Урок у 10 класі (профільний рівень навчання) "Властивості твердин тіл і рідин"

10 клас, фізико - математичний профіль

Урок складено згідно

• Програми профільного навчання МОН України

• Державного стандарту базової і повної загальної і середньої освіти.

Автор:Вчитель фізики КЗШ№126

Антонова Г.В.

Тема уроку: «Властивості твердих тіл і рідин».

Тип уроку: Урок узагальнення та систематизації знань.

Форма проведення: Урок – диспут(«Фізичні перегони»).

Мета уроку:

1. Дидактична:

• узагальнити та систематизувати знання учнів про властивості рідин і газів;

• сприяти реальному використанню, розвитку та збагаченню власного досвіду учнів та їх уявленню про світ через втілення проектного та кооперативного навчання.

1. Розвивальна:

• розвивати загальні інтелектуальні уміння: порівняння, класифікація, узагальнення, критичність, самостійність, глибина, широта мислення;

• розвивати інтерес до пізнавальної діяльності;

• розвивати політехнічний світогляд школярів, сприяти їх екологічній освіченості;

• розвиток дивергентного мислення;

• розвивати вміння чути та слухати партнера.

1. Виховна:

• підготовка учнів до повноцінної життєдіяльності в умовах інформаційного суспільства;

• виховувати учня – дослідника, формування в нього пізнавальних здібностей, розумових сил й творчих вмінь, вольовий розвиток: спрямованість навчання на вміння долати труднощі, добиватися отримання результату, розвиток працездатності, сприяти формуванню активної, компетентної творчої особистості.

Технології: елементи проектної технології кооперативного навчання, елементи технології

розвивального навчання, елементи нових інформаційних технологій.

Прийоми педагогічної техніки:

• принцип діяльності;

• принцип відкритості;

• принцип науковості;

• принцип доступності;

• принцип свідомості та активності;

• принцип систематичності та послідовності.

Унаочнення: ЕОМ, ППЗ «Віртуальна фізична лабораторія 10-11 кл.», плакати «Біологія людини. Серцево – судинна система» та «Основні етапи ґрунтоутворення».

Обладнання: фільтрувальний папір, лінійка, скляний бокал з водою, монети цінністю 1, 2, 5 коп., соломинка, мильний розчин, свіча, психрометр, 2 скляні пластинки, посудина з водою, дріт, набір тягарців, скляна і слюдяна пластинки вкриті шаром парафіну, цвях, сухий спирт, лампа розжарювання, скляна банка на 0,25 л, 3 стаканчика калориметрів, аркуш паперу, парафінова кулька, миючий засіб, сито.

Хід уроку:

1. Організаційний момент.

Учитель знайомить учнів з темою, метою уроку, місцем у розділі «Молекулярна фізика», задачами, які ставляться перед учнями на уроці. Вчитель пропонує учням розділити аркуш зошиту на 2 колонки і озаглавити їх: «Знаю, вмію» і «Дізнався, навчився».

Епіграфом до уроку є слова філософа Квінтімана(30-60 р.р. до н.е.)

«Роздум людини

Розвивається самостійно у дії»

Форма проведення уроку – «фізичні перегони».

Наші правила:

1. Поважайте своїх опонентів (тих, хто висловлює думку, відмінну від вашої).

2. Уважно вислуховуйте інших, не перебивайте.

3. Намагайтеся знайти в аргументах опонента слабкі місця, а знайшовши, використовуйте їх при доведенні власної думки.

4. Продумуйте свій виступ, чітко визначайте аргументи, докази своєї правоти.

5. Будьте готові погодитися з аргументами чи переконаннями опонентів, якщо вони переконливі.

В них приймають участь 2 партії:

1. – «Рідини»

2. – «Тверді тіла»

Слово представникам цих партій.

1. Актуалізація опорних знань:

Кожна команда представляє властивості відповідно рідин, твердих тіл, що є її передвиборною програмою(діти виступають з власними проектами).

Команда «Рідини» . У нас є прибічники:

Аморфні тіла – їх можна вважати переохолодженими рідинами. До них

відносяться, наприклад, кварц( SiO₂) – він може бути в кристалічній і аморфній

формі( кремнезем). Вони відрізняються від рідин лише меншими середніми

відстанями між молекулами і в зв’язку з цим більшими силами

міжмолекулярного притягання.

Команда «Тверді тіла» . Але аморфний стан речовин нестійкий: через певний час аморфна

речовина переходить у кристалічну.

