Методическая разработка комбинированного занятия для преподавателя Тема 2.5 «Плавление и кристаллизация. Изменение объема и плотности веществ при плавлении и кристаллизации»

ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ

«БАРАБИНСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

Рассмотрено на заседании ЦМК

Протокол № ____от__________________

Председатель: Хританкова Н. Ю.

(Ф. И. О.)

(подпись)

(подпись)

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

комбинированного занятия

для преподавателя

Специальность 34.02.01 Сестринское дело (с базовой подготовкой)

Дисциплина: Физика

Раздел 2 «Молекулярная физика»

Тема 2.5 «Плавление и кристаллизация. Изменение объема и плотности веществ при плавлении и кристаллизации»

Разработчик – Вашурина Т. В.

курс 1

Барабинск, 2017 г

Содержание

Методический лист

Тема 2.5 «Плавление и кристаллизация. Изменение объема и плотности веществ при плавлении и кристаллизации»

Вид занятия: комбинированный урок.

Методы обучения: объяснительно-иллюстративный с использованием информационных технологий, репродуктивный.

Уровень усвоения информации: первый (узнавание ранее изученных объектов, свойств) + второй (выполнение деятельности по образцу, инструкции или под руководством).

Образовательные цели: сформировать представления о роли и месте физики в современной научной картине мира; понимание физической сущности наблюдаемых во Вселенной явлений через изучение понятий плавление и кристаллизация, изменение объема и плотности веществ при плавлении и кристаллизации; понимание роли физики в формировании кругозора и функциональной грамотности человека для решения практических задач; способствовать формированию умения владеть основополагающими физическими понятиями, уверенно пользоваться физической терминологией и символикой. Способствовать формированию умения организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения упражнений (ОК 2).

Воспитательные цели: развивать коммуникативные способности; создавать условия для развития скорости восприятия и переработки информации, культуры речи; формировать умение работать в коллективе и команде (ОК 6).

Развивающие цели: способствовать формированию умения решать физические задачи.

Мотивация значимости темы

Тема «Плавление и кристаллизация. Изменение объема и плотности веществ при плавлении и кристаллизации» входит в программу по учебной дисциплине «Физика» и занимает значительное место, т.к. знания, полученные при изучении данной темы необходимы для изучения многих тем как в рамках программы по физике, так и при изучении смежных дисциплин (химия, биология).

На данное занятие отводится 2 учебных часа. Во время комбинированного занятия проводится актуализация знаний в форме устного опроса, с целью проверки остаточных знаний, которые необходимых при изучении нового материала; непосредственное изучение нового материала; первичного закрепление нового материала с помощью решения задач по данной теме. Контроль уровня усвоения нового материала проводится в форме тестирования студентов.

В связи с этим необходимо каждому образованному человеку пополнять свои знания в области физики, научиться организовывать свою деятельность, уметь выбирать методы и способы выполнения задач и в дальнейшем оценивать их качество (ОК2), а также необходимо для будущего медицинского работника научится работать в коллективе и команде (ОК6).

Изучение темы 2.5 способствует формированию у обучающихся следующих общих компетенций:

ОК 2. Организовывать собственную деятельность, выбирать типовые методы и способы выполнения задач, оценивать их выполнение и качество.

ОК 6. Работать в коллективе и команде.

Выписка из тематического плана

дисциплины «Физика»

специальность Сестринское дело

Примерная хронокарта занятия по теме «Плавление и кристаллизация. Изменение объема и плотности веществ при плавлении и кристаллизации»

(время занятия 90 минут)

Блок информации по теме Тема 2.5 «Плавление и кристаллизация. Изменение объема и плотности веществ при плавлении и кристаллизации»

Одно и то же вещество при определённых условиях может находиться в различных агрегатных состояниях - твёрдом, жидком или газообразном. При переходе из одного состояния в другое состав молекул этого вещества не меняется. Изменяется только их расположение, характер теплового движения и силы межмолекулярного воздействия.

Из твёрдого состояния вещество переходит в жидкое, а из жидкого в газообразное. Такой переход называют фазовым переходом.

Плавление

При низких температурах все вещества замерзают и превращаются в твёрдые тела, атомы и молекулы в которых упакованы так плотно, что силы их взаимного притяжения позволяют им совершать только колебательные движения около положения равновесия. Поэтому при обычных условиях твёрдые тела сохраняют объём и форму.

Процесс перехода вещества из твёрдого состояния в жидкое называют плавлением. Это процесс происходит при повышении температуры.

