УРОК 14 Тема: Пояснення властивостей твердих, рідких і газоподібних тіл з погляду молекулярно-кінетичних уявлень - Фізика 7 клас - Середня школа - Каталог статей - Учительська світлиця
Головна » Статті » Середня школа » Фізика 7 клас

УРОК 14 Тема: Пояснення властивостей твердих, рідких і газоподібних тіл з погляду молекулярно-кінетичних уявлень


УРОК 14
Тема: Пояснення     властивостей  твердих,     рідких і  газоподібних     тіл     з погляду      молекулярно-кінетичних    
уявлень.     Повторення      й      узагальнення      вивченого    
матеріалу
Методичні рекомендації та матеріали
Властивості твердих, рідких та газоподібних тіл
Пояснення властивостей твердих, рідких і газоподібних тіл з пог-ляду  молекулярно-кінетичних  уявлень  зручно  проводити  в   такій
послідовності.  Спочатку  рекомендується  продемонструвати  за  до-помогою дослідів деякі властивості твердих, рідких і газоподібних
тіл: збереження твердим тілом форми й об’єму, зміна форми рідини
при її переливанні з однієї посудини в іншу, здатність газу займати
весь наданий йому об’єм.
Пояснення  на  підставі  молекулярно-кінетичних  уявлень  від-мінностей  властивостей  речовини  в  трьох  агрегатних  станах  ло-гічно  пов’язати  із  розглянутими  дослідами.  Наприклад,  газ  легше
стиснути,  ніж  рідину  й  тверде  тіло;  при  нагріванні  він  помітно
розширюється, займаючи весь наданий йому об’єм. З перших двох
спостережень можна зробити висновок, що відстані між молекулами
газу порівняно великі.
За нормальних умов середні відстані між молекулами приблизно
в  10  разів  більші  характерного  лінійного  розміру  однієї  молекули
газу, отже, притягання між частками має бути незначним, що й  під-тверджує спостереження.
Розглядання кристалів за допомогою лупи або їхніх фотографій,
спроектованих  на  екран,  використовується  для  введення  поняття
моделі будови твердого тіла. Наявність у кристалів правильної форми
пояснюється впорядкованим розташуванням їхніх часток і може бути
проілюстроване на моделі з маленьких кульок (камінчиків або м’ячів
для  гри  в  пінг-понг),  покладених  щільно  в  ящик  спочатку  в  одній
площині,  а  потім  шарами.  Вражає  дослід  з  маленькими  металеви-ми кульками діаметром до 1 мм, які містяться в склі від наручного
годинника.
Оперуючи меншим числом кульок і розташовуючи їх на шорст-куватій поверхні, можна показати моделі будови рідини й газу. На  на-
ступних уроках цей же пристрій можна використати для демонстрації
динамічної  моделі  будови  речовини.  Рухаючи  піднос  з  кульками,
можна змусити їх переміщатися більш-менш вільно залежно від того,
модель якого агрегатного стану необхідно показати.
У  наведених  вище  прикладах  різні  за  своїм  значенням  об’єкти
називалися одним і тим самим терміном — модель. Саме так прий-нято  в  навчальній  і  методичній  літературі  взагалі.  Однак  у  цьому
зв’язку  необхідно  підкреслити  кілька  важливих  моментів.  Треба
насамперед розрізняти поняття моделі наукової й моделі навчальної.
Якщо перша є об’єктом вивчення (її треба знати, розуміти й застосо-вувати на практиці), то друга, навчальна модель, покликана допом-огти учневі опанувати наукову модель. Навчальна модель є, таким
чином,  тимчасовим  попутником  учня  на  шляху  до  нового  знання.
Її головне завдання — розбудити образне мислення учня, показати
йому характерні риси модельованого об’єкта в найбільш зручній для
сприйняття  формі.  Виконавши  свою  функцію  в  навчальному  про-цесі, навчальна модель ніби розчиняється серед інших таких самих
навчальних  моделей,  щоб  потім  у  потрібний  момент  повернутися
й допомогти учневі опанувати чергову наукову модель. У розглянутих
прикладах науковою моделлю є модель твердого тіла. Як навчальні
моделі виступають, наприклад, кульки на шорсткуватій поверхні,
кульки на підносі.
