Geum.ru

Кристаллические и аморфные тела.(Урок физики в 10 классе) Цель урока

Вид материалаУрок

Содержание


Ход урока
Изложение нового материала: (
1)Внешняя правильная геометрическая форма. (модели) 2
Шапка алтабасная.
Подобный материал:
Кристаллические и аморфные тела.(Урок физики в 10 классе)

Цель урока: Раскрыть основные свойства кристаллических и аморфных тел. Познакомить учащихся с правильной формой кристаллов и со свойством анизотропии, методом моделирования в изучении свойств кристаллов.

С целью политехнического образования показать значение физики твёрдого тела для народного хозяйства.

Оборудование: набор кристаллических тел, плакаты: «Кристаллы», «Кристаллические решётки». Спиртовка, стеклянная палочка, выращённые кристаллы, модели кристаллов. Распечатанная таблица «Свойства кристаллических и аморфных тел», компьютерная презентация.

Ход урока:

Вступление: Большинство окружающих нас твердых тел представляют собой вещества в кристаллическом состоянии. К ним относятся строительные и конструкционные материалы: раз­личные марки стали, всевозможные металлические сплавы, мине­ралы и т. д. Специальная область физики—физика твердого тела — занимается изучением строения и свойств твердых тел. Эта область физики является ведущей во всех физических исследова­ниях. Она составляет фундамент современной техники.

В любой отрасли техники используются свойства твердого те­ла: механические, тепловые, электрические, оптические и т. д. Все большее применение в технике находят кристаллы.  Вы, навер­ное, знаете о заслугах советских ученых — академиков, лауреатов Ленинской и Нобелевской премий А. М. Прохорова и Н Г Басова в создании квантовых генераторов. Действие современных оптиче­ских квантовых генераторов — лазеров — основано на использовании свойств монокристаллов (рубина и др.) Как устроен кри­сталл? Почему многие кристаллы обладают удивительными свой­ствами? Каковы особенности структуры кристаллов, которые отличают их от аморфных тел? Ответы на эти и аналогичные воп­росы вы сможете дать в конце урока. Запишем тему «Кристаллические и аморфные тела»

Изложение нового материала: (Сопровождается показом слайдов из презентации)

Обратимся к пройденному материалу. Какими свойствами обладают твёрдые тела?(ответы учеников)

Учитель: Все твёрдые тела делятся на кристаллические и аморфные. Мы рассмотрим, в чём их сходство и различие.

Что такое кристаллы?

Кристаллы - это твёрдые тела, атомы или молекулы которых занимают определённые, упорядоченные положения в пространстве. Кристаллы одного и того же вещества имеют разнообразную форму. Углы между отдельными гранями кристаллов одинаковы. Некоторые формы кри­сталлов симметричны. Цвет кристаллов различен, — очевидно, это зависит от примесей.

Для наглядного представления внутренней структуры кристалла используют его изображение с помощью кристаллической решётки. Различают несколько типов кристаллов:

1)Ионные. 2) атомные 3)металлические 4)молекулярные.

Идеальная форма кристалла имеет вид многогранника. Такой кристалл ограничен плоскими гранями, прямыми ребрами и обла­дает симметрией. В кристаллах можно найти различные элементы симметрии. Кристаллические тела делятся на монокристаллы и поликристаллы.

Монокристаллы - одиночные кристаллы. (кварц, слюда…) Идеальная форма кристалла имеет вид многогранника. Такой кристалл ограничен плоскими гранями, прямыми ребрами и обла­дает симметрией. В кристаллах можно найти различные элементы симметрии (показывает на таблице, где изображены кристаллы). плоскость симметрии, ось симметрии, центр симметрии. На первый взгляд кажется, что число видов симметрии может быть бесконечно боль­шим. В 1867 г. русский инженер А. В. Гадолин впервые доказал, что кристаллы могут обладать лишь 32 видами симметрии.. Убедимся в симметрии кристаллика снега- снежинки (рис. снежинки)

Симметрия кристаллов и другие их свойства, о которых мы будем говорить далее, привели к важной догадке о закономерностях в расположении частиц, составляющих кристалл. Может кто-нибудь из вас попытается ее сформулировать?

Ученик В. Частицы в кристалле располагаются так, что они образуют определенную правильную форму, решетку.

Учитель. Частицы в кристалле образуют правильную про­странственную решетку. Пространственные решетки различных кристаллов различны. Перед вами модель пространственной решет­ки поваренной соли. (Демонстрирует модель.) Шарики одного цвета имитируют ионы натрия, шарики другого цвета — ионы хлора. Если соединить эти узлы прямыми линиями, то образуется про­странственная решетка, аналогичная представленной модели. В каждой пространственной решетке можно выделить некоторые по­вторяющиеся элементы ее структуры, иначе говоря, элементарную ячейку. К наиболее простым элементарным ячейкам относятся куб, объемно-центрированный куб, гранецентрированный куб, гексагональная призма. (Показывает на таблице.) Понятие о пространственной решетке позволило объяснить свойства кристаллов.

Рассмотрим их свойства.

1)Внешняя правильная геометрическая форма. (модели)

2)Постоянная температура плавления.

3)Анизотропия – различие в физических свойствах от выбранного в кристалле направления. (показывает пример со слюдой)

Но монокристаллы в природе встречаются редко. Но такой кристалл можно вырастить в искусственных условиях. (доклады о выращивании кристаллов)

А сейчас познакомимся с поликристаллами.

