Урок на тему: «Исследование свойств воды. Имитационное моделирование при решении проблем водоемов»
| Вид материала | Урок |
- Имитационное моделирование инвестиционных рисков, 462kb.
- Функционально-стоимостной анализ и имитационное моделирование, 681.58kb.
- Имитационное моделирование инфокоммуникационных систем, 337.32kb.
- Журнал «Банковские технологии», февраль 2003 Практический опыт имитационного моделирования, 281.14kb.
- Методические указания по санитарно-микробиологическому анализу воды поверхностных водоемов, 795.81kb.
- Исследование феномена целенаправленного поведения и моделирование такового входит, 17.01kb.
- Календарный план учебных занятий по дисциплине Моделирование информационных процессов, 24.12kb.
- Урок природоведения в 5 классе на тему «Гидросфера», 25.32kb.
- К. Д. Ушинского Обучение младших школьников решению сюжетных математических задач одна, 79.12kb.
- Методические указания к выполнению контрольных, курсовых работ По дисциплине Имитационное, 222.24kb.
Открытый урок на тему: «Исследование свойств воды.
Имитационное моделирование при решении проблем водоемов»
2 урока
Физика 9 класс.
Приложение 1
Первый урок
Начало урока: Наша школа по Интернету получила обращение к землянам с планеты Акватоид из созвездия Кита.
Обращение инопланетянина (Зачитывает Булдаков Егор) Приветствуем вас, жители планеты Земля, именующие себя человечеством. За помощью к вам обращается отряд наблюдателей с планеты Акватоид звездной системы Тау из созвездия Кита. Акватоид потерял почти всю жидкость, являющуюся основой жизни. Чтобы выжить, Организация Объединенного Разума планеты занялась поиском вещества, способного заменить жидкость жизни Акватоида. В связи с этим Организация Объединенного Разума нашей планеты просит учащихся 9 «б» класса Сернурской средней школы №2 исследовать свойства воды и прилететь к нам на конференцию в качестве экспертов.
Тема нашего сегодняшнего урока «Исследование свойств воды»
Цель урока: Формирование навыков исследовательской работы.
Вступительная беседа: биологическое значение воды; экологический аспект воды.
Вступление приготовлено Глушковой Еленой.
Показ первой части презентация «Вода знакомая и незнакомая»
В беседе дается учащимся информация по блокам:
- Самое распространённое в природе химическое соединение.
- Самые ценные ресурсы - водные.
- Круговорот воды в природе.
- Общая формула питьевой воды.
- Потребление воды связано с развитием цивилизации: чем выше ее уровень, тем больше потребляется воды.
- Сравнительный анализ потребления пресной воды.
- Загрязнение воды.
- Вода не должна содержать болезнетворных бактерий и вирусов.
- Очищение воды.
Работа с главной частью презентации.
Исследование физических и химических свойств воды.
Организуется мыслительная деятельность учащихся. Задается вопрос, ставятся направляющие опыты. Учащиеся делают выводы. Вода это и химия и физика и биология.
Вопрос: Как вода проводит электрический ток?
Демонстрационный опыт. С помощью прибора для проверки электропроводности жидкостей оценивается электропроводность раствора NaCl и дистиллированной воды.
Работа с графиками фазовых переходов воды
Проверяются знания учащихся по фазовым переходам воды и формируется умение работать с графиками.
Приложение 2 рисунок 1
Проведение фронтальных опытов с водой. Одновременно выполняются 14 опытов. Назначаются ученики – консультанты, хорошо проводящие эксперимент.
Приложение 2 Список фронтальных опытов
Выводы по опытам главного физика – экспериментатора Онучина Владимира.
Вопрос. Как построена молекула воды? Работа с рисунком.
Хорошо изучено и измерено взаимное расположение ядер атомов водорода и кислорода и расстояние между ними.
Приложение 2 рисунок 2
Вопрос. Как построены молекулы воды в воде? Работа с рисунком.
Молекулы в талой воде состоят из многих простых молекул - из агрегатов, сохраняющих свойства льда. Молекулы воды образуют ассоциаты тетрамеры (Н2О)4 изображены тетраэдрами
На каждой парте самодельная фигура – тетраэдр. Знакомство с фигурой – тетраэдром
Приложение 2 рисунок 3
Вопрос. В чем главная аномалия воды? Работа с графиком
Приложение 2 рисунок 4
Вода - единственное в мире вещество, которое после плавления сначала сжимается, а потом, по мере повышения температуры начинает расширяться. При 4 градусах у воды наибольшая плотность.