Програмою передбачене знайомство з аморфними тілами, тобто
твердими  тілами,  що  перебувають  в  аморфному  стані.  Під  амор-фним  станом  у  фізиці  конденсованого  стану  розуміється  твердий
некристалічний  стан  речовини,  що  характеризується  ізотропією
властивостей і відсутністю точки плавлення. При підвищенні темпе-ратури аморфна речовина розм’якшується й переходить у рідкий стан
 поступово. Ці особливості обумовлені відсутністю в аморфному стані
на відміну від кристалічного стану так званого далекого порядку —
суворої періодичної повторюваності в просторі того самого елемента
структури (атома, молекули, групи атомів тощо.).
Термодинамічно  стійким  твердим  станом  речовини  за  низьких
температур  є  кристалічний  стан.  Однак  залежно  від  властивостей
часток кристалізація може потребувати більше або менше часу — мо-лекули повинні встигнути при охолодженні «вишикуватися». Іноді
цей час буває настільки великим, що кристалічний стан практично
не реалізується.
Зазвичай аморфний стан утворюється при швидкому охолоджен-ні розплаву. Наприклад, розплавляючи кристалічний кварц і   потім
швидко охолоджуючи розплав, одержують аморфне кварцове скло.
На  уроці  розповідь  про  аморфний  стан  речовини  можна  побу-дувати в такий спосіб. «Було виявлено, що та сама речовина може
зустрічатися й у кристалічному й у некристалічному вигляді.
Розплавимо  яку-небудь  речовину,  скажімо,  цукор.  Що  відбу-деться,  коли  цей  розплавлений  цукор  буде  холонути  й  тверднути?
Виявляється,  що  коли  розплав  застигає  повільно,  спокійно,  то  він
застигає у вигляді кристалів. Так утворюються ті дрібні кристалики
цукру, з яких складається цукровий пісок або кусковий цукор. Якщо
ж охолодження відбувається дуже швидко, наприклад, якщо вилити
розплавлений цукор у холодну воду або на дуже холодне блюдце, то
утвориться цукровий льодяник, некристалічний цукор.
Легко зрозуміти, чому це так відбувається. Уявіть собі, що по-трібно швидко побудувати правильними рядами безладну юрбу, що
рухається.  Це  легко  зробити,  якщо  дати  людям  час  і  можливість
розійтися на певні відстані, вирівняти ряди. Якщо ж відразу крикну-ти «Стій!», то, звичайно, ніякого порядку не вийде. Те ж відбувається
й при охолодженні розплаву. У рідкому розплаві частки рухаються
зовсім  безладно.  Якщо  розплав  застигає  повільно,  вони  поступово
збираються  в  ряди,  у  рівний  лад:  утворюються  кристали.  Якщо  ж
охолодження відбувається дуже швидко, то частки не встигають по-будуватися правильними рядами й розплав застигне некристалічним.
Так, наприклад, утворюється звичайне скло.
Цікаво,  що  із  часом  некристалічна  речовина  може  «переро-дитися»,  або,  точніше  кажучи,  закристалізуватися.  Нехай  льо-дяник  полежить  спокійно  місяця  два-три.  Він  вкриється  пухкою
« скоринкою».  Подивіться  на  неї  в  лупу:  це  дрібні  кристалики  цу -кру.  У  некристалічному  цукрі  почався  ріст  кристалів.  Почекайте
ще кілька місяців — і вже не тільки поверхня, але й весь льодяник
за  кристалізується.
Із  часом  всі  некристалічні  речовини  перероджуються  в  крис -талічні, частки в них збираються в правильні ряди. Тільки термін
для  різних речовин різний: для цукру це кілька місяців, а для камін-ня — мільйони років. Навіть наша звичайна шибка може закристалі-зуватися. Дуже старе скло стає іноді зовсім мутним, оскільки в ньому
утворюється маса дрібних непрозорих кристалів. Значною допомогою
при вивченні будови речовини для учнів можуть виявитися науково-
популярні книги, авторами яких є М.  П. Шаскольська, Я. Є. Гегузин,
А. І.  Китайгородський.
