студенты делают сообщения,
постоянно обращаясь к модели урока:
1. Жидкие кристаллы-анизотропия кристаллов.
2. Что общего и каковы различия между графитом и алмазомкристаллическая решетка.
3. Роль некоторых добавок к сплавам-кристаллическая решетка.
1.Жидкие кристаллы. Некоторые органические материалы при переходе
из жидкого состояния в твердое имеют промежуточную структуру. Вещество
в таком состоянии называют жидким кристаллом. Для жидких кристаллов
характерна вытянутая структура молекул, которая приводит к анизотропии
свойств. Жидкие кристаллы имеют важные оптические свойства, которые в
широких пределах изменяются внешними воздействиями. Это и определяет
большие возможности управления световыми потоками с помощью жидких
кристаллов.
2.Свойства кристаллических веществ определяются структурой
кристаллических решеток. Между алмазом и графитом много общего, хотя
на первый взгляд общее трудно увидеть. Алмаз необычайно тверд,
прозрачен, не проводит электрический ток, обработанные алмазыдрагоценности, известные в быту как бриллианты.
Графит мягок, легко расслаивается, непрозрачен электропроводен и не похож
на драгоценный камень. А между тем и алмаз, и графит-это чистый углерод.
Различие свойств алмаза и графита связано только с различие
кристаллических решеток (демонстрация рисунков). При определенных
условиях возможен переход вещества из одной кристаллической
модификации в другую. Если нагреть графит до температуры 2000-2500 К
под давлением 109 Па, то произойдет перестройка кристаллической решетки,
в результате чего графит превращается в алмаз. Так получают искусственные
алмазы.
3.Роль некоторых добавок к сплавам для увеличения прочности
материалов.
Расположение атомов в кристаллах далеко не всегда правильно. Размещение
атомов в пространстве часто нарушается. Эти области разупорядочения
атомов кристаллической решетки называют дефектами. Иногда нарушается
правильная структура пространственной решетки вдоль некоторых линий.
Эти дефекты называются дислокациями. Обычно примеси в металлах
оседают на дислокации. Большое число примесей может блокировать
дислокации. Сталь представляет собой сплав на основе железа, содержит
значительные примеси углерода, а также различные легирующие добавки
(примеси некоторых металлов). Регулируемое упрочнение стали происходит
за счет взаимодействия атомов примеси, в том числе и углерода, с
дислокациями за счет выпадения микроскопических включений карбида
железа. В настоящее время это основной путь упрочнения материалов. И
другие сообщения.
V Закрепление нового материала (используя модель урока).
1. Каков существенный внешний признак кристалла?
2. В чем состоит анизотропия свойств кристалла?
3. Почему по одним направлениям кристалл раскалывается легче, чем по
другим?
4. Как убедится в анизотропии тепловых свойств монокристаллов?
5. Основная причина анизотропии? (неодинаковая плотность
расположения атомов по разным направлениям в Ме)
6. Почему поликристаллические тела изотропны?
7. Чем объясняется различие между свойствами кристаллических и
аморфных тел?
8. Что такое кристаллическая пространственная решетка? Приведите
примеры кристаллических решеток некоторых веществ.
9. Какие существуют типы кристаллов в зависимости от физической
природы сил, действующих между их частицами?
VI Домашнее задание.
1. Самостоятельно изучить материал о дефектах в кристаллах и
подготовить ответ на вопрос: дефект кристалла это достоинство или
его недостаток?
2. Подготовиться к лабораторной работе «Выращивание кристаллов
поваренной соли».
Литература:
1. Пинский А.А., Граковский Г.Ю. Физика.-М.: «Форум», 2010 г.
2. Самойленко П.И., Сергеев А.В. Физика.-М.: «Академия» 2010 г.
3. Рябоволов Г.И., Самойленко П.И. Планирование учебного процесса по
физике.-М.: «Высшая школа» 2001 г.