Методическая разработка урока по физике Основные положения МКТ и их опытное обоснование

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА
учебного занятия
по учебному предмету «Физика»
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ И ИХ ОПЫТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ
Разработчик: НИКОЛАЕНКО Наталья Валерьевна,
преподаватель высшей квалификационной категории

Тема учебного занятия: Основные положения молекулярно-кинетической теории и их опытное обоснование
Образовательные цели: организация деятельности студентов по самостоятельному изучению основных положений МКТ, раскрытию значения МКТ, установления характера зависимости сил притяжения и отталкивания от расстояния между молекулами.
Развивающие цели: развитие познавательной активности, памяти, внимания, логического мышления, речи, наблюдательности, самостоятельности, умения извлекать информацию и делать выводы, формирование навыков самоооценки, навыков работы в группе.
Воспитательные цели: воспитание культуры общения, интереса к изучению физики, ответственного отношения к групповой деятельности.
Формируемые компетенции:
1) учебно-познавательные компетенции:
- умение логически мыслить;
- умение планировать учебную деятельность с целью достижения прогнозируемого результата;
- осуществление анализа собственной деятельности, способность к самооценке и рефлексии;
- выдвижение гипотез при решении учебно-познавательных проблем;
2) коммуникативные компетенции:
- умение работать в группе, выполнять ролевые функции в команде;
- умение представлять результаты своей работы в различных формах;
- владение различными видами речевой деятельности (монолог, диалог);
3) информационные компетенции:
- поиск, анализ и отбор необходимой информации, её преобразование, сохранение и передача;
- владение современными информационными технологиями;
- владение навыками работы с различными источниками информации;
- умение ориентироваться в информационных потоках, уметь выделять в них главное, необходимое.
Тип учебного занятия: изучение нового материала.
Методы и приемы обучения: работа в малых группах, проектная деятельность, частично поисковый (эвристический) метод.
Оборудование: интерактивная доска, компьютер, мультимедийный проектор, тестовые задания, кюветы 6 шт., пружина, ластик, колба, фенолфталеин, аммиак, марганцовка.Структура учебного занятия:
1. Организационный этап.2 мин.
Постановка цели урока.
Мотивация учебной деятельности.
2. Презентация проекта «Строение веществ»8 мин.
3. Представление проекта «Диффузия»10 мин.
4. Представление проекта «Броуновское движение»8 мин.
5. Презентация проекта «Взаимодействие молекул»10 мин.
6. Контроль знаний15 мин.
Заполнение таблицы
Тест по теме «Основные положения МКТ»
Самоконтроль
7. Подведение итогов5 мин.
Рефлексивная оценка учебной деятельности
8. Домашнее задание. Инструктирование по выполнению
домашнего задания.2 мин.
Ход учебного занятия
Организационный этап
На предыдущих занятиях мы изучали движение тел, характер взаимодействия тел, законы сохранения энергии и импульса, но мы не могли объяснить: почему существуют твердые, жидкие и газообразные тела и почему эти тела могут переходить из одного состояния в другое. Вы попытаетесь ответить на эти вопросы при изучении молекулярной физики.
Демонстрация видеоролика с историей создания атомистической гипотезы.
Вы на уроке должны подтвердить справедливость этой гипотезы:
Все тела состоят из частиц (молекул, атомов)
Частицы находятся в беспрерывном и хаотичном движении
Частицы взаимодействуют - притягиваются и отталкиваются
Эти утверждения называются основными положениями молекулярно-кинетической теории. 8 студентов работали в парах, создавая проекты, в которых будут подтверждать эти гипотезы. Задание они получили неделю назад. Остальные студенты будут внимательно их слушать и записывать конспект по опорной схеме, а также задавать вопросы, на которые могут отвечать все участники проекта.
Презентация проекта «Строение веществ»
Цели и задачи этого проекта:
- привести опыты и наблюдения, подтверждающие, что все вещества состоят из молекул и атомов;
- дать краткую историческую справку по атомистической гипотизе;
- оценить размеры молекул.
Предлагаются наблюдения:
А) Мы пишем на доске мелом, при этом на ней остаются небольшие частицы мела.
Б) В воду добавляем марганцовку. Что вы видите? (Окрашивание воды, т.е. частица марганцовки делится на более мелкие частицы)
В) Мы предлагаем вам посмотреть опыт (видео «Уменьшение объема при смешивании воды и спирта»). Почему объем стал меньше?
Итак, молекулы спирта крупнее молекул воды. Поэтому при смешивании жидкостей их частицы перемешиваются, и более мелкие частицы воды размещаются в промежутках между более крупными частицами спирта. Заполнение этих промежутков и способствует уменьшению общего объема веществ.
Можно сделать вывод, что все вещества состоят из частиц и между ними имеются промежутки.
Что же это за частицы? Как определить их размеры, массу?
Для определения размеров молекул в начале XX века английский физик Джон Уильям Стреттом, лорд Рэлей предложил на поверхность воды поместить каплю масла. Масло стало растекаться, образуя пленку. По мере растекания масла пленка становилась все тоньше и тоньше. Через некоторое время растекание прекратилось. Рэлей предположил, что это произошло, когда все молекулы масла образовали пленку толщиной в одну молекулу. Ее диаметр приблизительно равен , расчет представлен на слайде.
Как мы увидели, размеры молекул очень малы и увидеть невооруженным глазом их нельзя. Однако в середине ХХ века удалось создать электронные микроскопы, они представлены на слайде. Они позволили наблюдать и фотографировать изображения атомарных структур, на слайде представлены фотографии.
На основании всего сказанного можно сделать вывод: все тела состоят из мельчайших частиц – молекул, атомов, в состав которых входят еще более мелкие элементарные частицы (электроны, протоны и нейтроны). Между атомами и молекулами есть промежутки.
Доказательства:
Механическое дробление
Растворение вещества
Преподаватель: Какие вопросы у вас возникли?
Мы подтвердили, что все вещества состоят из частиц – молекул и атомов. Второе положение гласит, что атомы и молекулы находятся в беспрерывном, хаотичном движении.
Представление проекта «Диффузия»
Цели и задачи:
Знать, что такое диффузия.
Понять процессы соединения веществ.
Ставить опыты.
Узнать, где и когда проявляется диффузия в окружающем мире и в технике.
Улучшить знания, в области химии и физики.
Летом при ремонте дорог асфальт разогревают. Почему запах разогретого асфальта ощущается издалека?
Ответ студентов: частички асфальта проникают в воздух и двигаются среди молекул воздуха, причем воздух нагрет различно и создаются движение потоков.
Фенолфталеином – вещество, которое при соединении с аммиаком окрашивается в сиреневый цвет (демонстрируют сначала на бумаге, смоченной фенолфталеином, реакцию с аммиаком). Мы проведем следующий опыт: в колбу поместим листочки бумаги, смоченные фенолфталеином, затем опускаем вату, смоченную аммиаком. Что мы наблюдаем?
Ответ студентов: листочки окрасились.
Какой можно сделать вывод?
Ответ студентов: молекулы аммиака переместились в колбе и вступили в реакцию с фенолфталеином.
Вы почувствовали, что когда открыли пузырек с аммиаком, то запах распространился по всему кабинету. Когда мы используем освежитель воздуха, то чувствуем распространение запаха.
Это явление называется диффузией.
Диффузия – это явление самопроизвольного проникновения одного вещества в другое, обусловленное тепловым движением молекул.
Может ли возникать диффузия в жидкостях? Ответы студентов
Твердых телах? Попробуйте привести примеры?
Ответ студентов: испаряется лед, когда сушится белье на морозе; краски растворяются в воде.
Мы предлагаем вам провести опыт.
У вас на столах два стакана с холодной и горячей водой, опускаем в них по кристаллу марганцовки. Что вы видите?
Ответ студентов: пятно в горячей воде больше, чем в холодной.
Какой можно сделать вывод?
Ответ студентов: наблюдаем явление диффузии и чем выше температура, тем больше скорость диффузии.
Существуют различные способы соединения поверхностей. Один из которых пайка. Например, существует метод спайки Лучихина. Он состоит в следующем: спаиваемые стальные поверхности зачищают, кладут между ними тонкую медную фольгу и нагревают в электрической печи в течение 30 минут при температуре 1080° С. Прочность спая при этом значительно больше прочности обычной медной пайки. Почему?
Ответ студентов: расплавленная медь диффундирует в поверхностные слои спаиваемых деталей. Чем выше температура, и чем больше времени продолжается диффузия, тем глубже атомы меди проникают в поверхностный слой. Спай приобретает большую прочность.
Диффузия играет большую роль в природе и технике. В природе благодаря диффузии, например, осуществляется питание растений из почвы. Организм человека и животных всасывает через стенки пищеварительного тракта питательные вещества. Например, поверхностный слой металлических изделий насыщается углеродом. Как вы думаете за чем? (увеличения прочности) Этот процесс называется цементация.
Итак, можно сделать выводы: частицы вещества непрерывно и беспорядочно движутся. Доказательством служит явление диффузии. Диффузия наблюдается в твердых телах, жидкостях и газах. С увеличением температуры скорость диффузии увеличивается.
Преподаватель: Спасибо. Какие вопросы?
Вопрос: В каких веществах скорость диффузии больше?
Ответ: Диффузию в газах можно обнаружить, если, например, сосуд с пахучим газом открыть в помещении. Через некоторое время газ распространится по всему помещению.
Диффузия в жидкостях происходит значительно медленнее, чем в газах. Например, если в стакан с водой бросить кусочек сахара, то он не сразу будет растворяться.
Диффузия в твердых телах происходит еще медленнее, чем в жидкостях (от нескольких часов до нескольких лет). Она может наблюдаться только в хорошо отшлифованных телах, когда расстояния между поверхностями отшлифованных тел близки к межмолекулярному расстоянию. При этом скорость диффузии увеличивается при повышении температуры и давления.
Представление проекта «Броуновское движение»
Цели и задачи:
- выяснить, как было открыто это явление и его суть;
- привести примеры броуновского движения.
В 1827 году английский ботаник Роберт Броун рассматривал в микроскоп взвешенные в воде споры плауна и обнаружил, что они без видимых на то причин скачкообразно двигались. Броун наблюдал это движение несколько дней, однако так и не смог дождаться его прекращения. Впоследствии это движение было названо броуновским (демонстрация видео).
Как вы думаете, в чем причина броуновского движения?
Ответ студентов: объяснить это явление можно, если предположить, что молекулы воды находятся в постоянном, никогда не прекращающемся движении. Они беспорядочно сталкиваются друг с другом. Наталкиваясь на споры, молекулы вызывают их скачкообразное перемещение. Количество ударов молекул о спору с разных сторон не всегда одинаково. Под действием «перевеса» удара с какой-нибудь стороны, спора будет перескакивать с места на место.
Мы хотим продемонстрировать модель броуновского движения (видео).
Для броуновского движения характерно следующее:
броуновские частицы совершают непрерывное хаотическое движение, интенсивность которого зависит от температуры и от размеров броуновской частицы;
траектория движения броуновской частицы очень сложная, не зависит от природы вещества частиц и внешних условий.
броуновское движение наблюдается в жидкостях и газах.
Можно сделать вывод, что броуновское движение является доказательством второго положения МКТ.
Преподаватель: Спасибо. Какие будут вопросы?
Вопрос: Сможете ли вы привести примеры броуновского движения в газах?
Ответ: например, исчезновение дыма в воздухе. Частицы дыма участвуют в броуновском движении и удаляются друг от друга. Объем занимаемый дымом увеличивается, а плотность дыма уменьшается. Частички пыли в лучах солнца.
Презентация проекта «Взаимодействие молекул»
Цели и задачи проекта:
- с помощью опытов доказать, что частицы взаимодействуют;
- исследовать зависимость сил взаимодействия двух молекул от расстояния между ними.
Попробуйте ответить на такие вопросы: почему листы стекла при транспортировке прокладывают листами бумаги?
Почему осколки разбитой вазы нельзя сложить вместе?
Мы предлагаем вам посмотреть следующий опыт (демонстрация видео). Почему так происходит?
Из опыта следует, что частицы веществ способны притягиваться друг к другу. Однако это притяжение возникает лишь тогда, когда поверхности тел находятся на очень близком расстоянии. Чтобы отсоединить стекло от поверхности воды прилагаются некоторые усилия. Жидкие и твердые тела очень трудно сжать, так как частицы отталкиваются. Например, чтобы сдавить резиновый ластик, требуется значительная сила. Его гораздо легче изогнуть, чем сдавить. Попробуйте объяснить, для чего поверхности которые нужно соединить, покрывают слоем клея?
-15875491490Притяжение или отталкивание частиц веществ возникает лишь в том случае, если они находятся в непосредственной близости. На расстояниях, чуть больших размеров самих частиц, они притягиваются. На расстояниях, меньших размеров частиц, они отталкиваются.
На рисунке представлена зависимость сил взаимодействия двух молекул от расстояния между ними. Между электронами одной молекулы и атомными ядрами другой действуют силы притяжения, которые условно принято считать отрицательными. Одновременно между электронами молекул и их ядрами действуют силы отталкивания, которые условно считаются положительными.
При приближении молекул друг к другу преобладают силы отталкивания. При увеличении расстояния между молекулами силы притяжения сначала увеличиваются, затем уменьшаются.
Кривая, характеризующая силу взаимодействия, позволяет дать качественное объяснение появления силы упругости при сжатии и растяжении тел. При сжатии пружины происходит сближении частиц. На расстоянии меньше r0 возникает сила, препятствующая сближению частиц и стремящаяся вернуть их в первоначальное положение. При растяжении пружины происходит удаление частиц друг от друга, начинают действовать силы притяжения между частицами, стремящиеся возвратить частицу в исходное положение.
Можно сделать вывод: частицы притягиваются и отталкиваются. Этим обосновываются явления: склеивания, смачивания и деформации. Силы притяжения и отталкивания действуют одновременно и имеют электромагнитную природу.
Контроль знаний
Преподаватель: Спасибо всем за ваши проекты. Вы хорошо справились с вашим заданием, достаточно полно представили информацию. А теперь задание для групп. Вы должны группой заполнить таблицу, где будет у вас представлена сравнительная характеристика жидких, твердых тел и газов. Вы оформите свои таблицы в конспектах, затем каждая группа предлагает свои варианты. Каждая группа дает ответы по стокам таблицы и на экране появляются правильные ответы.
газ жидкость твердое тело
Расстояние между молекулами
Силы взаимодействия между молекулами
Форма и объем
Мы видим, что то или иное агрегатное состояние вещества определяется расположением, характером движения и взаимодействия молекул. Сейчас, я представляю вам возможность: оценить ваши знания по теме «Основные положения МКТ». Время выполнения тестового задания 5 мин.
Проверим тестовое задание. Правильные ответы указаны на доске. Выставите оценки, согласно критериям, которые указаны на доске.
Подведение итогов
Поднимите руку, кто получил 5 баллов, 4 балла, есть, кто не справился с заданием?
Огромное значение МКТ неоспоримо. В заключении, мне хотелось бы привести слова американского ученого, нобелевского лауреата Ричарда Филлипса Фейнмана: «Если бы в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания оказались уничтоженными и к грядущим поколениям живых существ перешла бы только одна фраза, то какое утверждение, составленное из наименьшего количества слов, принесло бы наибольшую информацию?
Я считаю, что это – атомная гипотеза: все тела состоят из атомов - маленьких телец, которые находятся в беспрерывном движении, притягиваются на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если одно из них плотнее прижать к другому. В одной этой фразе… содержится невероятное количество информации о мире, стоит лишь приложить к ней немного воображения и чуть соображения».
(Из книги «Фейнмановские лекции по физике»)
Интересно узнать, как вы могли бы оценить нашу совместную работу. Предлагаю сделать это так: окончите одну из фраз, которую вы видите на экране.
Сегодня я узнал…
Было интересно…
Было трудно…
Я выполнял задания…
Теперь я могу…
Я научился…
Я смог…
Мне захотелось…
Домашнее задание
Изучить параграфы 1 – 5, стр. 48 вопрос 11 выполнить в тетради, изобразить схему графика зависимости энергии взаимодействия от расстояния между молекулами. Пронаблюдайте, где в домашних условиях используется явление диффузии? От чего зависит скорость диффузии? Как можно ускорить диффузию? Каждый пример запишите в тетради и объясните.