При узагальненні вивченого матеріалу необхідно звернути увагу
на такі моменти.
Властивості речовини у твердому стані
 Той факт, що в речовині, яка перебуває у твердому стані, можна
виділити малі об’єми, котрі мають однакову правильну геометричну
форму (кристали), свідчить про впорядковане розташування часток,
з яких складається речовина в даному стані. У такому випадку заз-вичай  говорять,  що  частки  речовини  у  твердому  стані  утворюють
кристалічну решітку.
Речовини у твердому стані досить добре опираються деформаціям.
Таку поведінку речовини пов’язують зі значними силами взаємодії
між її частками. Сили притягання не дозволяють часткам розліта -тися при хаотичному русі в різні сторони, «прив’язують» їх до місць
«осілого життя».
Значна густина і необхідність великих зусиль для стискання речо-вини у твердому стані говорять про досить компактне щільне «упаку-вання» її часток. Вони розташовуються близько одна від одної й при
спробах подальшого зближення починають сильно відштовхуватися.
Поступальний рух часток речовини в цьому стані майже заборонено:
вони лише коливаються, «тремтять» біля положень стійкої рівноваги
(у вузлах кристалічної решітки).
Рідкий стан
Речовина  в  цьому  стані  також  має  досить  щільне  «упакуван-ня»  часток:  густина  речовини  в  рідкому  стані  не  набагато  менша,
ніж  у твердому, і для стисканні речовини потрібні величезні зусил-ля.  (Примітка.  Треба  пам’ятати  про  ряд  виключень:  вода,  чавун,
вісмут і деякі інші речовини в рідкому стані мають густину більшу,
ніж  у   твердому).  Сили  взаємного  притягання  часток  ослаблені
 порівняно  із  твердим  станом  і  допускають  рухливість,  поступаль-ний рух часток: рідина не зберігає своєї форми, «розтікається», але
зберігає об’єм.
Таким чином, між частками рідини, так само як і між частками
твердого тіла, одночасно діють сили притягання й відштовхування,
що мають неоднаковий характер залежності від відстані: при малих
відстанях між частками переважають сили відштовхування, а при
великих — сили притягання.
Із  твердого  стану  в  рідкий  мимоволі  речовина  не  переходить.
Щоб здійснити такий перехід, потрібно ззовні підводити до речовини
енергію, що буде витрачатися на розрив міцних зв’язків між частка-ми, властивих твердому стану, на здійснення роботи при віддаленні
одна від одної часток, що притягуються, на збільшення кінетичної
енергії їхніх рухів.
Газоподібний стан
Газоподібний стан є найпростішим у порівнянні з іншими. Атоми
або  молекули  газу  «розбігаються»  в  усі  сторони,  заповнюючи  весь
наданий їм об’єм.
Гази можна сильно стискати (через нещільне «упакування» їхніх
часток).  Сили  взаємного  притягання  між  частками  продовжують
діяти,  але  через  більші  відстані  між  частками  вони  вкрай  слабкі
й ними можна зневажити. У зв’язку із цим часто використовується
уявлення про ідеальний газ як про газ, між атомами або молекулами
якого відсутні сили взаємодії.
Варто підкреслити, що перехід речовини з рідкого стану в газо-подібний може відбуватися як при підведенні до речовини енергії
ззовні (що має місце при кипінні рідин), так і без цього за рахунок
перерозподілу  внутрішньої  енергії  між  рідкою  й  газоподібною
фазами даної речовини (останнє спостерігається при випарюванні
рідин).
Примітка.  Буде  правильним,  якщо  вчитель  зверне  увагу  на
метафоричність мови, якою користуються фізики. Мова йде про так
звані словесні моделі, якими насичений лексикон фізиків. Запропо-нуйте учням фіксувати у своїх робочих зошитах словесні моделі, які
їм сподобаються.
Наприклад: кристалічна решітка, щільне впакування, час осілого
життя, далекий і ближній порядок тощо.

Категорія: Фізика 7 клас | Додав: uthitel (03.10.2014)
Переглядів: 613 | Рейтинг: 0.0/0
Всього коментарів: 0
Ім`я *:
Email *:
Код *: