Какое свойство твердых тел учитывается при строительстве линий электропередач

Преподаватель физики Куценко Н. И.

ГБПОУ «Волгоградский колледж

ресторанного сервиса и торговли»

КОНСПЕКТ УРОКА

учебной дисциплины

основной профессиональной образовательной программы

по специальности «Поварское и кондитерское дело»

Физика

Характеристики твёрдого состояния вещества

Планируемые образовательные результаты

Предметные: обучающиеся смогут

• различать: кристаллические, аморфные тела и композиты;

• характеризовать монокристаллические и поликристаллические твёрдые тела;

• объяснять зависимость физических свойств вещества от направления: анизотропность и изотропность.

Метапредметные

Познавательные:

• находить в учебнике достоверную информацию;

• анализировать тот факт, что от расположения атомов, их периодичности зависит вид твёрдого тела;

• строить логическое обоснование зависимости физических свойств твёрдого тела от направления;

• исследовательские умения, ставить эксперимент: по сколу шоколада, сахара, соли, карамели, определить вид твёрдого тела;

• построение 3-D модели твёрдого тела. (https://www.tflexcad.ru/help/cad/15/conception_3d.htm)

Регулятивные:

• прогнозировать результаты исследовательской деятельности;

• планировать свою профессиональную конкурсную работу, в номинации кулинарное искусство, при выборе материала для приготовления мастики;

• осознание того, что уже усвоено и что ещё нужно усвоить для оценки качества проведенной работы.

Коммуникативные:

• Излагать своё мнение при выборе материала из твёрдого вещества для обеспечения безопасности в профессиональной деятельности;

• Создавать устные и письменные отчёты в группе для интерпретации результатов практической работы;

• Вырабатывать решениядля коллективного презентования продукта исследовательской деятельности;

• Преодолевать конфликты: договариваться с одногруппниками, уметь взглянуть на ситуацию с позиции каждого.

Личностные:

• Аргументированно оценивать вклад в групповую практическую деятельность каждого из присутствующих и свой личный;

• Осознавать свои эмоции, адекватно выражать и контролировать, понимать эмоциональное состояние других;

• Осознавать свои черты характера, интересы, цели, позиции, свой мировоззренческий выбор.

Цель урока: Создать условия:

1. формирования у обучающихся знаний о видах твёрдых тел: кристаллических, аморфных и композитах;

2. развития представлений о монокристаллах и поликристаллах;

3) совершенствования навыков поиска учебной информации из текста учебника, Интернет ресурсов;

4) развития познавательного интереса, формирования научного мировоззрения, экологического воспитания.

Задачи урока:

1. По описанию кристаллических, аморфных твёрдых тел и композитов дать качественную характеристику их свойств;

2. Теоретически и экспериментально обосновать зависимость физические свойства материалов от направления;

3. На основе анализа исследовательской работы определить характеристики, от которых зависит вид твёрдого тела.

Тип урока: информационно-развивающий

Обеспечение урока: информационные источники, раздаточный материал; модель кристаллической решётки, материалы твёрдых тел.

Технологическая карта урока

1.Организационный:

1.1ознакомлнение с планируемыми образовательными результатами;

1.2.постановка цели и задач урока;

1.3. определение структуры урока;

1.4. инструктирование по безопасному поведению на уроке

Объяснительно-иллюстративный, метод проблемного изложения

Приветствует, поверяет готовность к уроку.

Сообщает тему урока, планируемые образовательные результаты,

Называет структурные элементы урока.

Объясняет инструктаж безопасного поведения на уроке.

Определяет основные направления работы.

Приветствуют.

Готовятся к занятию. Воспринимают и записывают тему урока, узнают о планируемых образовательных результатах урока, делают предположения,

задают уточняющие вопросы; знакомятся с инструкцией по безопасному поведению на уроке, формируют группы для выполнения практической работы, определяют этапы своей работы.

15 мин

2. Основной этап

2.1. Теоретическое описание основных характеристик кристаллических, аморфных твёрдых тел и композитов;

2. 2.Выполнение практической работы для экспериментального исследования зависимости физических свойств материалов от направления;

2.3 . Определение основных характеристик вещества на основе анализа исследовательской работы.

Эвристический метод с элементами исследовательской деятельности

 Вспомогательная деятельность в подборе информации. Корректирующая помощь в практической работе, уточнение графической вариации свойств вещества; помощь в организации групповой работы обучающихся.