Команда «Рідини». Відомо, що деякі органічні речовини, молекули яких мають ниткоподібну

форму, або форму плоских пластин, можуть перебувати в особливому стані,

маючи одночасно властивості анізотропії і текучості. Це – рідкі кристали. Вони

текучі і утворюють краплі.

Команда «Тверді тіла». Вони мають впорядковану орієнтацію молекул в 1 напрямі, тому

характеризують анізотропію фізичних властивостей поверхневого натягу,

електропровідності, тощо.

Команда «Рідини». За механічними властивостями вони нагадують рідини, в’язкість яких

коливається від рідкого клею до «твердого» скла.

Команда «Тверді тіла». Рідкі кристали існують в певному інтервалі температур, різному для різних

речовин, охолоджуючись вони стають твердими тілами.

1. Узагальнення та систематизація знань.

«Дебати».

1. Блок партії «Рідини»:(висуває звинувачення блоку партії «Тверді тіла»)

«Ви недосконалі, оскільки всім твердим тілам характерна деформація.»

Команда «Тверді тіла» представляє проект «Деформація. Шляхи її усунення»

1. Блок партії «Тверді тіла»: відомо, що по капілярним каналам в стінках будівель піднімається ґрунтова вода і руйнує будівлі. Як ви це поясните?

Команда «Рідини» представляє проект «Змочування в природі й техніці й капілярні явища.»

Слово надається «Промисловцям». Вони розкривають «Явище змочування у побуті, природі, техніці».

Я, представник легкої промисловості. Якщо потрібно водонепроникнені тканини, їх просочують речовиною, молекули якої взаємодіють з молекулами води слабше, ніж молекули одна з одною.

Я, представник хімічної промисловості. Для домогосподарок ми пропонуємо мило, пральний порошок і інші речовини, молекули яких взаємодіють з тканиною сильніше, ніж молекули води одна з одною.

Явище змочування має велике значення під час склеювання, паяння, фарбування тіл, змащення тертьових поверхонь.

Шановні юні фізики – науковці. Як ви вважаєте, чому тонкий шар клею тримає склеєні дерев’яні поверхні краще, ніж товстий?

(клей дуже добре прилипає до дерев’яних поверхонь, завдяки вбиранню його у капіляри дерева. При затвердінні клей зменшується в об’ємі. У цей час зчеплення частинок клею між собою слабше, ніж зчеплення цього з деревом. Якщо нанести товстим шаром, в ньому утворюються порожнини і щілини.)

Я, представник гірничої промисловості. Явище змочування широко застосовується у флотаційних процесах. В основу цих процесів покладені явища зміни сили поверхневого натягу рідини різними домішками і не однакове змочування нею різних твердих тіл. (Учень детально розповідає, як відбувається збагачення руд цінною породою).

Для вирішення всіх проблем в наших партіях є міцна, дієва команда науковців: теоретиків, експериментаторів, практиків. Їм слово. (Під час дебатів проблеми висувають як ведучій так і представники команд одна одній).

Проблема №1

1. Для одержання мисливського дробу тонкі струмені розплавленого свинцю виливають з високої вежі у воду. На поверхню води падають уже затверділі круглі дробинки. Поясніть, на чому засновується це метод?

Відповідь: в стані невагомості перебувають крапельки при падінні, а в такому стані краплі будь-якої рідини приймають сферичну форму.

Проблема №2

1. Чому розпушування ґрунту сприяє збереженню в ньому вологи?

Відповідь: руйнуються капіляри, через які вода може підніматись на поверхню і

випаровуватися.

Проблема №3

1. Чому найчастіше при кристалізації рідини виходить полікристал? При якій умові кристалізація приводить до утворення монокристала?

Відповідь: монокристал утворюється при наявності 1 центра кристалізації.

Проблема №4( команда «Рідин» висуває команді «Твердих тіл»).

1. У багатьох конструкціях заміна суцільних стержнів на трубки дозволяє заощадити матеріали і полегшити конструкцію без зменшення її міцності. Наша партія пропонує: чому б не замінити тонкостінними трубками суцільні колони, палі, трос ліфта?

Відповідь: указані тіла зазнають деформацію розтягу або стискання, а не вигину)

Проблема №5( команда «Твердих тіл» висуває команді «Рідин»)

1. Нас попрохали замінити шибки в стародавніх соборах, що простояли більше 100 років, мотивуючі тим, що вони виявилися товстішими внизу ніж угорі. Чому?

Відповідь: скло повільно стікає вниз, бо аморфні тіла поводяться як дуже в’язкі рідини)

Проблема №6

1. При якій довжині алюмінієвий дріт, підвішений вертикально, рветься під власною вагою?