Весной, когда пригревает солнышко, начинают таять снежные сугробы. Мельчайшие кристаллики льда, из которых состоит снег, превращаются в воду. Но, несмотря на то, что воздух прогревается, и его температура становится выше нуля, температура тающего снега, и температура талой воды остаются равными 0⁰ С до тех пор, пока снег не растает совсем. Всё дело в том, что плавление происходит постепенно. Вещество при плавлении поглощает тепло, которое получает извне, и некоторое время одновременно находится и в твёрдом, и в жидком состоянии. И его температура не меняется, пока всё оно не расплавится и не станет жидким.

Что происходит при нагревании твёрдого вещества? При повышении температуры скорость колебаний частиц внутри вещества увеличивается. Следовательно, увеличивается и его внутренняя энергия. При определённой температуре, которую называют температурой плавления, кристаллическая решётка твёрдого тела начинает разрушаться. Молекулы получают большую свободу. Они могут перескакивать и занимать другие положения. Вещество превращается в жидкость.

Чтобы твёрдое вещество начало плавиться, его необходимо нагреть до температуры плавления. Когда оно начинает получать тепло извне, некоторое время его температура будет расти прямо пропорционально времени нагревания. Так будет до тех пор, пока оно не начнёт плавиться. Но как только его температура станет равной температуре плавления, она перестанет изменяться и будет постоянной, пока всё вещество не превратится в жидкость. После этого температура жидкости снова начнёт повышаться.

Но если жидкость перестанет получать тепло, она начнёт остывать. И как только её температура снизится до значения, равного температуре плавления, начинается процесс кристаллизации.

Каждое вещество имеет свою температуру плавления. При нормальном давлении (760 мм рт.ст.) лёд начинает плавиться при 0^оС. Самую высокую температуру плавления среди металлов имеет вольфрам - 3422 °C. Простое вещество углерод плавится при температуре 3500 — 4500 °C. А температура плавления спирта - минус 114^оС.

Кристаллизация

Когда температура жидкости понижается, её молекулы становятся менее подвижными. А силы притяжения, которые удерживают молекулы в определённом строгом порядке, характерном для твёрдого тела, увеличиваются.

Если жидкое вещество охладить до определённой температуры, то оно затвердеет. Процесс фазового перехода из жидкого состояния к твёрдому называется кристаллизацией. В отличие от плавления, когда вещество получает тепло, при кристаллизации оно его отдаёт, а его температура снижается.

Температура, при которой происходит этот процесс, называется температурой кристаллизации. Для чистого вещества температура плавления равна температуре кристаллизации.

Как и плавление, кристаллизация также происходит постепенно. Точно так же жидкость и твёрдое вещество будут иметь одинаковую температуру до тех пор, пока не затвердеет всё вещество.

Расплавленное паяльником жидкое олово застывает и становится твёрдым, кода мы убираем паяльник. Расплавленный жидкий металл, разлитый в формы, отвердевает при снижении температуры.

Кристаллизацию в природе мы наблюдаем ежегодно, когда при низкой температуре замерзает вода в водоёмах, на землю вместо капелек дождя падают снежинки.

График изменения агрегатного состояния вещества

Процессы плавления и кристаллизации хорошо видны на графике, показывающем, как меняется агрегатное состояние вещества в зависимости от температуры. С помощью подобного графика можно отобразить изменения агрегатного состояния любого вещества.

При плавлении происходит переход от упорядоченного расположения частиц в решетке твердого тела к их беспорядочному расположению в жидкости; поэтому можно ожидать, что при плавлении и отвердевании вещества будет происходить заметное изменение его объема. Опыт подтверждает это предположение. Например, при затвердевании расплавленного в пробирке нафталина в нем образуется углубление.

Оказывается, что у огромного большинства веществ объем при плавлении увеличивается, а при отвердевании уменьшается. Очевидно, при этом изменяется и плотность этих веществ: при плавлении плотность уменьшается, а при отвердевании увеличивается. Это легко подтвердить опытами. Например, кристаллики твердого нафталина тонут в расплавленном нафталине.

Проделав такого рода опыт с висмутом, мы Рис. 12.2. убедимся в том, что твердый висмут плавает в жидком висмуте. Лед также плавает в воде. Некоторые вещества, например, висмут, лед, галлий, германий, кремний, чугун, при плавлении сжимаются, а при отвердевании расширяются. Эти отклонения от общего правила объясняются особенностями строения кристаллических решеток этих веществ. Так, кристаллическая решетка германия и кремния отличается невысокой плотностью упаковки атомов, и при плавлении эти вещества уменьшаются в объеме.

На рис. 12.2 показано расположение молекул льда в пространственной решетке, где видно, что молекулы Н₂О расположены вплотную друг к другу, но при этом образуют ажурную конструкцию, в которой имеются значительные внутренние пустоты. При плавлении расстояния между ближайшими молекулами Н₂О увеличиваются, как и у других веществ, но ажурное строение кристалла ломается и за счет заполнения молекулами внутренних пустот общий объем вещества уменьшается. Поэтому вода оказывается плотнее льда.

Исследования показали, что после плавления в воде остаются отдельные части кристаллической решетки, в которых сохраняются пустоты. Они постепенно разрушаются лишь в процессе дальнейшего нагревания воды. Поэтому вода сжимается при нагревании до температуры 4°С. При 4°С процессы исчезновения пустот и увеличения расстояний между молекулами при нагревании компенсируются, и при дальнейшем нагревании вода начинает расширяться. При охлаждении воды все описанные процессы происходят в обратном порядке. Таким образом, вода имеет наибольшую плотность лишь при 4°С.

Это свойство воды имеет огромное значение в природе. Расширение воды при замерзании ведет к разрушению горных пород, предохраняет водоемы от промерзания и т. п. (Подумайте, почему на дне рек и озер зимой сохраняется температура 4°С.)

Изменение объема металлов при плавлении и отвердевании имеет существенное значение в литейном деле.

План самостоятельной работы студентов

Тема 2.5 «Плавление и кристаллизация. Изменение объема и плотности веществ при плавлении и кристаллизации»

Приложение №1

Устный опрос по теме «Кипение. Критическое состояние вещества»

«Кипение. Критическое состояние вещества»

1. Что называют насыщенным паром?

Насыщенный пар. В закрытом сосуде с жидкостью при неизменном объеме и постоянной температуре количество пара над ней не изменяется с течением времени. Это говорит о том, что число молекул, покинувших жидкость в единицу времени, в среднем равно числу молекул, возвратившихся обратно. Таким образом, в закрытом сосуде устанавливается динамическое равновесие между процессами испарения и конденсации.

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным.

1. Что называется кипением?

Кипением называется интенсивное превращение жидкости в пар, происходящее с образованием пузырьков пара по всему объему жидкости.

1. Объясните физический процесс кипения на рисунке.

• Образуются пузырьки на дне и стенках сосуда;

• Увеличивается количество пузырьков, вода «мутнеет», появляется характерный шум;

• Пузырьки увеличиваются в размере и всплывают на поверхность

Объяснение процесса кипения: с увеличением температуры воды давление пара в пузырьках возрастает и их объем увеличивается. Выталкивающая сила, действующая на пузырек, по закону Архимеда возрастает с ростом его объема. Когда она становится больше силы сцепления между пузырьками и твердой стенкой, пузырек отрывается от стенки.

1. Запишите и объясните условия кипения жидкости.

Кипение жидкости происходит при такой температуре, при которой давление насыщенного водяного пара становится равным внешнему атмосферному давлению.

P_нп =P_ат

Так, при атмосферном давлении вода кипит при 100°С, эфир – при 35°С, спирт – при 78°С, ртуть – при 357°С.

1. От чего зависит температура кипения жидкости?

Вывод: с уменьшением внешнего давления температура кипения понижается, а увеличением – повышается.

Например в паровом котле при давлении 15 атм температура кипения близка к 200°С. При подъеме в горы атмосферное давление уменьшается, на высоте 7134м вода кипит примерно при 70°С.

Температура кипения жидкости зависит не только от внешнего давления, но и от примесей, которые находятся в ней.

1. Почему во время кипения температура жидкости не изменяется?

Приложение №2

Вопросы для первичного закрепления материала

1. Что называют фазовым переходом?

Одно и то же вещество при определённых условиях может находиться в различных агрегатных состояниях - твёрдом, жидком или газообразном. Из твёрдого состояния вещество переходит в жидкое, а из жидкого в газообразное. Такой переход называют фазовым переходом.

1. Что называют плавлением вещества?

Процесс перехода вещества из твёрдого состояния в жидкое называют плавлением. Это процесс происходит при повышении температуры.

1. Что называют температурой плавления?

При повышении температуры скорость колебаний частиц внутри вещества увеличивается. Следовательно, увеличивается и его внутренняя энергия. При определённой температуре, которую называют температурой плавления, кристаллическая решётка твёрдого тела начинает разрушаться. Молекулы получают большую свободу. Они могут перескакивать и занимать другие положения. Вещество превращается в жидкость.

1. Чему равна температура плавления твердых тел?

Каждое вещество имеет свою температуру плавления. При нормальном давлении (760 мм рт.ст.) лёд начинает плавиться при 0^оС. Самую высокую температуру плавления среди металлов имеет вольфрам - 3422 °C. Простое вещество углерод плавится при температуре 3500 — 4500 °C. А температура плавления спирта - минус 114^оС.