Наблюдение за исполнением правил безопасного поведения

По учебникам и карточкам выбирают материал, характеризующий кристаллические, аморфные твёрдые тела и композиты;

Выполняют практическую работу: по сколу шоколада, кусков сахара, соли, карамели, леденца определяют принадлежность вещества к виду твёрдого тела;

исследуют зависимость физические свойства от направления;

определяют основные характеристики, от которых зависят или не зависит вид твёрдого тела.

40 мин

3. Заключительный этап

3.1. Рефлексия

3.2. Презентация полученных результатов.

3.3.Выводы

3.4.Д/з

Метод самоанализа

Готовит фразы для рефлексивного ряда на доске: сегодня я узнал…

было интересно…

было трудно…

я выполнял задания…

я понял, что…

теперь я могу…

я почувствовал, что…

я приобрел…

я научился…

у меня получилось …

я смог…

я попробую…

меня удивило…

урок дал мне для жизни…

мне захотелось… Помогает обучающимся сформулировать получаемые результаты, презентовать продукт работы.

Ребята по кругу высказываются одним предложением, выбирая начало фразы из рефлексивного ряда самоанализ своей деятельности и её результатов.

Делают выводы о выполненной работе, показывают результаты в форме стендового сообщения. Называют механические свойства материалов, которые характеризуют возможность их использования в изделиях, эксплуатируемых при воздействии внешних нагрузок (Пряничный домик): прочность; твердость;

триботехнические характеристики.

Их параметры существенно зависят от материала, размеров и состояния исследуемых образцов и

обусловлены силами взаимодействия частиц, составляющих твёрдое вещество.

35 мин

Теоретический материал

Твердые тела, в отличие от жидких тел, сохраняют не только объем, но и форму. Потенциальная энергия молекул или атомов твердого тела, обусловленная силами притяжения между ними, значительно превышает кинетическую энергию молекул или атомов, которые колеблются около определенных положений равновесия (Е п >>Ек). Если соединить центры положений равновесия атомов, молекул или ионов твердого тела, то получится правильная пространственная решетка, называемая кристаллической.
Кристаллы – это твердые тела, атомы или молекулы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве, т.е. для кристаллов характерен дальний порядок в расположении частиц.
Одиночные кристаллы называют монокристаллами. Они представляют собой тела, ограниченные плоскими гранями. У разных монокристаллов одного и того же вещества углы между соответственными гранями одинаковы, что в первую очередь позволяет различать кристаллы. К монокристаллам, встречающимся в природе, относятся горный хрусталь, алмаз, турмалин и др. Для монокристаллов характерна анизотропия.
Анизотропия – это зависимость физических свойств от выбранного в кристалле
направления. По разным направлениям кристалл имеет различную механическую прочность, по-разному проводит теплоту и электрический ток, имеет разные оптические свойства.
Металлы, сплавы и многие горные породы имеют кристаллическую структуру. Если взять большой кусок металла, то ни внешне, ни в физических свойствах кристаллическое строение никак не проявляется. В обычном состоянии металлы не обнаруживают анизотропии.
Обычно металл состоит из огромного числа сросшихся друг с другом кристаллов, расположенных беспорядочно. В связи с этим в объеме много больше объема отдельных кристаллов, все направления равноправны и свойства металлов одинаковы по всем направлениям.
Твердое тело, состоящее из большого числа маленьких кристалликов, называют поликристаллическим.
Существуют твердые тела, у которых нет строгого порядка в расположении атомов. Только ближайшие соседние атомы располагаются в некотором порядке. Для таких тел, как и для жидкостей, характерен ближний порядок в расположении атомов. Их называют аморфными (греч. amorphos – бесформенный)
Аморфными являются стекло, пластмассы, смола, канифоль, леденцы и др.
Часто одно и то же вещество может быть кристаллическим и аморфным. Все аморфные тела изотропны, то есть их физические свойства одинаковы по всем направлениям. Аморфные тела одновременно упруги (как твердые тела) и текучи (как жидкость).
Твердые тела сохраняют форму, но под действием сил, приложенных к ним,
форма тел меняется, то есть происходит деформация.
Деформацией называется изменение формы или размеров тела.
Деформации, которые полностью исчезают после прекращения действия внешних сил, называются упругими.
Свойство деформированных тел принимать первоначальную форму и объем после прекращения действия внешних сил называется упругостью (пружина, стальные шарики при столкновении и др.).
Деформации, которые не исчезают после прекращения действия внешних сил, называются пластическими.
Свойство деформированных тел сохранять деформацию после прекращения действия внешних сил, называется пластичностью (глина, воск, свинец – при небольших, но длительных воздействиях).
Деление материалов на упругие и пластичные условно, т.к. каждый материал обладает упругостью и пластичностью. Опыт показывает, что при постепенном увеличении нагрузок на материал в теле сначала возникают упругие деформации, а затем пластические.
В машиностроении также приходится учитывать такие механические свойства как хрупкость и твердость.
Существуют материалы, которые при небольших нагрузках упруго деформируются, а при увеличении нагрузки разрушаются прежде, чем у них появится пластическая деформация. Такие материалы называются хрупкими (стекло, кирпич). Хрупкие материалы очень чувствительны к ударной нагрузке.
Твердость материала определяется разными способами. Обычно более твердым считается тот материал, который оставляет царапины на поверхности другого материала. Наиболее твердым материалом считается алмаз. На практике при механических воздействиях на твердые тела встречаются различные виды деформаций, такие как деформация растяжения (сжатия), деформации поперечного и продольного изгиба, деформация кручения, деформация сдвига и др.
Рассмотрим некоторые из них.
1. Деформация растяжения (сжатия)
Если однородный стержень закрепить одним концом, приложить силу F вдоль оси стержня в направлении от этого конца, то стержень подвергается деформации растяжения.
Деформацию растяжения испытывают тросы, канаты, цепи в подъемных устройствах, стяжки между вагонами. Если на тот же стержень действовать силой F , направленной к закрепленному
концу, то стержень подвергается деформации сжатия.
Относительная деформация: ε < 0.
Деформации сжатия подвергаются столбы, колонны, стены, фундаменты стен. При растяжении или сжатии изменяется площадь поперечного сечения тела.
2. Деформация сдвига
Деформацию, при которой происходит смещение слоев тела друг относительно друга, называют деформацией сдвига. Угол сдвига γ прямо пропорционален величине приложенной силы.
Деформацию растяжения характеризуют абсолютным удлинением:
∆ ℓ = ℓ – ℓ0
и относительным удлинением:
ε = ∆ ℓ / ℓ0
ℓ0 – начальная длина;
ℓ – конечная длина стержня.

