План-конспект интегрированного урока по дисциплине «Материаловедение» и «Физика» на тему: «Атомистическая теория строения металлов»

Тема: «Атомистическая теория строения металлов»

Цель: сформировать представление о атомистической теории строения металлов Задачи:

- развить умение проведения химического эксперимента с соблюдением правил техники безопасности, строить логические цепочки и выводы из наблюдений, прогнозировать решение некоторых проблем.

- решить практико-ориентированные задачи, тесты.

-  совершенствовать коммуникативные умения в ходе коллективного обсуждения, способствовать развитию познавательного интереса к предмету.

Тип урока: урок изучения нового материала

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, презентация к уроку.

Ход урока

I. Организационный момент.

Слово учителя физики: Твердые тела и материалы, которыми располагает общество, во многом определяют уровень его развития. Специальная область физики, физика твердого тела, занимается изучением строения и свойств твёрдых тел. Эта область является ведущей во всех физических исследованиях. Она составляет фундамент современной техники и является основой материаловедения, указывает пути создания технически важных твердых тел с требуемыми свойствами: механическими, электрическими, тепловыми и т.д.

Слова учителя материаловедения: Поскольку ваша будущая профессия напрямую касается физики твердого тела, на нашем уроке мы должны не только систематизировать знания, которые вы получили при изучении школьных дисциплин и жизненного опыта, но и глубоко осознать, что эти знания – основа вашего мастерства токаря. Ну а применение твёрдых тел определяется в первую очередь их свойствами.

(показ 1 слайда)

II. Повторение пройденного материала. Формулировка темы урока. Постановка целей и задач.

Слова учителя физики: На слайде представлена таблица под названием свойства металлов. Вы должны её заполнить названием свойств

Слова учителя материаловедения: К этим названиям вы подойдёте в результате прохождения викторины с вопросами о свойствах металлов.

(Студенты отвечают на вопросы преподавателя, заполняют таблицу)

(показ слайдов 2-19)

III. Изучение нового материала.

Учитель физики: Все эти свойства объясняются поведением молекул и атомов кристаллических материалов, к коим относится и большинство металлов, т.е. все начинается изнутри. Ваши одногруппники провели небольшой эксперимент, который позволяет составить представление о том, как образуются подобные структуры.

(презентация студента о выращивании кристаллов соли)

(показ слайдов 20 – 27)

Слова учителя материаловедения: Вы спросите: а при чем тут соль и металлы, с которыми и работает токарь? И в том, и в другом случае кристаллы образуются при охлаждении расплавов или насыщенных растворов. Также для их роста необходимы затравки — маленькие кристаллики, которые служат центрами кристаллизации.

В случае с солью в горячей воде растворяют избыток соли, а при охлаждении он начинает кристаллизоваться на затравке, потому что растворимость снижается.  В металле кристаллизация происходит при охлаждении расплавленного металла. Сначала образуются центры кристаллизации, вокруг которых начинают расти кристаллы. Скорость роста зависит от температуры и состава металла. 

При этом у веществ разного химического состава кристаллы имеют разную форму и отличаются по таким свойствам, как симметрия и выращивание. 

Давайте вспомним, какими особенностями обладает металлическая кристаллическая решетка.

(показ слайдов 28 – 31)

Слова учителя материаловедения:

Кристаллическими телами являются все металлические изделия – стальные каркасы зданий и мостов, рельсы железных дорог, линии электропередач, станки, машины, поезда, самолеты. Одной из важнейших задач науки и техники является создание прочных и надежных машин, станков и зданий с минимальной затратой металлов и других материалов.

Сравнение реальной прочности кристаллов той же стали со значениями, полученными на основании теоретических расчетов, с требуемыми по условиям эксплуатации, часто обнаруживает весьма существенные расхождения. Так, теоретический предел прочности в десятки и даже в сотни раз превосходит значения, получаемые при испытании реальных образцов.

Оказалось, что причина расхождения теории и эксперимента заключается в наличии внутренних и поверхностных дефектов в строении кристаллических решеток.

Мы привыкли думать, что кристаллическая решетка – это идеальная симметрия атомов и ионов. На самом деле это не так. Самые простые дефекты – точечные, представленные в первой группе рисунков. На них видно, в один из узлов решетки внедрился чужеродный атом.

Второй рисунок иллюстрирует линейные дефекты: здесь возникло нарушение в порядке расположения атомных плоскостей в кристаллах.

Дефекты кристаллического строения металлов влияют на их механические, физические и химические свойства. Например, наличие точечных дефектов, таких как вакансии, может изменить механическую прочность и твердость металла.

Дефекты также могут повысить или понизить проводимость электричества и теплоотдачу материала. Дефекты кристаллического строения металлов могут также влиять на их реакцию на внешние воздействия.

Для получения кристаллических материалов с высокой прочностью можно выращивать монокристаллы без дефектов.

Так, на форуме в Санкт-Петербурге недавно была представлена инновация – монокристаллический металлы и сплавы на их основе. Представленный на слайде медно-никелиевый сплав способен выдерживать температуру до 1900°С, имеет высокую устойчивость к радиационному повреждению.

Большинство современных методов упрочнения материалов основано на другом способе. Для упрочнения кристалла с дефектами в решетке можно создать условия, при котором перемещение дефектов в кристалле затрудняется.

Препятствием могут стать другие дефекты, специально созданные в кристаллической решетке. Так, для увеличения прочности стали применяется ее легирование – введение в расплав небольших добавок хрома, вольфрама и других элементов. Известная всем нержавейка – это легированная сталь, отличается высокой устойчивостью к коррозии.

Примеси в кристаллических решетках сплавов придают им свойства, которыми составные из части не обладают, судите сами.

Добавление примесей в металлический сплав позволяет изменить его свойства, такие как твердость, прочность, пластичность и т.д. Это позволяет создавать материалы с желаемыми характеристиками для конкретных целей и условий эксплуатации.

Токарное дело появилось на заре промышленной революции и с тех пор прошло длинный путь эволюции. С появлением большого количества станков с программным управлением, токарное дело обретает новое звучание и переходит в разряд инженерного искусства.

Токарные работы применяются для обработки металлических деталей любого назначения, поэтому в квалифицированных токарях нуждаются практически все промышленные отрасли.

Поэтому знание физики металлов и сплавов, конструктивных особенностей металлов, умение предсказать поведение изделия в тех или иных изделиях так же важно, как и знание операций на станках. Обучение токарному делу, как, например, в профессии врача, длится целую жизнь.

(показ слайдов 32 –47)

IV. Первичное закрепление материала 

Слова учителя материаловедения: А теперь посмотрим, как вы усвоили тему сегодняшнего урока. Для этого предлагаю выполнить тренировочный тест. https://multiurok.ru/tests/test-17-po-materialovedeniiu-na-temu-stroeniia-i-svoistva-metallov.html

(показ слайдов 48)

V. Оценивание знаний – давайте каждый посмотрит на свой итоговый результат выполненного теста и сделает выводы.

VI. Рефлексия

• Все ли что запланировано мы с Вами выполнили?

• Какой вид работы сегодня на уроке понравился больше всего?

• Где могут понадобиться полученные знания в жизни?

• Что ещё Вы хотели бы узнать по этой теме?

VII. Домашнее задание:

§10(с. 47-51 выучить), упр. № 1, 2 с. 51 (выполнить письменно)

(показ слайдов 49)

Оставшееся время: фильм

Свойства металлов

Свойства металлов