Агрегатные состояния вещества

Цель:изучить физические особенности в строении и свойствах различ­ных веществ. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.

научить учащихся понимать суть таких тепловых явлений, как плавление и кристаллизация; изучить особенности в поведении вещества при переходе из твердого состояния в жидкое и обратно.

Демонстрации: модели кристаллических решеток; наблюдение за про­цессами испарения, плавления и кристаллизации; набор кристаллических и аморфных тел.

Ход урока

I. Организационный момент

II.Анализ результатов контрольной работы

Перед началом изучения новой темы необходимо провести краткий анализ результатов контрольной работы, обсудить наиболее типичные ошибки, рассмотреть решения некоторых задач у доски.

III.Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Три агрегатных состояния вещества.

2. Виды перехода из одного агрегатного состояния в другое.

3. Демонстрация плавления льда.

4. Температура плавления; температура кристаллизации.

1. Рассмотрение нового материала очень удобно начать с демонстрации опыта по плавлению льда на спиртовке. Термометр, опущенный в сосуд со льдом, показывает текущую температуру, а секундомер фиксирует время процесса.

При этом легко обнаружить, что на начальном этапе нагревание льда происходит с ростом его температуры. Так он нагревается до О °С. Затем мы наблюдаем процесс плавления, который идет при постоянной темпера­туре О °С. Через определенное время весь лед превращается в воду. Только после этого температура воды начинает подниматься.

На доске можно построить график зависимости температуры от времени нагрева . Участок АВ - нагрев льда. Вся энергия идет на увеличение внутренней энергии вещества. Колебания молекул льда увеличиваются.

Участок ВС - плавление льда. Этот процесс во времени более дли­тельный, чем нагрев льда, и он идет при постоянной температуре. Все количество теплоты уходит на раз­рушение кристаллических решеток.

Следующий участок - нагрева­ние воды.

После демонстрации опытов по таянию льда, плавлению и отверде­ванию кристаллических тел учащие­ся должны твердо усвоить три следующих положения:

а)  Существует температура, выше которой вещество в твердом со­стоянии не может находиться.

б) Температура во время плавления остается постоянной.

в) Процесс плавления требует притока энергии к плавящемуся веществу.

2.  Та температура, при которой происходит переход твердого вещества в жидкое, называется температурой плавления. Температура плавления различных веществ - табличная величина.

Далее необходимо проанализировать таблицу 3 в учебнике (с. 32). Из таблицы видно, в каких пределах лежат температуры плавления различных веществ. Учитель может задать ряд вопросов по таблице:

-    Какой из металлов, приведенных в таблице, самый легкоплавкий?

-    Какой из металлов самый тугоплавкий?

Если сосуд с водой поместить в среду, где температура меньше О °С, то будет наблюдать процесс охлаждения воды с последующим отвердеванием.

Процесс кристаллизации будет идти также при постоянной, температу­ре. Она называется температурой кристаллизации. При этом:

Таким образом, плавление и кристаллизация - два симметричных про­цесса. В первом случае вещество поглощает энергию извне, а во втором -отдает в окружающую среду.

различные температуры плавления определяют области применения различных твердых тел в быту, технике. Из тугоплавких металлов изготав­ливают жаропрочные конструкции в самолетах и ракетах, атомных реакто­рах и электротехнике.

3. Изложение нового материала следует начать с демонстрации про­стейшего опыта. В прозрачном сосуде с водой плавают кусочки льда, и со­суд плотно закрыт крышкой.

Очевидно, что температура смеси примерно равна О °С. То есть воз­можна такая ситуация, когда вещество одновременно находится в твердом, жидком и газообразном состоянии.

Любое вещество, состоящее из атомов или молекул, может находиться в одном из трех агрегатных состояний: а) твердом; б) жидком или в) газооб­разном,

-     Что же отличает одно агрегатное состояние вещества от другого?

-     Каковы особенности молекулярного строения газов, жидкостей и твердых тел? (Прежде чем продолжить объяснение, жела­тельно выслушать мнения учащихся.)

На примере моделей кристаллических решеток видно, что в твердом со­стоянии положение молекул упорядочено. Они не могут свободно переме­щаться по телу.

Молекулы жидкости не имеют такой структуры в расположении, силы взаимодействия у них меньше, чем у молекул твердых тел, и поэтому даже под действием небольших внешних сил они легко перемещаются. Жидко­сти обладают текучестью.

Молекулы газа еще слабее связаны друг с другом, и поэтому переме­щаются по всему объему с большими скоростями. При этом они часто сталкиваются друг с другом. Это можно наблюдать на примере распро­странения запаха духов по комнате.

Делается вывод: во-первых, в разных агрегатных состояниях располо­жение атомов и молекул различно; во-вторых, внутренняя энергия одина­ковых масс твердого тела, жидкости и газа при одинаковых температурах различна.

В ознакомительном плане можно рассказать учащимся об аморфных те­лах, которые обладают свойствами твердых тел (прочность, хрупкость, твердость) и свойствами жидкостей (текучесть, не сохраняют формы с течением времени).

4. Процесс перехода вида «твердое вещество —* жидкость —» газ» связан с увеличением внутренней энергии. Значит, в таких превращениях вещест­во поглощает тепло, и кинетическая энергия движения молекул возрастает, то есть:U> 0.

А в переходе вида «газ —* жидкость —* твердое вещество» процесс пе­рехода идет с выделением тепла. При этом скорость молекул и внутренняя энергия уменьшаются, то есть: U< 0.

Иногда бывает так, что вещество из данного агрегатного состояния сра­зу переходит в иное, минуя жидкую фазу. Процесс перехода из твердого состояния в газообразное называется сублимацией или возгонкой. Субли­мирует кусочек льда в морозный день. Сырое белье замерзает на ветру в мороз, а через сутки становится сухим - ледяная корка исчезает. Также сублимирует угольная кислота в брикетах. Вообще любое тело в твердом состоянии, если оно имеет запах, сублимирует.

Процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое называется плавлением. Оно идет с поглощением тепла.

Процесс превращения жидкости в пар называется парообразованием. Это тоже требует количества теплоты извне.

Процесс превращения жидкости в твердое тело называется кристалли­зацией. При этом вещество часть тепла отдает в окружающую среду.

Процесс превращения пара в жидкость называется конденсацией.

Очень интересным процессом является процесс, обратный сублимации, -десублимация. При этом вещество из газообразного состояния сразу пере­ходит в жидкую фазу.

Таким образом, есть шесть процессов, которые определяют варианты перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое : плавление, кристаллизация, парообразование, конденсация, сублимация, десуб­лимация.

Домашнее задание

1.  § 13 учебника; вопросы и задания к параграфу.

2. Сборник задач В. И. Лукашика,  № 1012, 1013.