Рассуждения учеников об этой аномалии воды.
Демонстрационный опыт. Заранее готовится стеклянная бутылка, которая заполняется водой и выставляется за окно кабинета на мороз. На уроке внимание учащихся обращается на разбившуюся под действием расширения воды при замерзании бутылку.
Вопрос. Каково внутреннее строение льда?
Рассуждения учеников, подкрепляемые примерами из жизни.
Правильное кристаллическое строение льда выражается в изумительном изяществе снежинок и в красоте морозных узоров на замёрзших оконных стёклах
Вопрос. Что должно быть легче - вода или лёд?
Рассуждения учеников, подкрепляемые примерами из жизни.
Объём всех твёрдых тел при том же объёме при плавлении увеличивается, и они тонут в собственном расплаве. А вот лёд плавает в воде. Это свойство воды - аномалия в природе.
Демонстрирует подкрашенный, плавающий в воде лед.
Вопрос. Сколько существует льдов?
Выдвижение учениками различных гипотез.
Человек сумел открыть ещё, по крайней мере, шесть различных, не менее удивительных льдов. В природе их найти нельзя. Они могут существовать только при очень высоких давлениях.
Голландские ученые нашли у воды способность превращаться в лед при комнатной температуре.
Вопрос. Полагается ли воде быть на Земле жидкой или твёрдой?
Работа с графиком. Зависимость температур плавления и кипения веществ от относительной молекулярной массы
Приложение 2 рисунок 5
Нормальным должно было бы быть только газообразное состояние воды. Известно только одно газообразное состояние воды – пар. Зависимость температур плавления и кипения веществ от относительной молекулярной массы
Вопрос. При какой температуре вода должна кипеть?
Продолжение работы с графиком.
Вода по химическому составу может быть названа гидридом кислорода. H2Te, H2Se, H2S - химические аналоги воды. Вода должна кипеть при 80 0С ниже нуля.
Рассуждение учащихся о том, что будет с водой при этом.
Вопрос. При какой температуре вода должна замерзать?
Продолжение работы с графиком.
Оказывается, вода на основании ее положения в периодической системе должна была бы затвердевать при ста градусах ниже нуля.
Рассуждение учащихся о том, что будет с водой при этом.
Вопрос. Сколько тепла нужно, чтобы лёд растаял?
Рассуждения учеников, подкрепляемые примерами из жизни.
Исключительно большое значение удельной теплоты плавления - 2300 Дж на грамм льда - также аномальное свойство воды.
Вопрос. Сколько тепла нужно, чтобы нагреть воду?
Рассуждения учеников, подкрепляемые примерами из жизни.
Больше, чем для нагревания равного количества любого другого вещества. Чтобы нагреть грамм воды на один градус, необходимо 4,2 Дж. Вода - это великий распределитель тепла по Земле.
Вопрос. Как вода попадает в облака? Рассказ по рисунку.
Приложение 2 рисунок 6
Каждую минуту миллиард тонн водяного пара поднимается в верхние слои атмосферы. На большой высоте, где давление мало водяной пар конденсируется, снова превращаясь в воду, - её мельчайшие капельки образуют облака
Вопрос. Действие воды как растворителя. Работа со схемой.
Приложение 2 рисунок 7
В воде растворяются твердые, жидкие и газообразные вещества. Но не все вещества одинаково хорошо растворяются в воде. Вещества бывают хорошо растворимые, малорастворимые и практически нерастворимые.
Демонстрационный опыт. Наполнить 4 цилиндра доверху водой, на каждый цилиндр поместить кружок фильтровальной бумаги, чтобы она касалась воды, а сверху – кристаллы KMnO4, CuSO4•5H2O, K2Cr2O7, CoSO4•7H2O. Наблюдать процесс растворения веществ.
Демонстрационный опыт. Сравнивается скорость растворения двух одинаковых кусочков сахара в двух равных объемах воды: одного – в холодной, другого – в горячей. Кроме того, демонстрируется заранее подготовленный стакан с водой, на стенках которого появились пузырьки воздуха. Проводится опыт – растворение газов в холодной и горячей воде.