Поликристаллы - это твёрдые тела, состоящие из большого числа кристаллов, беспорядочно ориентированных друг относительно друга.(сталь, чугун …)

Поликристаллы тоже имеют правильную форму и ровные грани, температура плавления у них имеет постоянное значение для каждого вещества. Но в отличии от монокристаллов, поликристаллы изотропны, т.е. физические свойства одинаковые по всем направлениям. Это объясняется тем, что кристаллы внутри располагаются беспорядочно, и каждый в отдельности обладает анизотропией, а в целом кристалл изотропен.

Кроме кристаллических тел существуют - аморфные тела.

Аморфные тела – это твёрдые тела, где сохраняется только ближний порядок в расположении атомов. (Кремнезём, смола, стекло, канифоль, сахарный леденец).

Например, кварц может находиться как в кристаллическом состоянии, так и аморфном - кремнезём. (См. рис в учебнике). Они не имеют постоянной температуры плавления и обладают текучестью (показывает сгибание стеклянной палочки над спиртовкой). Аморфные тела изотропны, при низких температурах они ведут себя подобно кристаллическим телам, а при высокой подобны жидкостям.

О применении кристаллов и некоторых интересных физических явлениях, связанных с кристаллами, можно прочитать в научно-популярных книгах и журналах. И сейчас мы послушаем небольшие сообщения о том , что заинтересовало учеников.

1 ученик: Я расскажу о жидких кристаллах. Некоторые органические материалы при переходе из жидкого состояния в твердое имеют промежуточную структуру. Вещество в таком со­стоянии называют жидким кристаллом. Жидкие кристаллы разделяют на три класса: 1)Нематические, 2)Смектические, 3)Холестерические. Для жидких кристаллов характерна вытянутая структура молекул, которая приводит к анизотропии свойств. Жидкие кристаллы обладают важными опти­ческими свойствами, которые в широких пределах изменяются внеш­ними воздействиями. Это и определяет большие возможности управ­ления световыми потоками с помощью жидких кристаллов.

2ученик: Я расскажу о роли некоторых добавок в сплавы для увеличения прочности материалов, т. е. для упрочнения.

Правильное расположение атомов в кристаллах далеко не всегда идеально. Размещение атомов в пространстве часто нарушается. Эти области разупорядочения атомов кристаллической решетки называют дефектами. Иногда нарушается правильная структура пространственной решетки вдоль некоторых линий. Эти дефекты называются дислокациями. Обычно примеси в металлах оседают на дислокации. Большое число примесей может полностью блоки­ровать дислокации. Сталь представляет собой сплав на основе же­леза, содержит значительные примеси углерода, а также различные легирующие добавки (примеси некоторых металлов). Регулируемое упрочнение стали, происходит за счет взаимодействия атомов при­меси, в том числе и углерода, с дислокациями и за счет выпадения микроскопических включений карбида железа. В настоящее время это основной путь упрочнения конструкционных материалов.

3ученик: Я покажу на примере графита и алмаза, что свойства кристаллических веществ определяются структурой кри­сталлических решеток.

Между алмазом и графитом оказывается много общего, хотя на первый взгляд это общее трудно увидеть. Алмаз необычно тверд, прозрачен, не проводит электрический ток (диэлектрик), обработан­ные алмазы — драгоценность, известны в быту как бриллианты.

Графит мягок, легко расслаивается, непрозрачен, электропроводен и не похож на драгоценный камень. А между тем и алмаз, и графит — это чистый углерод. Различие свойств алмаза и графита связано только с различием кристаллических решеток. (Ученик показывает рисунок с изображением кристаллических решеток алмаза и графита.) При определенных условиях возможен переход вещества из одной кристаллической модификации в другую. Если нагреть графит до температуры 2000—2500 К под давлением 1010 Па, то произойдет перестройка кристаллической решетки, в результате чего графит превратится в алмаз. Так получают искусствен­ные алмазы.

4 ученик: Я расскажу о некоторых применениях алмазов.

Шапка алтабасная.
В последние десятилетия XVII века в кремлевских мастерских делали царские венцы, используя драгоценные камни и украшения существовавших ранее. Так, в 1684 году для царя, Иоанна Алексеевича, сшили шапку из драгоценной ткани – алтабаса (гладкой парчи). Это – единственный царский головной убор, тулья которого выполнена из ткани. Для поддержания формы изнутри шапка проложена каркасом из гладких серебряных дуг. Ее украшают запоны, снятые с венца царя Федора Алексеевича. Большие фигурные запоны алтабасного венца в прошлом, видимо, не раз переносили с одного изделия на другое: по форме, рисунку, декору и технике исполнения они близки запонам венца Большого наряда работы 20-х годов XVII века.

Держава Екатерины II
Для коронации Екатерины II ювелир Георг Фридрих Экарт изготовил новую державу. Держава представляет собой гладко отполированный золотой шар, опоясанный бриллиантовыми поясками. К коронации Павла I держава была увенчана овальным цейлонским сапфиром весом в 200 карат, а место пересечения бриллиантовых поясков украсили редким индийским алмазом необычной огранки весом в 46,92 карата.

ФИАНИТЫ. Группа синтетических монокристаллов на основе окислов циркония или гафния. Фианиты известны как имитация бриллианта. Впервые (в 1972) созданы в Физическом институте АН СССР .

Всем выступающим за урок оценка 5. Кого заинтересовал материал, можете прочитать книги, которые читали ваши одноклассники и более подробно ознакомиться с материалом.