Деформацию сдвига испытывают балки в местах опор, заклепки и болты, скрепляющие детали.
Механические свойства твердых тел существенно зависят от температуры. Например, нагретая сталь приобретает пластичность (ковкость), а резина при очень низкой температуре становится хрупкой. При нагревании твердого тела увеличиваются средние расстояния между
молекулами или атомами, находящимися в узлах кристаллической решетки, и объем кристалла увеличивается.

Тепловым расширением называется линейное увеличение размеров тела и
его объема, происходящее при повышении температуры.
1. Линейное расширение
Линейное тепловое расширение характеризуется температурным коэффициентом линейного расширения . Этот коэффициент показывает относительное изменение линейных размеров тела, выполненного из данного материала при изменении температуры на 1К. Пусть при Т0 тело имеет длину ℓ0 . При нагревании до температуры Т его длина увеличивается до ℓ, то есть на ∆ ℓ = ℓ – ℓ0 .
Относительное удлинение тела составит ∆ ℓ / ℓ0 .
Температурный коэффициент линейного расширения – это величина, равная отношению относительного удлинения тела к изменению его температуры на ∆Т = Т – Т0
 = ∆ ℓ / ℓ0 ∆Т
Отсюда конечная длина тела определится:
ℓ = ℓ0 (1+ ∆Т )
Температурный коэффициент линейного расширения зависит от рода вещества и дается в таблице.
2. Объемное расширение
С увеличением температуры увеличивается объем твердого тела. Коэффициент объемного расширения  – величина, равная отношению относительного увеличения объема ∆V / V0 тела к изменению температуры тела ∆Т:
 = ∆V / V0∆Т
Связь между  и :  = 3
В технике необходимо учитывать тепловое расширение твердых тел. Например, при натягивании проводов на линиях электропередач, устройстве паропроводов (использование петель-компенсаторов), сооружении мостов, прокладке рельс. При строительстве зданий необходимо подбирать материалы с одинаковым коэффициентом объемного расширения. Иначе при изменении температуры в стенах возникнут трещины и перекосы, что может привести все сооружение в аварийное состояние, как и при строительстве пряничного домика, изделий из карамели или мастики.