Вопрос. Осмос
Знакомство с явлением.
Осмосом называется проникновение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану в раствор какого-либо вещества. Вода поступает в клетку именно путем осмоса. На явлениях осмоса основаны движения воды по проводящей системе зеленых растений от корней к листьям. Осмотическое давление придает упругость листьям, стеблям, лепесткам цветов растений.
Демонстрационный опыт «Потеря растением тургорного движения». В один цилиндр налить воду, а в другой – раствор поваренной соли. Сделать вырезки из листьев капусты и опустить один кусочек в воду, а другой – в раствор соли. Через 30 мин сравнить внешний вид образцов, сделать вывод.
Вопрос. Кто знаком с явлением плазмолиз?
Знакомство с явлением.
Обезвоживание организма происходит на клеточном уровне. Растворы солей или сахаров высокой концентрации, находящиеся вокруг клетки, вытягивают из нее воду, при этом цитоплазма отходит от стенок клетки. Это явление получило название «плазмолиз».
Демонстрационный опыт «Выделение воды при плазмолизе». Взять небольшой цилиндр и наполнить его глицерином. Опустить в цилиндр кубик картофеля, нагрузив его для предотвращения всплытия. Наблюдать, как постепенно из кусочка картофеля выделяется и поднимается вверх вода.
Вопрос. Как клетки крови связаны с плазмолизом?
Выдвижение учениками различных гипотез.
Клетки крови не страдают от употребления человеком большого количества воды или солей в силу того, что в организме поддерживается постоянство внутренней среды. Излишки воды и солей быстро удаляются из организма через почки и кожу.
Вопрос. Почему вода в море солёная?
Рассуждения учеников, подкрепляемые примерами из жизни.
Морская вода содержит магний, кальций, серу, бром, и йод, и фтор. В меньшем количестве - железо, медь, никель, олово, уран, кобальт, серебро и золото. Больше всего в морской воде поваренной соли - NaCl. Поэтому вода в море солёная.
Вопрос. Видал ли хоть кто-нибудь воду?
Рассуждения учеников, подкрепляемые примерами из жизни.
Очень тщательно очищенная и освобождённая от газов вода приобретает необычайные свойства: её можно перегреть на десятки градусов выше точки кипения - она не закипит, её можно очень сильно переохладить - она не замёрзнет.
Вопрос. Почему вода "мокрая"?
Рассуждения учеников, подкрепляемые примерами из жизни.
Вода с трудом смачивает металлы, совершенно не смачивает жирные поверхности. Водой не намочишь парафин. Капли воды скатываются с поверхности многих полимерных материалов: тефлона, полиэтилена и других.
Вопрос. Какую форму имеет вода?
Рассуждения учеников, подкрепляемые примерами из жизни.
Вода обладает собственной формой, как и любая другая жидкость. Её форма - шар. Её собственная форма на Земле обычно искажена силой тяжести.
Демонстрационный опыт «Мыльные пузыри»
Вопрос. Можно ли бегать по поверхности воды?
Рассуждения учеников, подкрепляемые примерами из жизни.
По воде не только ходит, но и бегает немало живого и быстрого народца. Если учесть, что площадь опоры лапок у этих насекомых очень мала, то нетрудно понять, что, несмотря на их небольшой вес, поверхность воды выдерживает, не прорываясь, значительное давление.
Демонстрационный опыт «Иголка на поверхности воды»
Вопрос. Может ли вода течь вверх?
Рассуждения учеников, подкрепляемые примерами из жизни.
Поднимается вода вверх в почве, смачивая всю толщу земли от уровня грунтовых вод. Сама поднимается вода вверх по капиллярным сосудам дерева и помогает растению доставлять растворённые питательные вещества на большую высоту - от глубоко скрытых в земле корней к листьям и плодам. Сама движется вода вверх в ткани полотенца, когда вы вытираете лицо. В очень тонких трубочках - в капиллярах - вода может подняться на высоту нескольких метров
Демонстрационный опыт «Капилляры»
Вопрос. Кислотно-основные свойства.
Проведение демонстрационных опытов с комментариями учащийся.
