Методическая разработка урока по физике Кристаллические и аморфные тела

Тема: Кристаллические и аморфные тела.
Цель:
Исследовать строение и свойства твердых тел. Формировать умение самостоятельно вести исследовательскую работу и делать собственные выводы.
Создать условия для развития видения в поиске, критического и гибкого мышления, стойкого внимания и длительной памяти, для развития общей и специальной речи.
Продолжать формировать умение работать с компьютером, использовать ресурсы сети интернет
Воспитывать материалистическое мировоззрение, взаимоуважение, настойчивость в достижении цели, способствовать воспитанию активной позиции в учебе и в жизни.
Тип и модель урока:
урок-исследование с элементами проектной технологии, информационный, поисково-экспериментальный, коллективный (участие принимают все, делясь на группы), руководимый преподавателем.
Результаты:
Сообщения учащихся, презентации учащихся.
Оборудование:
набор горных пород и минералов, набор кристаллов, лупы, свечи, спички, модели кристаллических решеток, компьютер, проектор, экран, компьютерная презентация.Формы обучения: фронтальная, групповая, индивидуальная.

То, что я слышу, я забываю,
То, что я вижу, я помню,
То, что я делаю, я понимаю.
Конфуций
Ход урока
I. Организационный момент.
Приветствие.
Эпиграф.
Цель нашего урока: исследовать строение и свойства твердых тел. Хочу пожелать вам успехов в сегодняшней работе и доброй исследовательской интуиции.
II. Актуализация опорных знаний:
Вспомним, в каких агрегатных состояниях находится вещество в природе? (жидкое, твердое, газообразное)
- Мы живем на поверхности Земли – твердого тела, в сооружениях, построенных из твердых тел.
И хотя мы на 65% состоим из воды, наше тело - твердое.
Изучением строения и свойств твердых тел занимается физика твердого тела.
Эта область физики - основа современной техники.
Одно из ведущих направлений её - получение материалов с заданными свойствами: механическими, магнитными, электрическими и другими.
- В настоящее время примерно половина физиков мира работают в области физики твердого тела.
Как вы считаете, почему возникла необходимость изучать эту тему: строение и свойства твердых тел.
Сегодня мы продолжим изучать строение и свойства твердых тел. Условно твердые тела можно разделить на две группы: кристаллические и аморфные тела. Перед вами находятся задания. Ознакомьтесь с ними. Выполните. А потом поделитесь своими соображениями.
III. Выполнение группами задания:
1 ГРУППА
1. Рассмотрите с помощью линз строение кристаллов поваренной соли, сахара. Сделайте выводы о форме, цвете, размерах кристаллов одного и того же вещества и кристаллов различных веществ
2. Рассмотрите строение слюды, кварца. Сделайте вывод о механических свойствах этих кристаллических тел.
3. Зажгите свечу. Пронаблюдайте за плавлением воска. Вспомните о плавлении метала. Что вы можете сказать о температуре плавления этих веществ, об их свойствах.
2 ГРУППА
1. Рассмотрите с помощью линз горные породы: гранит, кварц. Что вы можете рассказать об их строении по внешнему виду
2. Зажгите свечу. Пронаблюдайте за плавлением воска. Вспомните о плавлении метала. Что вы можете сказать о температуре плавления этих веществ, об их свойствах.
3. Рассмотрите строение слюды, кварца. Сделайте вывод о механических свойствах этих кристаллических тел.
IV. Обсуждение результатов работы
-Итак, слово первой группе (Ученики рассказывают задания, делятся наблюдениями, делают выводы)
Вывод 1:
Кристаллы различных веществ отличаются один от другого.
-Слово предоставляется второй группе (Ученики рассказывают задания, делятся наблюдениями, делают выводы...)
Вывод 2:
В природе существуют монокристаллы (отдельные кристаллы).
Все вы видели кристаллы поваренной соли, медного купороса и т.д. Но чаще встречаются кристаллы, которые срастаются в один - это поликристаллы (гранит из отдельных кристаллов и металлы)
-Рассмотрим свойства кристаллических тел
- Выясним, чем обусловлены свойства кристаллических тел. Для этого рассмотрим, как расположены атомы в кристаллах .Слово физикам-теоретикам.
