Лабораторная работа с элементами «НАНО» «Капиллярныеявления»

Лабораторная работа с элементами «НАНО»

Капиллярные явления»

МБОУ «Многопрофильный лицей»

Сегодня инновационные технологии определяют раз­витие всего народного хозяйства. На переднем крае научных исследований находятся тончайшие технологии, позволяющие создавать новейшую технику, ле­карства, к сожалению, новые способы ведения войны и, к сча­стью, способы защиты от нее. В этом ряду особое место занимают нанотехнологии.

С экранов телевизора мы часто слышим: «нанотехнологии - новей­шие технологии», «российские ученные в области нанотехноло­гии...», «научный прорыв в нанотехнологии...» Создается впечат­ление, что для понимания сути нанотехнологий, областей ее применения, надо быть только ученым, или, по крайней мере, студентом технического вуза. Пре­подаватели, использующие в своей работе учебно-научный комплекс «Наноэдьюкатор» в урочной, внеурочной и междисциплинарной деятельности уверены: нано­технологии могут быть понятны и доступны для всех! Учебно-научный комплекс «Наноэдьюкатор» помогает преподавателю доступно и наглядно объяснить школьни­кам, что такое нанотехнологии, рассказать об областях ее применения, посмотреть нанотехнологии «в деле» и почувствовать себя настоящими учеными.

Мир нанотехнологий интересен не только ученым, но и учащимся обычных общеобразовательных школ.

Введение образовательного курса по нанотехнологии целесообразно по нескольким причинам:

во-первых, курс ознакомит обучающихся с достижениями науки в наши дни, что необходимо, так как обычно при изучении школьных предметов прослеживают развитие науки примерно до середины XX века;

во-вторых, курс поможет ощутить взаимосвязь физики с другими науками, тем самым создаст мотивацию для более глубокого изучения школьных предметов;

в-третьих, курс подготовит обучающихся к объективному восприятию и анализу современных тенденций в науке и технике.

Существует расхожая фраза «дети - наше будущее», а нанотехнологии признаются основой техники XXI века. Именно поэтому надо говорить с детьми об этой области научного знания, начиная с младшей школы.

В качестве примера использования нанотехнологии в учебном процессе предлагаю методическую разработку лабораторной работы с элементами «НАНО» «Капиллярные явления». Данный материал можно использовать для учащихся начальной школы на занятиях внеурочной деятельности, а так же на факультативах и уроках в средней и старшей школе ( на более высоком теоретическом уровне).

План лабораторной работы, презентации к занятию и фрагменты видео занятий по данной теме прилагаются

Основные задачи занятия направлены на приобретение у обучающихся знаний:

- о влиянии размеров атомных структур на их физические свойства;

- о конкретных наноструктурах и перспективах их использования в современной технике;

- о современных методах наблюдения отдельных атомов и манипулирования отдельными атомами;

- о достижениях и перспективах использования нанотехнологии в технике, биологии, медицине, вычислительной технике.

Цели:

1. Обеспечение качественного обучения в области нанотехнологии.

2. Создание условий для активного включения детей в научно-исследова­тельскую деятельность и развития навыков научно-исследовательской деятельно­сти у учащихся.

3. Формирование нового поколения - будущих ученых, инженеров и конструк­торов.

Конспект занятия внеурочной деятельности «Нанотехнологии для самых маленьких»

Лабораторная работа с элементами «НАНО»

«Капиллярныеявления»

Преподаватель. Сегодня мы поговорим с вами о таком направлении науки как нанотехнологии. Эта область работает с очень маленькими объекта­ми, называемыми атомами. Все предметы на свете состоят из них и стол, и те­левизор, и Солнце, и даже мы с вами.

(Чтобы сформировать представления о размере атомов, преподава­тель предлагает на обычной миллиметровой линейке разделить 1 мм снача­ла пополам, затем на 10 частей, а затем на 1 000 000 (миллион) (1 мм, поде­ленный на миллион частей, как раз и есть на но, 10^-9 м). Дети достаточно просто делят на 2, на десять уже сложнее, а деленное на миллион им кажет­ся нереальным.)

Слово «нанотехнологии» состоит из двух частей - «нано» и «технология». «Нано» переводится как «карлик». «Нано» говорит о малости размеров объекта (размеры сравнимы с атомом).

Преподаватель. Атомы приблизительно такого размера. Они настолько маленькие, что увидеть их просто так невозможно. Что же тогда делать?

Ученики. Посмотреть в микроскоп.

Преподаватель. Совершенно верно, но не в обычный, а в специальный -электронный.

В обычный (оптический) микроскоп мы можем только подробнее рас­смотреть структуру образца.

(Учитель показывает образец (например, ножку комара, бактерии и т.д.) на обычном микроскопе Можно использовать несколько увеличений, показав, что различные окуляры дают разное увеличение. Необходимо подчеркнуть - мы получаем увеличен­ное изображение поверхности, но атомов не видим.)

Преподаватель. Но даже самый современный оптический микроскоп не позволит нам разглядеть атомы. Они настолько малы, что увидеть их можно только в специальные микроскопы - электронные. (Учитель показывает изоб­ражение электронного микроскопа Преподаватель (подводит промежуточный итог совместно с детьми). Из атомов состоят все тела, атомы очень маленькие, их можно увидеть только в специальные микроскопы.