Дано:

ρал.=2,7*103 кг/м3 σал.=108 Па g=10 м/с2

ι - ?

Відповідь: ι=3,7 км.

Проблема №7

1. На поверхні води плаває дрібна деревна тирса. Як вона поведеться, якщо торкнутися поверхні води шматочком мила? Цукру?Поверхневий натягу розчину цукру більший, ніж у чистої води.

Відповідь: тирса буде розбігатися від шматочка мила і збігатися до шматочка цукру.

Проблема №8

1. Космонавт стані невагомості відкриває 2 скляні пробірки: одну з гасом, іншу з ртуттю. Як поведуть себе рідини?

Відповідь: гас буде обволікати пробірку зсередини і ззовні, ртуть збереться в краплю.

Проблема №9

1. Яку з цих двох склянок ретельно вимили миючим засобом?

Відповідь: відповідь – 1

Проблема №10(команда «Рідин» висуває команді «Твердих тіл»)

1. Пропонуємо до вашої уваги логічний ланцюг наших міркувань. Прохаємо відтворити його:

Проблема №11( команда «Твердих тіл» висуває команді «Рідин»).

1. На малюнку чотири однакові скляні капіляри, опущені в різні рідини. У посудині а) перебуває вода. В якій із посудин спирт, а в якій мильний розчин?

а) б) в) г)

Відповідь: б)мильний розчин,в)спирт

Проблема№12(експеримент, діти самостійно повинні підібрати обладнання для нього).

1. Оцініть товщину капілярів у фільтрувальному папері, проробивши експеримент.

Відповідь:

Проблема №13

1. У скляній капілярній трубці вода на Землі піднімається на висоту h₁=1cм. На яку висоту підніметься вода в тій самій трубці на Місяці, де прискорення вільного падіння g=1,6 м/с²?

Відповідь:

Проблема №14(експеримент, запропонований командою «Рідин»).

1. «Найкраща шкатулка» або «пожадливий бокал»

Поставити скляний бокал і наповнити до країв водою. Обережно опускають у воду монети 1,2,5 копійкові, вода з бокала не виливається!

Відповідь: причина: поверхневий натяг рідини.

Проблема №15

1. Відомий вислів «як мокра курка». Чому немає вислову «як мокра гуска?»

Проблема №16

1. Чи можна за призначенням використовувати промокальний папір у стані невагомості?

Проблема №17

1. Якщо грудочку цукру покласти на мокру губку, то вона намокає. А якщо на вологу грудочку цукру покласти суху губку то вона залишається суха. Чому?

Проблема №18(експеримент, запропонований командою «Твердих тіл»).

1. На одному кінці соломинки видули мильну бульбашку і піднесли другий її кінець до полум’я свічі. Чому полум’я свічі буде відхилятися при цьому у бік?

Відповідь: сила поверхневого натягу мильної бульбашки буде діяти всередину соломинки і створювати тиск. Сила цього тиску і є причиною відхилення полум’я.

Проблема №19( команда «Тверді тіла» - «Рідинам»).

1. Резервуар одного з 2-х термометрів психометра обмотано тканиною, кінець якої опущено в сосуд з водою. Чому, незважаючи на неперервні випаровування води тканина весь час волога?

Відповідь: внаслідок капілярного піднімання води по тканині.

Проблема №20( експеримент).

1. На яку висоту підніметься змочуючи рідина між двома паралельними вертикальними пластинами, краї яких опущено в рідину?Який тиск під поверхнею рідини? Густина рідини ρ, поверхневий натяг σ, відстань між пластинками d.

Відповідь: .

Проблема №21

1. Порівняти висоти підняття води і гасу в капілярах рівного радіусу.

Відповідь:

Проблема №22

1. Якого виду деформації відчувають:

1. Ніжка стула;

б) Сидіння скамейки;

в) Натягнута струна гітари;

г) Гвинт м’ясорубки;

д) Свердло;

е) Зуб’я пилки.

Відповідь: а) стиск; б) вигін; в) розтягнення; г) крутіння; д) крутіння і стиск; е) зсув.

Проблема №23

1. Дві проволоки, діаметри яких відрізняються в 3 рази, підвернені дії однакових розтягуючи сил. Порівняти виникаючі в них напруги.

Відповідь:

Проблема №24

1. У скільки разів відносне видовження риболовної ліски діаметром 0,2 мм більше ніж ліски діаметром 0,4 мм, якщо до кінців кожної з них прикладені однакові сили.

Відповідь: ε₁=4ε₂.

Проблема №25

1. До проволоки було підвішено тягарець. Потім проволоку зігнули навпіл і підвісили той же тягарець. Порівняти абсолютне і відносне видовження проволоки в обох випадках(експериментально, а потім підтвердити розрахунками).

Проблема №26

1. До проволоки підвішено тягарець масою m₁, довжина проволоки ι₁, якщо масу тягарця збільшити до m₂, довжина буде дорівнювати ι₂. Знайти довжину проволоки ι₀ без навантаження.

Розв’язування:

, , ,

,

Проблема №27

1. Щоб підвищити стійкість залізобетонних конструкцій проти утворення тріщин, їх виготовляють з напруженої арматури: стальну дротину каркасу спочатку розтягують, а потім заливають бетоном. Пояснити, чому такі конструкції з напруженою арматурою мають підвищену механічну міцність?

Відповідь: при твердненні бетону відбувається зчеплення розтягнутої арматури з бетоном і бетон виявляється стиснутим, а це підвищує стійкість напруженої залізобетонної конструкції проти утворення тріщин.

Проблема №28

1. Люстра масою 250 кг підвішена за допомогою прутка з алюмінію з межею міцності 0,11 ГПА. Якою повинна бути площа поперечного перерізу прутка при запасі міцності 4. Яка відносна деформація прутка?

Розв’язання:

Дано:

m=250кг σм=0,11ГПА n=4

ε-?, S-?

Площа поперечного перерізу прутка має бути такою, щоб у разі підняття вантажу m=205 кг напруга в тросі не перевищувала , тоді

м²

Відповідь:

Проблема №29

1. Дріт розтягується під дією підвішеного вантажу. Оцінити яка частина втраченої вантажем потенціальної енергії переходить при цьому в потенціальну енергію розтягнутого дроту.

Розв’язання

Дано:

m – маса вантажу k	, , Потенціальна енергія вантажу зменшується на: тоді потенціальна енергія розтягнутого дроту:

Відповідь: Половина втраченої вантажем потенціальної енергії переходить у потенціальну енергію розтягнутого дроту. А інша половина? Інша половина втраченої вантажем енергії переходить у внутрішню. Наприклад, при загасанні виникаючих коливань вантажу.

Проблема №30

1. Чому трос із 100 дротів витримує більший вантаж, ніж просто «пучок» таких же дротів?

Відповідь: У «пучку» навантаження ніколи не розподіляється між усіма дротами порівну( ті, довжина яких трохи більша, ніж у інших зовсім не розтягуються). Тому спочатку може порватися дріт, на який припадає найбільше навантаження, потім прийде черга наступного дроту і т. д. У тросі між дротами діє велика сила тертя, усі дроти розтягуються практично однаково і навантаження розподіляється між ними порівну.

Проблема №31

1. Плуг зв’язано з трактором залізною тягою, довжина якої 1м і поперечний переріз 10 см². Визначити видовження тяги під час оранки, вважаючи, що опір ґрунту рухові плуга дорівнює . Модуль Юнга для заліза .

Відповідь:

Домашній експеримент

Кожній команді було дано домашнє завдання: підібрати обладнання і продемонструвати деякі властивості твердих тіл і рідин.

Партія «Тверді тіла» представила такі експерименти:

1. Слюдяну і скляну пластинки покрито тонким шаром парафіну і доторкаються до них однаково нагрітими цвяхами. Поверхня розплавленого парафіну має на слюді форму еліпса, а на склі – круга. Це свідчить про те, що на відміну від скла(аморфне тіло) слюда(кристал) має різну теплопровідність в різних напрямках. (цей дослід демонструє анізотропію теплових властивостей монокристалів).

2. «Надміцна лампа». Взяти звичайну лампу розжарювання і скляну банку на 0,25л, розмістити на підлозі біля столу банку з лампою. Поставити на лампу ногу. Тримаючись за стіл руками повільно перенести вагу тіла на лампу. Підтримуючи рівновагу тіла, відірвати іншу ногу від підлоги і руки від стола. Людина стоїть на лампі, скло якої завтовшки 0,3мм. Увага техніка безпеки! Пояснення: Вся оболонка лампочки, рух якої обмежений в горизонтальному напрямку перебуває під дією деформації стискування. Відстань між молекулами на будь – якій ділянці стає меншою, що приводе до збільшення міцності матеріалу і конструкції. Лампа — кулеподібної форми. Такі форми мають здатність розподіляти діючу силу по великій поверхні, тому витримують значні тиски і навантаження. Саме тому батискафи, камери підвищеного тиску мають кулясту форму.