Презентация №1 «Кристаллические тела»
Кристаллическими считаются вещества, атомы которых расположены в строго определенном порядке, так что образуют правильную трёхмерную решётку, называемую кристаллической. Главным отличием кристаллов от других твёрдых тел является наличие кристаллической решётки – совокупности периодически расположенных атомов, молекул или ионов.
Русский учёный Е.С.Фёдоров установил, что в природе может существовать только 230 различных пространственных групп, охватывающих все возможные кристаллические структуры. Большинство из них (но не все) обнаружены в природе или созданы искусственно. Кристаллы могут иметь форму различных призм, основанием которых могут быть правильный треугольник, квадрат, параллелограмм и шестиугольник.
Примеры простых кристаллических решёток: 1 – простая кубическая; 2 – гранецентрированная кубическая; 3 – объёмно-центрированная кубическая; 4 – гексагональная
Ионными называют кристаллические решетки, в узлах которых находятся ионы. Их образуют вещества с ионной связью. Ионные кристаллические решётки имеют соли, некоторые оксиды и гидроксиды металлов.
Атомными называют кристаллические решётки, в узлах которых находятся отдельные атомы, которые соединены очень прочными ковалентными связями. На рисунке показана кристаллическая решётка алмаза.
Молекулярными называют кристаллические решётки, в узлах которых располагаются молекулы. Химические связи в них ковалентные, как полярные, так и неполярные. Связи в молекулах прочные, но между молекулами связи не прочные. Металлическими называют решётки, в узлах которых находятся атомы и ионы металла.
-Что является следствием упорядоченного строения кристалла?
- Не только правильная форма является следствием четкого положения атомов и молекул кристалла в пространстве.
Например, в одном направлении слюда расслаивается, а в другом нет. Почему? Чтобы ответить на этот вопрос, послушаем следующее сообщение физиков – теоретиков .
Презентация №2 «Монокристаллы и поликристаллы»
Большинство твердых материалов являются поликристаллическими; они состоят из множества беспорядочно ориентированных мелких кристаллических зерен кристаллитов – мелких монокристаллов. Каждый из мелких монокристаллов анизотропен, но так как кристаллики ориентированы хаотически, то в целом поликристаллическое тело является изотропным. Если монокристаллы каким-нибудь способом ориентированы в определенном направлении, то поликристаллическое тело становится анизотропным.
Крупные одиночные кристаллы называются монокристаллами. Крупные кристаллы в природе встречаются очень редко. Потребность промышленности, науки и техники в кристаллах очень велика, они находят широкое применение в радиотехнике, оптике и других отраслях народного хозяйства. Например, кристаллы рубина используются в квантовых генераторах света – лазерах. В настоящее время искусственно изготовляются монокристаллы многих веществ: кварца, алмаза, корунда, рубина и другие. Чтобы вырастить кристаллы, нужны особые условия. Например, для получения алмаза требуются давление 100 000 Мега Паскаль и температура 2 000º С.
Для кристаллических тел характерен дальний порядок, т.е. правильная повторяемость положений узлов кристаллической решетки на любых расстояниях в кристалле.
Вывод:3 От чего зависят физические свойства в кристаллах?
Физические свойства в кристаллах зависят от направления в кристалле —анизотропия.
Анизотропия – это зависимость физических свойств от выбранного в кристалле направления. Все монокристаллы анизотропны.
Сравните кристаллические решетки графита и алмаза. В чем причина мягкости, легкого расслаивания графита?
(Расстояние между слоями больше расстояния между атомами в слое. А значит, силы взаимодействия между слоями ослаблены. Что происходит, когда мы пишем карандашом? Слои графита ложатся на бумагу. А у алмаза? Упаковка атомов плотная. Отсюда и большая твердость.
Слово предоставляется физикам-теоретикам
Что представляют собой аморфные тела ?Презентация №3

Аморфные тела — это стекло, смола, канифоль, многие пластмассы, сургуч, пластическая сера, янтарь, различные полимеры — органические аморфные тела (целлюлоза, каучук, кожа, плексиглас, полиэтилен) и др. Основные свойства аморфных тел :У аморфных тел нет кристаллической решетки, у них обнаружен только ближний порядок в расположении молекул.
Аморфное тело обладает слабо выраженной текучестью. Так, если воронку наполнить кусочками воска, то через некоторое время (различное для разных температур) кусочки воска будут "расплываться". Воск примет форму воронки и начнет "вытекать" из нее.
Текучесть связана с перескоками молекул из одного положения равновесия в другое.
У аморфных тел нет определенной температуры плавления. Вещество в аморфном состоянии при нагревании постепенно размягчается и переходит в жидкость (кривая 2). Вместо температуры плавления приходится говорить о температурном интервале размягчения.
Аморфные тела изотропны, т.е. их физические свойства по всем направлениям одинаковы.
Внутренняя энергия вещества в аморфном состоянии больше, чем в кристаллическом. Поэтому аморфные тела могут самопроизвольно переходить в кристаллическое состояние (пример: помутнение со временем стекол).
- Слово предоставляется группе №2
Вывод 4: В своих исследованиях вы наблюдали плавление воска. Воск – это кристаллическое или аморфное вещество? Все аморфные тела изотропны.
Итак, вывод сегодняшнего урока: Мы узнали /сравнительная характеристика/

Слово предоставляется физикам-теоретикам.
Презентация №4 «Понятие о жидких кристаллах»
Большинство веществ находится в кристаллическое состояние, молекулы образуют трехмерную кристаллическую решетку, упорядоченную в трех измерениях, а при нагревании до определенной температуры наблюдается фазовый переход из трехмерного упорядоченного состояния в разупорядоченное жидкое состояние, при дальнейшем нагревании - в газообразное состояние. Выяснилось, что существуют некоторые промежуточные фазы, которые наблюдаются в агрегатным состоянием жидкости, но, тем не менее, имеют некоторый порядок: не трехмерный, а двумерный или какой-то другой выраженный порядок.
Первое сообщение о необычном состоянии вещества - о жидкокристаллическом состоянии вещества, тогда, правда, этого термина не было, - упоминается в 1888 году. По некоторым другим данным, такое необычное состояние вещества фиксировалось и в 1850 году, но принято считать, что в 1888 году Фридрих Рейницер, австрийский ученый, исследовал вещество холестерилбензоат – и обнаружил, что при нагревании до 145° кристаллическая фаза (белый порошок) переходит в странную мутную жидкость, а при дальнейшем нагревании до 179° наблюдается переход в обычную прозрачную жидкость В 1888 году Рейницер написал, что существуют кристаллы, мягкость которых такова, что позволяет назвать их жидкими, затем Леман написал статью о текучих кристаллах, фактически он придумал термин жидкие кристаллы. Важный исторический эпизод: в 20-30-х годах советский физик Фредерикс изучал влияние различных полей магнитного и электрического на оптические свойства жидких кристаллов, и он обнаружил важную вещь, что ориентация молекул в жидких кристаллах очень легко меняется под действием внешних полей, причем поля эти очень слабые и изменения очень быстрые. С конца 60-х годов начался бум изучения жидкокристаллических систем, жидкокристаллических фаз, и он связан с тем, что научились их использовать. Вначале для систем отображения информации в обычных электронных цифровых часах, затем - в калькуляторах, а с появлением компьютерной техники стало понятно, что жидкие кристаллы можно активно использовать для изготовления дисплеев. Естественно, такой технологический скачок стимулировал изучение жидких кристаллов.
Прошло фактически 80 лет после открытия жидких кристаллов, пока их научились использовать.
Каждый из нас носит с собой небольшое количество жидких кристаллов, потому что все мониторы мобильных телефонов на жидких кристаллах, уже не говорим о мониторах компьютеров, о дисплеях, о телевизионных мониторах, и серьезной конкуренции со стороны плазменных мониторов и мониторов на светодиодах в общем-то нет. Жидкие кристаллы стабильны, не требуется большого напряжения для переключения картинки – это очень важно.
В жидких кристаллах наблюдается, так называемая анизотропия свойств, то есть это неодинаковость свойств по различным направлениям в среде, низкая вязкость или текучесть, существует возможность создать какое-то оптическое устройство, которое бы переключалось, реагировало с характерным временем переключения миллисекунды или даже микросекунды - это когда глаз не замечает скорости этого изменения, поэтому и возможно существование ЖК-дисплеев и телевизионных дисплеев, и очень высокая чувствительность к внешним полям.
Слово предоставляется искусствоведу.
Презентация №5 «Получение и применение кристаллов»
Великолепие кристаллов издавна вдохновляет людей на создание красивейших ювелирных украшений и декоративных изделий. И хотя большая часть земной коры находится в кристаллическом состоянии, великая лаборатория – природа – уже не может удовлетворить наш спрос. С давних пор человек мечтал синтезировать камни, столь же драгоценные, как и встречающиеся в природе. До 20 века такие попытки были безуспешны.
Первыми получили искусственные рубины и сапфиры в 1902 году, затем изумруды, и в 1955 году получили искусственные алмазы. Искусственные кристаллы получили название фианиты.
По физическим свойствам и химической формуле искусственно полученные бриллианты не отличаются от природных. Такой камень можно распознать без специального оборудования, довольно лупы и некоторый опыт: камень тотчас выдадут металлические вкрапления на поверхности и желтоватые грани. Зная, что синтетические бриллианты обладают повышенными магнитными свойствами, можно также отличить искусственный камень от натурального, проведя под ним магнитом: искусственный бриллиант начнет двигаться за магнитом.
Бриллианты состоят из кристаллического углерода, следовательно, можно искусственно получить данные камни, кроме того, что научно-технический прогресс не стоит на месте, Для получения искусственных бриллиатов их нагревают до высокой температуры, а после этого сжимают под высоким давлением. Кристаллы после этого обрабатывают и получают бриллианты, которые после этого используют в ювелирных изделиях.
Еще 1 способ создания искусственного бриллианта – прессование бриллиантовой пыли, которая образуется в итоге обработки и огранки алмазов. Такие бриллианты чрезвычайно недолговечны: их можно разбить как стекло.
Первичная проверка понимания.
Сейчас вам предстоит ответить на вопросы теста и заполнить бланк ответов на листочках.
Тест.
1. Найдите соответствие между агрегатным состоянием вещества и расстоянием между молекулами.
1) газообразное; а) молекулы расположены упорядоченно, вплотную друг к другу;
2) твердое; б) расстояние во много раз больше размеров молекул;
3) жидкое; в) расположены беспорядочно друг возле друга.
2. Какие свойства, указанные ниже, относятся к твердым телам:
А) занимают весь предоставленный объем.
Б) имеют определенную форму.
В) сохраняют свой объем.
Г) легко сжимаемы.
3. Закончите предложение.
«Зависимость физических свойств от направления внутри кристалла называется ……….»
4. Найдите соответствие между твердыми телами и кристаллами.
1) монокристаллы; А) одиночные кристаллы;
2) поликристаллы; Б) большое число маленьких кристалликов.
5. Найдите соответствие между веществом и его состоянием.
1) крупинка соли; а) поликристаллическое состояние;
2) смола; б) монокристаллическое состояние;
3) кусочек сахара-рафинада; в) аморфное состояние.
6. Найдите соответствие между телами и температурой плавления:
1) кристаллические тела; а) определенной температуры плавления нет;
2) аморфные тела; б) температура плавления постоянная.

Взаимопроверка.
Итог урока.
Рефлексия урока: На бланках ответов у вас имеется лист рефлексии. Прочитайте и оцените ваше эмоциональное настроение в начале и в конце урока. Итак, поднимите руки те, кто в конце урока имеет позитивное настроение.
Домашнее задание. §8.1, составить сравнительную характеристику физических свойств кристаллических и аморфных тел.