Метапредметное учебное занятие "Порядок и хаос" по физике в 10 классе
Цели урока:
Предметная: формирование понятий о кристаллических и аморфных телах, ; развитие знаний о процессах, протекающих при кристаллизации, о причинах и механизмах анизотропии кристаллов и изотропии аморфных тел.
Методологическая: развитие научного мышления учащихся через установление причинно-следственных связей, эксперимент и анализ эмпирических данных.
Метапредметная: формирование представлений о процессе организации порядка из хаоса на примере кристаллизации насыщенного соляного раствора как вещества физико-химической природы.
2) процессов: кристаллизации, перехода аморфного тела из твердого в жидкое состояние;
3) теорий: анизатропии кристаллов, изотропии аморфных тел.
Умение:
1) осуществлять экспериментальное исследование свойств у кристаллических и аморфных тел, анализировать экспериментальные данные;
2) классифицировать вещества с точки зрения особенностей строения твердых тел.
Понимание:
1) причин и механизма кристаллизации;
2) причин анизотропии кристаллов и изотропии аморфных тел;
3) физико-химической природы процесса кристаллизации;
4) зависимость свойств вещества от особенностей его состава и строения; зависимость процесса кристаллизации от природы вещества и внешних условий;
5) практического значения знания о процессах, протекающих при кристаллизации веществ разной природы;
6) общей закономерности организации порядка из хаоса в сложной неравновесной системе физико-химической природы.
Приоритетные виды межпредметных связей:
- внутрицикловые содержательно-информационные – с курсом химии на уровне фактов, общепредметных понятий, теоретических знаний
- организационно-методические – на уровне общепредметных умений (наблюдение, анализ и вывод, классифицирование, применение знаний и способов действий, решение учебных проблем);
Ведущие приемы обучения: постановка метапредметных вопросов, постановка и решение теоретической проблемы, организация акцентированных наблюдений, составление классификационных схем, обращение к жизненному опыту учащихся.
Дидактические средства: физический эксперимент, модели кристаллических решеток веществ, аудиоучебник образцы кристаллов слюды, кварца, таблица «Кристаллы», таблицы для классификации свойств кристаллов и аморфных тел.
Лабораторное оборудование: микроскопы, образцы веществ – соль, сахар, сахарный леденец.
Ход урока
Вы задумывались когда-нибудь о глубине, противопоставлениях и многогранности в нашем Мире, о противоположностях в нем? Порядок и хаос. Что для жизни более необходимо? Конечно, многие будут утверждать, что это порядок, но вот парадокс—хаос необходим больше. Мы живем в постоянно меняющемся мире, в движении — наша жизнь. Научиться управлять хаосом—вот задача будущего столетья. Сможешь ли ты управлять хаосом? Может ли хаос стать порядком? Или наоборот? Как эти понятия пронизывают нашу жизнь? ..
Что с вашей точки зрения порядок? Хаос?
А порядок и хаос с точки зрения молекулярного строения тела? (Слайд 1)
– Какие особенности о строении твердых тел нам известны из курса физики?
(Ответы: молекулы расположены очень близко друг к другу, силы взаимодействия между молекулами велики, молекулы совершаю колебания около своих положений равновесия)
– В чем отличия в строении жидкостей и твердых тел?
(Ответ: в силах взаимодействия между молекулами, в расположении частиц, в скоростях и видах движения молекул).
-Какой можно сделать вывод относительно порядка и хаоса в строении твердых тел?
(Ответ: в твердых телах молекулы расположены в определенном порядке, а в жидкостях в хаосе.)
Человек живет на твердой поверхности Земли, и мир окружающих его вещей - в основном мир твердых тел. В течение многих тысячелетий человек использовал твердые тела. Свойства твердых тел и материалов, которыми располагает общество, во многом определяет уровень его технического развития. Физика твердого тела служит основой современного материаловедения. Она указывает пути создания твердых тел и материалов с требуемыми свойствами, которые важны в технике. Твердые тела чрезвычайно разнообразны как по типам своего внутреннего строения, так и физическим и химическим свойствам.
-Вспомните, какие свойства твердых тел вам известны?
(Ответ:1) Сохранение формы и объема.
2) Плавится при определенной температуре - температуре плавления.
3) Имеет упорядоченное внутреннее строение.) (Слайд 2)
Для систематизации знаний о твердых телах и для сравнения кристаллов и аморфных тел в процессе урока будем заполнять следующую таблицу (таблица приготовлена заранее на доске или можно вывести на экран через компьютер, каждый учащийся получает индивидуальную таблицу для самостоятельного заполнения). (Слайд 3)
С кристаллическими телами мы часто встречаемся в нашей повседневной жизни: соль, сахар, речной песок, лед, драгоценные камни (Слайд 4 «Снежинки»,5 «Кристаллы в природе»).