Приложение 2 химические формулы
Итоги обсуждения подводит главный физик – теоретик
Вода в литературе и искусстве.
Последние слайды презентации.
Картины Айвазовского. Комментирует ученица.
Могущество и силу воды отражают поэты в своих произведениях.
Второй урок проходит в компьютерном классе.
Вступление к уроку учителя информатики.
Вода, является одним из самых распространенных веществ в природе, представляет собой уникальное соединение, благодаря которому на Земле зародилась жизнь. Она распределена весьма неравномерно. Вода находится в постоянном и активном кругообороте. Его движущей силой является Солнце, а основным источником воды – Мировой океан. Почти четверть всей падающей на Землю солнечной энергии расходуется на испарение воды с поверхностей водоемов. Таким образом, вода находится на Земле в постоянном движении. Среднее время ее пребывания в атмосфере оценивается 10 сутками.
Вопрос. Что будет если реки озера начнут исчезать на земле? Как отразилось на нашем поселке обмеление реки Сердяжка?
Рассуждения учеников.
В конституции РФ определена задача сохранения для ныне живущих и будущих поколений природного богатства нашей Родины. К природным богатствам относятся и водные. Всем известна мировая экологическая проблема - спасение Аральского моря. Сегодня на уроке мы попытаемся ее решить методом имитационного моделирования.
Работа на уроке с Internet – ресурсами.
Используя возможности компьютерной сети Internet, ученики находят материал по следующим вопросам
А) Аральский кризис. Установить причины его возникновения.
Б) Последствия экологической катастрофы: географические.
В) Последствия катастрофы: биологические и экологические
Г) Последствия экологической катастрофы: социальные.
Д) Пути решения Аральской проблемы.
Е) Современные международные проекты по разрешению Аральского кризиса на примере "Свет, рожденный ветром", "Оазис".
Один ученик освещает проблему Аральского моря.
Рассказ учителя информатики.
Процессы в системе могут протекать по-разному в зависимости от условий, в которых находится система. Следить за поведением реальной системы при различных условиях, пробовать всевозможные варианты бывает трудно, а иногда невозможно. В таких ситуациях выручают модели. Построив модель, можно многократно возвращаться к начальному состоянию и наблюдать за поведением модели.
Метод исследования, применяемый в описании свойств большой системы при условии, что поведение составляющих ее объектов просто и четко сформулировано и привел к появлению имитационного моделирования.
Имитационное моделирование применяется в тех случаях, когда нужно учесть возможно большее разнообразие исходных данных, изучить протекание процессов в различных условиях. В имитационных моделях состояния сменяют друг друга в том порядке, в котором соответствующие события происходят в моделируемой системе.
Пример: Изучение изменения численности микроорганизмов в колонии, когда рассматривается много отдельных объектов и отслеживается каждый при наличии определенных условий для его выживания, размножения и т.д.
Построение имитационных моделей - трудоемкий процесс, в котором необходимо участие специалистов разных профилей. Познакомимся с имитационной моделью "Аральское море".
Знакомство с интерфейсом компьютерной программы "Аральское море":
Ученики садятся за компьютеры, загружают компьютерную программу и в ходе фронтальной работы под руководством учителя изучают интерфейс программы. В ходе этой работы необходимо закрепить, что на поведение Арала существенно влияют четыре основные фактора:
- Сток реки Аму-Дарьи;
- Сток реки Сыр-Дарьи;
- Количество осадков;
- Испарение.
Решение задач:
При решении задач необходимо установить зависимости объема воды и площади Арала от значений прихода и расхода водного баланса.
Используя модель "Аральское море", найдите ответы на следующие вопросы:
• Что произойдет с Аралом в ближайшие 150 лет, если не менять нынешнюю ситуацию (суммарный сток практически равен нулю) и реальных значениях осадков и испарения - 120 и 100 соответственно?
• Как будет вести себя Арал, если на Аму-Дарье и Сыр-Дарье уменьшить забор воды на орошение и довести суммарный сток до 25 кубических километров в год?
Обсуждение итогов работы с моделью.
Блиц – турнир
Приложение 2 Блиц турнир
Итоги урока: Стихотворение
Приложение 2 Стихотворение
Задание на дом: Карточки – задания. Примерная карточка
Приложение 2 Примерная карточка