Преподаватель. Нанотехнологии не просто изучают мельчайшие частицы -атомы, они еще и конструируют из них материалы с любыми свойствами, как из конструктора. Наша природа тоже любит играть в конструктор. Только в качестве деталей использует атомы. Беря одни атомы и объединяя их, при- рода получает дерево, а возьмет другие – камень, третьи – воду. Кроме веществ, существующих в природе, нанотехнологии могут созда­вать и принципиально новые, которых нет в природе. Нанотехнологии позволяют улучшить биоматериалы. Биоматериалы - материалы, позволяющие заменить целиком или частично больные (поврежденные) ткани и органы.

С помощью нанотехнологии ученые получили магнитную жидкость. Это, с одной стороны, жидкость, например, как машинное масло, а с другой ... магнит. Магнитные жидкости содержат очень маленькие частицы железа. Основное применение таких жидкостей (пока на уровне опытов) - адресная доставка лекарств к органам, которые болят. Заболела голова, при помощи магнитной жидкости и магнита можно доставить быстро капсулу с лекарством к очагу боли.

А сейчас, мы будем в роли исследователей в области нанотехнологий.

Наблюдаем за горением фитиля спиртовки

Преподаватель. Почему фитиль горит, но не превращается в пепел?

Ученики. Горит спирт.

Преподаватель. А как спирт поступает к месту горения?

Ученики. По ткани фитиля.

Преподаватель. Давайте разберемся в механизме этого процесса.

Предлагает опустить стеклянные трубки в сосуд с подкрашенной жидкостью.

Что наблюдаете?

Ученики. Жидкость поднялась по трубке.

Преподаватель. Оказывается, что фитиль состоит из таких маленьких трубок, которые мы не видим (то есть являются нанообъектами), по ним и поднимается спирт к месту горения. Такими трубками пронизаны многие тела. Например ткани или бумага.

Демонстрация: на полоске белой ткани рисуем фломастерами разноцветные полоски и край опускаем в воду. Наблюдаем, как цветные полоски краски поднимаются по ткани.

В стакан с подкрашенной жидкостью опускаем один край бумажного или тканевого жгута, другой край опускаем в пустой стакан, до конца занятия наблюдаем как поднимается жидкость по жгуту, а затем постепенно перетекает в пустой. Создали самый простой водяной насос.

Итак, такие узкие трубки называются капилляры.( Приводим примеры капиллярных явлений)

Давайте выясним, от чего зависит высота подъема жидкости в капилляре. В сосуд с подкрашенной водой опустите стеклянные трубки разной толщины. Что наблюдаете?

Ученики. В тонкой трубке жидкость поднялась выше

Делают вывод о зависимости высоты подъема жидкости в капилляре от его диаметра.

Преподаватель. Рассмотрите полоски ткани, бумаги и кусочек мела. Все эти тела состоят из капилляров. Что вы можете сказать о их толщине?

Ученики. По внешнему виду определить невозможно, так как капилляры невидны. Но можно проверить опытным путем.

Опускают ткань, бумагу , мел в подкрашенную воду и делают вывод о том, что самый узкий капилляр у мела.

Преподаватель. Мы опытным путем выяснили, что чем тоньше стеклянный капилляр, тем выше по нему поднимается вода. А как вы думаете: «На одну и ту же высоту будут подниматься различные жидкости в одинаковых капиллярах?»

Ученики. Высказывают различные предположения

Преподаватель. Давайте проверим опытным путем.

Демонстрация: три одинаковых капилляра опускают в узкие сосуды с подкрашенной водой, растительным маслом и спиртом.

Ученики. Делают вывод о зависимости высоты подъема жидкости в капилляре от рода вещества.

Преподаватель. Итак, подведем итог, от чего зависит высота подъема жидкости в капилляре?

Ученики. От диаметра капилляра и рода жидкости.

Преподаватель. Творческое задание. Объясните устройство и принцип действия фломастера.

Ученики. Разбирают фломастер. Рассматривают его устройство. Делают вывод о принципе его работы на основе капиллярных явлений.

Преподаватель. Дома придумайте устройство для автоматического полива комнатных растений. Опишите его, изобразите схему, по возможности сделайте его и сфотографируйте или снимите на видео. Отчеты предоставьте в электронном виде на следующем занятии.

Преподаватель. Сегодня на занятии мы прикоснулись к удивительному миру, наномиру и сами побывали в роли исследователей нанообъктов. Оказывается они окружают нас по всюду. На следующих занятиях мы будем продолжать знакомство с наномиром.

ЛИТЕРАТУРА

1. Богданов К.Ю. Что могут нанотехнологии? - М.: Просвещение, 2009. -С. 96.

2. Богатство Наномира. Фоторепортаж из глубин вещества / Под ред. Ю.Д. Третьякова. -М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010.-С. 171.

3. Н. Кобаяси. Введение в нанотехнологию. М.: БИНОМ, Лаборатория знаний, 2007.-С. 134.

Интернет-источники

1. ru.wikipedia.org - сайт-справочник.

2. www.3dnews.ru - информационный портал.

3. www.nanoware.ru.

4. www.nanonewsnet.ru - информационный портал по нанотехнологии

5. www.nanometer.ru - сайт нанотехнологического общества «Нанометр» МПГУ).