Кристаллы отличаются внешними признаками: правильностью формы, наличием плоских граней, симметрией. Это объясняется тем, что внутреннее строение кристаллов - упорядоченное. В расположении молекул существует как ближний, так и дальний порядок. Это значит, что порядок в расположении частиц сохраняется как в малой области, так и на больших расстояниях в любой части кристалла. (Слайд 6)
На рисунке показаны кристаллические решетки различных веществ. Обратите внимание на то, что линии, соединяющие положения атомов, образуют правильные геометрические фигуры: квадраты, прямоугольники, треугольники, 6-угольники и т.д. Т.е. кристаллы – это твердые тела, атомы которых расположены в определенном порядке (записать в таблицу). Правильное расположение атомов хорошо демонстрирует модель кристаллической решетки.
Демонстрация модели кристаллической решетки поваренной соли.
(Слайд 7) Бывает, что одни и те же атомы образуют разные вещества с абсолютно разными свойствами в зависимости от вида кристаллической решетки: слева – слоистая решетка графита. Графит – мягкое, непрозрачное, проводящее ток вещество. Справа – алмаз с каскадной решеткой, состоящей из тех же атомов углерода. Алмаз – прозрачный кристалл, диэлектрик, самое прочное вещество в природе.
(Слайд 8) Графит и алмаз.
Следствием правильного расположения атомов является наличие плоских граней и правильная геометрическая форма кристаллов (независимо от размера), симметрия. Обратите внимание на это на следующих слайдах:
(Слайд 9) Йодид свинца. Размеры кристалликов разные, а форма повторяется. Кроме того, если кристалл расколется на части, то все они будут такой же формы.
Исследование. У вас на столе находятся различные вещества и микроскопы. Настройте свет в микроскопе, положите на предметное стеклышко крупинки соли и рассмотрите их. Что из перечисленных уже особенностей кристаллов подтверждается при наблюдении кристалликов соли?
(Ответы учеников: Правильная форма в виде кубиков, видны плоские грани).
Можно сказать, что мы видим «порядок», здесь нет места «хаосу». Но, тем не менее, не все так гладко. Внутри кристалла расстояния между атомами в разных направлениях разные, поэтому и взаимодействия между атомами различны. Давайте подумаем, к чему это приводит.
Еще раз посмотрим на модель решетки поваренной соли.
– Где сильнее связаны атомы: в отдельных слоях или между слоями?
(Ответ: в отдельных слоях, так как частицы ближе расположены друг к другу).
– Как это может повлиять на прочность кристалла?
(Ответ: прочность, скорее всего, будет отличаться)
(Видеофрагмент по теме «Анизатропия кристаллов» Электронный учебник «Физика 10»)
Итак, физические свойства кристаллов различны по разным направлениям. Это называется анизотропией. Запишем в таблицу: кристаллы анизотропны, т.е. их физические свойства зависят от выбранного в кристалле направления (теплопроводность, электропроводность, прочность, оптические свойства). Это основное свойство кристаллов!!
Демонстрация кусочков слюды и ее способности легко расслаиваться, но при этом трудно разорвать пластинку слюды поперек слоев.
(Слайд 10) Рассмотрим еще одну особенность кристаллов.
– Чем отличаются эти два объекта?(Ответ: слева сахар в виде отдельных крупинок, а справа – сросшиеся кристаллики).
Одиночные кристаллы называются монокристаллами, а множество спаянных друг с другом кристалликов – поликристаллы (записать в таблицу)
Может возникнуть вопрос: для металлов, которые являются кристаллическими телами, свойство анизотропии не проявляется. Почему? Объясняется это тем, что металлы - поликристаллические вещества, т.е. состоят из огромного количества маленьких кристалликов, ориентация которых друг относительно друга хаотична. Поэтому свойства металлов по всем направлениям одинаковы. Анизотропия - свойство монокристаллов.
(Слайд 11) Примеры монокристаллов – драгоценные камни (сапфиры, рубины, алмазы). Так выглядит кристалл малахита в природе.
(Слайд 12) Для ювелирных изделий им придают дополнительную огранку. К поликристаллам относятся все металлы.
(Слайд 13) А здесь сахар в трех состояниях: сахарный песок, сахар-рафинад, и сахарный леденец.
– Есть ли среди этих образцов монокристаллы?
(Ответ: сахарный песок).
– Есть ли среди этих образцов поликристалл?
(Ответ: сахар-рафинад).
– Можем ли мы утверждать, что леденец имеет правильную форму?Есть ли у него плоские грани?
(Ответы: нет).
Исследование. Рассмотрите в микроскоп крупинки сахара и кусочки леденца. Что можно сказать о форме крупинок, о наличии плоских граней, о повторяемости формы в разных крупинках? (ответ: у крупинок сахара есть все признаки кристаллов, у крупинок леденца их нет).
(Слайд 14) Вот фотографии, сделанные с помощью микроскопа: слева – крупинка сахарного песка, справа – кусочек леденца. Обратите внимание на скол леденца.
В отличие от кристаллов сахарный леденец может и раскалываться и размягчаться, постепенно переходя в жидкое состояние, при этом меняя форму. У аморфных тел существует лишь ближний порядок в расположении атомов. В этом проявляется сходство аморфных тел и жидкостей. Все аморфные тела – это вещества, атомы которых расположены в относительном порядке, нет строгой повторяемости пространственной структуры. (Слайд 15)
Следствием этого является изотропия – одинаковые физические свойства по разным направлениям (записать в таблицу). Установлено, что одно и то же вещество может существовать как в кристаллической, так и в аморфной форме. Тогда в аморфном состоянии в расположении атомов порядок будет нарушен, например, вместо 6-угольников могут быть пяти- или семиугольники.
Существование кристаллических веществ можно объяснить с энергетических позиций. В кристалле молекулы расположены на оптимально близком расстоянии и находятся в состоянии устойчивого равновесия. Устойчивому равновесию всегда соответствует минимальное значение потенциальной энергии. В аморфных телах расстояния между атомами различно, следовательно равновесие неустойчивое. Можно сделать вывод о том, что вещество из аморфного самопроизвольно переходит в кристаллическое состояние. Примером может служить стекло - со временем стекло мутнеет, это вызвано кристаллизацией.
Есть еще одна отличительная особенность кристаллов и аморфных тел. Всем известно, что кристаллы имеют строго определенную температуру плавления (лед 00С). Для аморфных тел существует интервал температур плавления. Например, смола может плавиться - течь - как при нагревании, так и под воздействием нагрузки (смола, лежащая на столе со временем растекается по столу). Текучесть приближает аморфные тела к жидкостям.
Итак, на основе всего услышанного попробуйте сформулировать основные свойства кристаллических и аморфных тел.
Ответы учеников.
1) Сохраняют форму и объем.
2) Кристаллы анизотропны, аморфные тела изотропны.
3) Кристаллы имеют температуру плавления, аморфные тела - интервал температур (текучесть).
(Слайд 17) Примерами аморфных тел являются смола, канифоль, янтарь, пластилин и другие.
Итак, аморфные тела – это пример «хаоса» в природе, но всегда ли это так…
Предлагаю вашему вниманию провокацию!
-Как вы думаете, что такое «жидкие кристаллы»? Это «порядок» в «хаосе» или «хаос» в «порядке»?
Жи?дкие криста?ллы (сокращённо ЖК) — это фазовое состояние, в которое переходят некоторые вещества при определенных условиях (температура, давление, концентрация в растворе). Жидкие кристаллы обладают одновременно свойствами как жидкостей (текучесть), так и кристаллов (). По структуре ЖК представляют собой вязкие жидкости, состоящие из вытянутой или дискообразной формы, определённым образом упорядоченных во всем объёме этой жидкости (Слайд 18).
О истории открытия этих замечательных веществ вы можете узнать самостоятельно. В качестве творческого задания я предлагаю вам сделать презентацию на тему «Жидкие кристаллы, Что это?». А, чтобы заинтересовать приоткрою немного занавес над областями применения жидких кристаллов в технике и быту. Одно из важных направлений использования жидких кристаллов — . Подбирая состав жидкокристаллического вещества, создают для разных диапазонов температуры и для различных конструкций. Например, жидкие кристаллы в виде плёнки наносят на , и электронных схем. Неисправные элементы — сильно нагретые или холодные, неработающие — сразу заметны по ярким цветовым пятнам. Новые возможности получили врачи: жидкокристаллический индикатор на коже больного быстро диагностирует скрытое и даже .
С помощью жидких кристаллов обнаруживают пары? вредных химических соединений и опасные для здоровья человека - и излучения. На основе жидких кристаллов созданы измерители , детекторы . Но самая многообещающая область применения жидкокристаллических веществ — информационная техника. От первых индикаторов, знакомых всем по электронным часам, до цветных с размером с почтовую открытку прошло лишь несколько лет. Такие телевизоры дают изображение весьма высокого качества, потребляя меньшее количество энергии (Слайд 19)
Итак, подведем итог нашего занятия. Что же важнее для нас в окружающем мире «порядок» или «хаос»?
(Ответы учеников) (Слайд 20)
В заключение урока посмотрим презентации, которые вы приготовили к нему и повторим основные понятия темы «Кристаллические и аморфные тела».
Выставляются оценки за урок.
Используемая литература.
Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика 10 класс. М.: Просвещение, 2004.
Блудов М.И.. Беседы по физике. М.: Просвещение, 1984.
Кабардин О.Ф., С.И.Кабардина. Факультативный курс физики. 9 класс. Пособие для учащихся. М.: Просвещение, 1974.
4 561
12 358 