1. Что называют кристаллизацией вещества?

Когда температура жидкости понижается, её молекулы становятся менее подвижными. А силы притяжения, которые удерживают молекулы в определённом строгом порядке, характерном для твёрдого тела, увеличиваются.

Если жидкое вещество охладить до определённой температуры, то оно затвердеет. Процесс фазового перехода из жидкого состояния к твёрдому называется кристаллизацией. В отличие от плавления, когда вещество получает тепло, при кристаллизации оно его отдаёт, а его температура снижается.

1. Что называют температурой кристаллизации?

Температура, при которой происходит этот процесс, называется температурой кристаллизации. Для чистого вещества температура плавления равна температуре кристаллизации.

1. Происходят ли изменения плотности и объема вещества при его плавлении?

Оказывается, что у огромного большинства веществ объем при плавлении увеличивается, а при отвердевании уменьшается. Очевидно, при этом изменяется и плотность этих веществ: при плавлении плотность уменьшается, а при отвердевании увеличивается. Изменение объема металлов при плавлении и отвердевании имеет существенное значение в литейном деле.

Приложение №3

Тестовые задания для итогового контроля

1. В каком состоянии может находиться железо?

А) только в твердом

Б) в твердом и жидком

В) в твердом, жидком и газообразном

2. Переход вещества из жидкого состояния в твердое называют

А) кристаллизацией Б) плавлением В) горением

3. Температуру, при которой вещество плавится, называют

А) температурой отвердевания Б) температурой плавления

Г) температурой сгорания

4. Выберите правильное утверждение

А) вещества отвердевают при той же температуре, при которой плавятся

Б) вещества плавятся при большой температуре, а отвердевают при маленькой

В) вещества плавятся при маленькой температуре, а отвердевают при большой

5.Температура тела во время его плавления

А) повышается Б) понижается В) не изменяется

Эталоны ответов к заданиям итогового контроля

Критерии оценки: за 3 правильно выполненных задания – «3» балла;

за 4 правильно выполненных задания – «4» балла;

за 5 правильно выполненных заданий – «5» баллов.

Домашнее задание

Цель: Определить объем информации для самостоятельной работы, обратить внимание на значимые моменты.

Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Соцкий, Физика. 10 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений (с приложением на электронном носителе). Базовый и профильный уровни - М.: Просвещение, 2011 г. 203-207, работа с конспектом лекции.

Перечень оборудования и оснащения

1. Доска

2. Компьютерное и мультимедийное оборудование

3. Электронное учебное пособие (приложение к учебнику)

4. Мультимедийная презентация (27 слайдов)

5. Задания для первичного закрепления знаний и итогового контроля

Список использованных источников

1. Инфоурок / infourok.ru [Электронный ресурс] // Режим доступа: https://infourok.ru/test-plavlenie-i-otverdevanie-klass-1361721.html

2. Домашние задания / homework.net.ua [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://homework.net.ua/изменение-объема-и-плотности-веществ/

3. Социальная сеть работников образования / nsportal.ru [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://nsportal.ru/shkola/fizika/library/2014/04/07/test-po-teme-agregatnye-sostoyaniya-veshchestva-plavlenie-i

4. Физика. 10 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. учреждений с прил. на электронном носителе: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н.Н. Соцкий.-11-е изд. - М. : Просвещение, 2003. – 336 с.

5. Физика-10. Разноуровневые самостоятельные и контрольные работы [Текст] / Л. А. Кирик ; Харьков: «Гимназия», 2002. – 192 с.

6. Школьная энциклопедия / ency.info [Электронный ресурс] // Режим доступа: http://ency.info/materiya-i-dvigenie/molekulyarno-kineticheskaya-teoriya/356-plavlenie-i-kristallizatsiya

Тестовые задания для итогового контроля (для преподавателя)

1. В каком состоянии может находиться железо?

А) только в твердом

Б) в твердом и жидком

В) в твердом, жидком и газообразном

2. Переход вещества из жидкого состояния в твердое называют…

А) кристаллизацией Б) плавлением В) горением

3. Температуру, при которой вещество плавится, называют…

А) температурой отвердевания Б) температурой плавления

Г) температурой сгорания

4. Выберите правильное утверждение:

А) вещества отвердевают при той же температуре, при которой плавятся

Б) вещества плавятся при большой температуре, а отвердевают при маленькой

В) вещества плавятся при маленькой температуре, а отвердевают при большой

5.Температура тела во время его плавления…

А) повышается Б) понижается В) не изменяется