3. Звичайний аркуш паперу учнівського зошита, покладений на два стаканчики від калориметрів, прогинається і падає якщо на нього поставити третій стаканчик. Але, якщо зробити з аркуша «гармошку» і дослід повторити, ця конструкція буде стояти. Пояснення: коли з аркуша паперу зробити «гармошку», в нього з’являться ребра жорсткості, які значно збільшують міцність і жорсткість конструкції. З появою ребер аркуш зазнає не тільки деформації згину, а й стискання і розтягу. Папір перебуває у напруженому стані, що значно збільшує його міцність.

Партія «Рідини» представляє:

1. «Парафінова кулька». Парафінову кульку діаметром 4 см, в яку вставлено декілька маленьких залізних цвяхів так, щоб середня густина кульки була трохи більшою за густину води, обережно кладуть на воду і вона плаває. Якщо ж в воді розчинити трохи миючого засобу вона тоне.

2. На дно сита кладуть фільтрувальну бумагу і наливають води – вода тримається в ситі. Потім по середині в дно ткнути пальцем, вода починає литися в цьому місці.

Пояснення обох дослідів – поверхневий натяг рідини.

Фізики – лірики

Підсумок

Вчитель оголошує результати роботи команд і аналізує рівень досягнення завдань та мети уроку.

Екран результативності роботи команди

Етапи роботи	Науковість	Актуальність та повнота розкриття	Елементи творчості	Якість оформлення	Всього
Передвиборча програма (інформаційні проекти)
Творче завдання: «Спростуй думку опонента»
«Дебати». Взаємоопитування «Як ви поясните…»
«Дебати» Практичний блок. «Я знаю, вмію, зроблю» Експериментальний блок. «Це цікаво…»				-
Захист домашніх творчих експериментальних проектів Фізики - лірики

Домашнє завдання

Кожна команда підготувала команді – опоненту різноаспектний блок завдань для домашнього опрацювання по представленій нею темі.

Команда «Тверді тіла» - команді «Рідин»:

1. Встанови структурні зв’язки:

   Рідини Гази Тверді тіла

   Кристалічна структура. Не зберігає ні форми, ні об’єму. Певна температура плавлення, незмінна для сталого тиску. Займає весь об’єм посудини Анізотропія Капілярність Зберігає форму і об’єм Поверхневий натяг Міцність Деформація Текучість

2. Поясни: Яка різниця в будові крупинки цукрового піску і куску цукру – рафінаду?

3. Поміркуй: Як легше стругати дошку: вздовж волокон чи впоперек? Чому?

4. Досліди: Ріст кристалів солі.

5. Розв’яжи:

1. Границя міцності цегли на стиск . Яку максимальну висоту може мати циліндрична колона з цегли при запасі міцності 8?

2. Ліфт масою 800 кг піднімається з прискоренням 1,2 м/с² на сталевому тросі. Скільки дротів з площею поперечного перерізу 1 мм² потрібно для виготовлення цього тросу, якщо запас міцності дорівнює 10?

1. Доведи: найчастіше при кристалізації рідини виходить полікристал. Чому? При якій умові кристалізація призводить до утворення монокристалу?

2. Оціни: чи витримає мідний дріт із площею поперечного перерізу 2 мм² вантаж масою 20 кг.

Команда «Рідини» - команді «Тверді тіла»:

1. Встанови, що стверджують досліди:

1. Плавання мідної спіралі на поверхні рідини.

2. Форма дрібних капель незмочоючої рідини

1. Вибери із запропонованих властивостей рідин і доповни їх:

1. Молекули практично щільно упаковані

2. Легко стискається

3. Не зберігає об’єму

4. Зберігає об’єм, але не зберігає форми

…

1. Поміркуй: чи можливо капіляр використовувати для визначення коефіцієнту поверхневого натягу? Як?

2. Досліди: знайди масу краплі води, що витикає з піпетки в момент обриву, якщо діаметр отвору піпетки рівний 1,2 мм. Вважати, що діаметр шийки краплі дорівнює діаметру отвору піпетки.

3. Розв’яжи:

1. внутрішній діаметр правого і лівого колін U – подібної трубки рівні 0,8мм і 0,4мм. Яка різниця рівнів налитої в трубку води?

2. В капілярах піщаних ґрунтів при температурі 20 градусів вода піднімається на висоту 1,5 м. Чому дорівнює діаметр ґрунтових капілярів?

1. Оціни: максимальний розмір крапель води, що можуть висіти на стелі.

2. Склади проект «Рідини навколо тебе» або «Значення води в житті».

Завдання учасникам «Фізичних перегон»: скласти правила безпеки вашого життя у школі, вдома, тощо, з врахуванням отриманих знань з теми: «Властивості рідин і твердих тіл».