Свойства твердых веществ

Ученые давно изучают свойства твердого состояния вещества. При воздействии на него температур изменяется и оно.

Переход такого тела в жидкость называют плавлением.

Трансформация твердого вещества в газообразное состояние называется сублимацией.

При понижении температуры происходит кристаллизация твердого тела. Некоторые вещества под действием холода переходят в аморфную фазу. Этот процесс ученые называют стеклованием. При фазовых переходах изменяется внутренняя структура твердых тел. Наибольшую упорядоченность она приобретает при понижении температуры. При атмосферном давлении и температуре Т > 0 К любые вещества, существующие в природе, затвердевают. Только гелий, для кристаллизации которого нужно давление в 24 атм, составляет исключение из этого правила. Твердое состояние вещества придает ему различные физические свойства. Они характеризуют специфическое поведение тел под воздействием определенных полей и сил. Эти свойства подразделяют на группы.

Выделяют три способа воздействия, соответствующие трём видам энергии (механической, термической, электромагнитной).

Соответственно им существует три группы физических свойств твердых веществ:

Механические свойства, связанные с напряжением и деформацией тел. По этим критериям твердые вещества делят на подгруппы: упругие, реологические, прочностные и технологические. В покое такое тело сохраняет свою форму, но оно может изменяться под действием внешней силы. При этом его деформация может быть пластической (начальный вид не возвращается), упругой (возвращается в первоначальную форму) или разрушительной (при достижении определенного порога происходит распад/разлом). Отзыв на прилагаемое усилие описывают модулями упругости. Твердое тело сопротивляется не только сжатию, растяжению, но и сдвигам, кручению и изгибам.

Прочностью твердого тела называют его свойство сопротивляться разрушению.

Термические свойства, проявляются при воздействии тепловых полей. Одно из самых важных свойств – температура плавления, при которой тело переходит в жидкое состояние. Оно отмечается у кристаллических твердых веществ. Аморфные тела обладают скрытой теплотой плавления, поскольку их переход в жидкое состояние при повышении температуры происходит постепенно. По достижении определенной теплоты аморфное тело теряет упругость и приобретает пластичность. Это состояние означает достижение им температуры стеклования. При нагревании происходит деформация твердого тела. Причем оно чаще всего расширяется. Количественно это состояние характеризуется определенным коэффициентом. Температура тела влияет на такие механические характеристики, как текучесть, пластичность, твердость и прочность.

Электромагнитные свойства, связанные с воздействием на твердое вещество потоков микрочастиц и электромагнитных волн большой жесткости. К ним условно относят и радиационные свойства.

Домашнее задание:

• изучить записи в тетради;

• составить план-характеристику твёрдого тела;

• охарактеризовать леденцы, соль, дерево.

Перечень рекомендуемых учебных изданий, Интернет-ресурсов, дополнительной литературы

ОСНОВНАЯ

1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика. 10 класс. – М., Просвещение, 2014

2. Рымкевич А. П..Сборник задач по физике 10-11 классы.– М., Дрофа , 2013

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1. Дмитриева В.Ф. Физика: Учебник для студентов образовательных учреждений начального и среднего профессионального образования.. – 7-е изд., перераб. и доп. М.., «Академия», 2014.

2. Дмитриева В.Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для образовательных учреждений начального и среднего профессионального образования.- М., Образовательно-издательский центр «Академия» – 2014 г.

3. Рассказова Г. А. Физика. 9 – 11 классы. В таблицах и схемах., ИП Милосердов И. В., 2011.

4. Степанова Г.Н. Сборник задач по физике 10-11 классы.– М., Просвещение,2013

ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСЫ

1. st-books.ru- Лучшая учебная литература.

2. www.school.edu.ru/default.asp- Российский образовательный портал. Доступность, качество, эффективность.

3. https://www.alleng.ru/edu/phys.htm- Образовательные ресурсы Интернета – Физика.

4. https://school-collection.edu.ru/catalog/pupil/?subject=30- Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов.

5. https://fiz.1september.ru/- Учебно-методическая газета «Физика».

6. dic.academic.ru- Академик. Словари и энциклопедии.

7. https://festival.1september.ru

8. https://4ege.ru/fizika

9. https://phys-i.narod.ru

Приложение

10