Описание хода урока

Описание хода урока

Жизнь мужчины так или иначе связана с военной службой и каждый хотя бы раз мысленно примерял на себя военную форму. Именно с формой связана одна интересная детективная история.

История с оловянными пуговицами

В начале ХХ века в Петербурге на складе военного оборудования произошла скандальная история: во время ревизии, к ужасу интенданта, выяснилось – исчезли пуговицы для солдатских мундиров, а ящики, в которых они хранились, доверху заполнены серым порошком. И хотя на складе был лютый холод, интенданту наверняка стало жарко. Его мысли были заняты тем, что его заподозрят в краже, а это ничего, кроме каторжных работ, не сулило.

• Что спасло бедолагу?..

Заключение химической лаборатории, куда ревизоры направили содержимое ящиков.

• Как вы думаете, удалось ли интенданту избежать наказания?..

Да. Судьба этого человека висела на волоске, однако, как это не удивительно, он мог быть наказан лишь за незнание свойств металлов.

Рассуждения и поиск разгадки

Мы вполне можем разгадать эту загадку путём рассуждений.

• Из какого металла, по вашему мнению, могли быть изготовлены пуговицы для военных мундиров? … Теперь вспомните условия, при которых пуговицы исчезли…был лютый мороз. Рассуждаем вместе …

• Конструкции из этих металлов мы часто встречаем на улице в морозный день? …

Сплавы на основе алюминия… алюминиевый профиль окон, самолёт тоже изготовлен из сплавов на основе алюминия. Сплавы на основе цинка – оцинкованная жесть встречается нередко на улице. Сплавы на основе олова – какие изделия на основе олова вы встречали в своей жизни?.. Почему-то оловянные конструкции на улице не встречаются. Наши воспоминания детства связаны лишь со стойким оловянным солдатиком, охранявшим игрушечное королевство (выставить книгу). Тогда еще не было всем известно о таком явлении, как «оловянная чума». При температуре −13 °С металл словно начинал болеть, покрывался серыми пятнами и в конце концов рассыпался на мельчайшие песчинки, превращался в пыль.

Введение в тему урока

Эта поучительная история помогает нам задуматься о том, что знание свойств любых материалов имеет для каждого из нас жизненно-важное значение, потому что они составляют неотъемлемую часть нашей жизни. И в нашей истории человека спасло именно знание.

Постановка цели

Вокруг нас много материалов, свойствами которых мы пользуемся в своих интересах. Например, вода. У меня есть два одинаковых стакана с водой. Если я перелью эту воду в другую форму, то обнаружу, что вода примет форму сосуда, в который налита.

• Как можно использовать свойство текучести воды в наших интересах? Когда-то люди носили воду вручную, а сейчас для этого используется что? … Верно, водопровод. Зная свойство текучести воды, мы можем перегонять её по водопроводу из одного конца города в другой.

• Мы также знаем, что свойства воды при определённых условиях могут меняться… Если нагреть воду, то она испаряется и может совсем исчезнуть, превратившись в пар. А если её охладить ниже 0 °С, то она же превратится в лёд. Нам всем очень хорошо известны эти факты. Почему мы знаем о них?... Потому что умеем:

• наблюдать и исследовать свойства;

• освоили область их полезного применения.

Свойства воды мы знаем с детства. Однако не меньшее значение в нашей жизни имеют металлы и знание их свойств. К примеру, из какого материала вы можете предложить изготовить водопроводные трубы? …из металла,…из пластика. Хорошо, а знаете ли вы, что одной из причин падения Римской империи считают изготовление подземных труб водопровода из свинца. Это послужило причиной, что римляне, особенно элита, не доживали до 30 лет из-за раковых опухолей. Предлагаю этот проблемный вопрос: «Какой же материал допустимо и желательно использовать для изготовления водопроводных труб, чтобы вода хорошего качества поступала в любую точку города?» сохранить для ответа в конце урока.

Итак, тема урока сегодня: Свойства металлов и сплавов.

• Чему мы будем учиться? (вновь предыдущий слайд).

− Наблюдать и исследовать свойства металлов и сплавов, т.е. замечать малозаметные, но существенные их характеристики.

− Осваивать способы действия по полезному применению свойств металлов и сплавов в своих интересах.

Свою работу на уроке вы оцените сегодня сами, заполнив в конце урока лист самооценивания, который я вам сейчас выдал. В него включены все возможные формы вашей активности на уроке, и у каждого есть возможность отлично поработать на уроке. Вновь обратимся к истории. Наши далёкие предки жили в каменном веке, а за ним шел век какого-то металла…

• Какой же металл люди впервые начали использовать в своих интересах? … Правильно, медный. Историки однажды провели эксперимент – изготовили каменный и медный топоры. Потом двое самых мускулистых историков стали состязаться, кто быстрее дерево срубит – каменным за 75 мин управился, устал…, а тот, что медным топором рубил, ту же работу за 25 мин умудрился выполнить – разница в 3 раза меньше времени.

• Как называется в истории век, следующий за медным? … Верно, бронзовый. Взяли известную и распространённую тогда медь и добавили ещё более мягкое олово, а получилась очень твёрдая бронза. Что же такое бронза и чем она отличается от меди?

• Как называется соединение двух и более металлов? … Сплав, верно. Сплав – это соединение двух и более металлов. Различают сплавы (?)… чёрные, железоуглеродистые и цветные, как мы уже упоминали, например, на основе алюминия, цинка, олова. Зачем же людям понадобились сплавы? …Правильно, для получения определённых свойств. Хочу вам напомнить, что различают свойства физические – это цвет, запах, плотность и т.п. и механические, такие как способность выдерживать нагрузки. Эти свойства и будут предметом нашего изучения. По назначению металлы и сплавы делятся на конструкционные и инструментальные. Подумайте и ответьте, где они используются в наше время? В домашнем хозяйстве? На территории нашего города Владимира? Какие сооружения из металла или сплава являются достоянием мировой культуры? … Сейчас мы сможем уточнить, насколько полно мы имеем представление о значении металлов и сплавов в нашей жизни… (запускает слайд-презентацию). 1. Кухонные приборы – это кастрюли, открывалки, вилки, ножи, посуда и т.п. (3 слайда). 2. Мебель, включая кровати, столы, стулья,

шкафчики и многое другое, стеллажи. 3. Механизмы – часы, заводные игрушки, вертолёт к примеру. 4. Различного рода трубы, вентили, смесители, отопление – одним словом как их объединить? Сантехника, молодцы (2 слайда). 5. Развлечения тоже не последнее место занимают в нашей жизни – велосипеды, коньки, ролики, джамперы (2 слайда). 6. Микроэлектроника и электроника. 7. Компьютеры. 8. Крепеж (2 слайда). 9. Даже лампочка. 10. Проводки, кабель – все проводники электрического тока (2 слайда). 11. Мостостроение. 12. Строительство (3 слада). 13. Машиностроение. 14. Судостроение (2 слайда). 15. Спутники. 16. В космос на деревянных ракетах летаем?... А разве я всё назвал? Конечно же нет. О великой ценности металлов говорит и такой факт, что если в нашем организме убрать 3 грамма железа – мы бы не смогли жить. Итак, мы используем металлы и сплавы, потому что они обладают рядом полезных свойств.

Эксперименты и формирование содержания понятий свойств

Приступим к исследованию свойств металлов и сплавов. На задание по индивидуальным карточкам у вас будет три минуты:

Карточка №1. Опишите, какие физические свойства дюралюминия (олова) вы можете наблюдать: блеск, отражение, плотность относительно других металлов (сплавов) – если это возможно, цвет, структура (рисунок) на кусочке металла (сплава).

Карточка № 2. Возьмите кусочек дюралюминия (олова) и прочертите по нему чертилкой. То же самое сделайте с кусочком стали. Затем сравните глубину и размер отпечатка, отставленного чертилкой. Результат запишите.

Карточка № 3. Возьмите алюминиевую (медную) и стальную проволоки. Зажмите их в тисках так, чтобы длины проволок, выходящих за тиски, были одинаковыми. Затем согните их под прямым углом и отпустите. Что вы наблюдаете? Запишите результаты.

Карточка № 4. Возьмите алюминиевую (медную) и стальную проволоки. С помощью плоскогубцев согните алюминиевую проволоку, затем выгните её в другую сторону и так далее до тех пор, пока она не сломается – обязательно посчитайте, сколько раз вам потребовалось сгибать проволоку до того, как она сломалась. Те же действия выполните со стальной проволокой. Сравните результаты и запишите их.

Карточка № 5. Определите два доминирующих свойства металла (сплава) по прочитанному тексту:

1. Один из распространённых теперь сплавов был получен в промышленных масштабах в 1911 году в немецком городе Дюрене и получил своё название в честь города. Его стали называть дюралюминием. Его появление сразу привлекло внимание авиаконструкторов. Уже во втором десятилетии 20 века появились самолёты, в которых дюралюминий был основным конструктивным материалом.

2. Сооружения, состоящие из почти чистого алюминия, сохранились с 1880-х годов: скульптура Эроса, крыши Римских церквей, мост в Питсбурге (до сих пор действующий). В этих же годах алюминий научились получать в промышленных масштабах.

Карточка № 6. Определите два доминирующих свойства металла (сплава) по прочитанному тексту:

1. Олово издревле стали называть защитником металлов. Ещё греческий историк Геродот, живший в 5 веке до нашей эры, упоминает о железе, которое защищали оловом.

2. Именно это свойство давало возможность выполнять отливки в больших количествах в деревянных формах. При соприкосновении с горячим оловом древесные породы чуть подпаливались, но не разрушались. Такие древесные формы применяли манси – народности севера Сибири. В них отливались фигурки лосей, почитаемых тотемных животных, от которых, по мнению кочевников, они и вели свой род.

• Вы изучили свойства двух сплавов на основе олова и алюминия. Доложите результаты. … Хорошо. Теперь мы поработаем над тем, чтобы дать названия этим свойствам и сформулировать их содержание. Эти свойства универсальны, потому что ими обладают практически все материалы, но металлы и сплавы имеет особенно высокие показатели этих свойств.

• Олово плохо сопротивлялось проникновению в неё чертилки, а дюралюминий оказал гораздо большее сопротивление, однако уступил стали. Как называется это свойство? … ТВЁРДОСТЬ, верно. Попробуем дать определение этому термину. Я помогу вам начать, а вы назовите самый главный признак проявления этого свойства. … Это механическое свойство металла и сплава, которое заключается в способности… Что делать? С чем дюралюминий справился лучше, чем олово?... Он лучше «сопротивлялся», вот об этом нам и нужно сказать в определении. …

• Отлично. Во втором задании вы определили, что все проволоки под действием силы изменили свою форму, но когда мы перестали её прикладывать, то металл попытался сохранить новую форму. Какие-то материалы с этим справились хорошо, какие-то не очень. И это свойство называется плас … ПЛАСТИЧНОСТЬ. Формулируем определение данного свойства. Начало определения остаётся прежним и самое важное выделить главный признак. Верно, это слова «изменять и сохранять». Следующее свойство противоположно пластичности. Что это значит? Было «изменять и сохранять», значит должно быть «изменять и восстанавливать форму». Как оно называется? Верно, УПРУГОСТЬ. Если дюралюминий был пластичнее относительно стали, то сталь будет более упругой относительно?... Вот и молодцы. По аналогии с определением пластичности сформулируйте определение упругости … Это способность изменять первоначальную форму и восстанавливать её после снятия нагрузки. Молодцы! Где это свойство можно применить, по вашему мнению?... Молодцы. Теперь можно проверить, насколько хорошо вы поняли сущность этих свойств.

История о свинцовых письмах

Не так давно археологи нашли на острове Березань, расположенном в Чёрном море при входе в Днепровский лиман, древнегреческое письмо. Это была пластинка, свёрнутая трубочкой. Такие письма были распространены в Древней Греции, однако их сохранилось лишь пять экземпляров. Почему же это такая большая редкость? Да потому что, совершенно игнорируя интересы отправителя, адресат, прочтя письмо, обычно использовал его затем для изготовления разновесов и грузил, для ремонта крыши и других целей! Необычное многофункциональное письмо, не так ли? Как вы считаете, из какого металла были сделаны эти пластины и почему именно их использовали в Древней Греции? Верно, здесь свинец заявляет сразу о двух своих свойствах. Каких? Твёрдостью он, конечно, обладает, но показатель твёрдости очень мал. Видите, мы смогли узнать о свойствах свинца по записям археологов… Это очень здорово!

Осталось обсудить последнее задание. Вы сосчитали, сколько раз надо согнуть проволоку, чтобы она сломалась. Каковы результаты? Проволока из сплава на основе алюминия сломалась быстрее, чем медная и стальная проволоки. Когда мы прикладывали силу, какую-то нагрузку, проволока сгибалась. При первом изгибе часть молекул теряла связи – в одном материале мало, в другом много. При повторном изгибе мы наблюдали тот же эффект. Подтверждением этому может служить ощущение, что второй раз гнуть легче. Это свойство называется ПРОЧНОСТЬЮ. Прочность, однако, бывает разных видов – у нас это прочность на изгиб. Существует прочность на растяжение, допустим, проволока из чистой стали выдерживает нагрузку 2 т. Однако, как правило, сталь содержит примеси, и такая проволока в реальности выдержит 300 кг в лучшем случае. Что же в этих двух примерах одинаково? И в том и в другом случае материал находился под нагрузкой, какие-то материалы разрушаются, какие-то нет. Для каждого материала своя нагрузка. Итак, кто сформулирует определение? … Что ж, вы хорошо потрудились, если даёте достаточно сложные определения.

Условия изменения свойств

Однако давайте задумаемся над вопросом – всегда ли нас устраивают свойства, естественно присущие металлам? Или в нашей власти изменять их по своему усмотрению? А может быть мы способны получать новые материалы с другими свойствами? …Одна из самых твёрдых разновидностей стали известна под названием «булатная сталь». Учёные до сих пор не понимают, как её получали наши предки с крайне несовершенными технологиями того времени. Легирование стали, т.е. добавление в неё в небольшом количестве полезных примесей, таких как ванадий, вольфрам, молибден, никель, олово, хром, цирконий, является одним из способов изменения её свойств. Сегодня мы затрагивали ещё один способ изменения свойств. Мы упоминали, что при повышении температуры вода испаряется, а при понижении – превращается в лёд. При помощи температуры мы также можем менять свойства металлов и сплавов. Убедимся в этом с помощью эксперимента.

Эксперимент

Перед началом эксперимента постарайтесь догадаться, какой сплав при нагревании и медленном охлаждении становится совершенно мягким и обрабатывается как самое мягкое железо. Если же его накаливают и быстро охлаждают, например, погружая в холодную воду, то металл приобретает такую твёрдость, что его не берёт самый твёрдый напильник. Как считаете, о каком сплаве идёт речь?…

Конечно, это сталь. Я попрошу подойти ко мне по одному представителю от каждой команды. Сейчас эти ребята, соблюдая технику безопасности при работе с огнём (а именно…), в течение двух-трёх минут будут держать всем известное стальное лезвие над огнём в верхней его части, где наиболее высокая температура. Когда лезвие достаточно сильно нагреется, мы испытаем, можно ли его согнуть не сломав (демонстрация того, что в обычном состоянии лезвие легко ломается, а нагретое – гнётся). Кто может объяснить явление, которое мы продемонстрировали опытным путём. … (Можно расспросить о том, как лучше держать лезвие, и рассказать, что в теплосетях арки из труб делаются для того, чтобы избежать разрыва труб, поскольку при увеличении температуры сталь расширяется и наоборот.)

Перспективы развития технологий

Существуют ли способы изменения свойств материалов, которые определяют фактически наше с вами будущее? … Нанотехнологии. Что означает приставка нано? … Это 10 в степени минус 9, это одна миллиардная метра, или одна миллионная миллиметра, вы можете себе это представить? И в технологии такого уровня материалы проявляют совершенно невообразимые свойства: сверхвысокая прочность, малая плотность, электропроводимость двух видов сразу…немыслимо. Наука дошла до атомного уровня и мы уже вскоре сможем конструировать необходимые конструкции из атомов. На экране вы видите самые маленькие буквы на свете. Они были написаны 35 атомами ксенона компанией IBM при помощи специального зонда, который может удалять тот или иной атом и переносить его в другое место. Ну а как же мы можем использовать такую технологию в нашем макромире для получения конкретных свойств в привычных нам материалах? Известно, например, что стальная проволока сечением 1 мм должна выдерживать груз до 2 т, однако вопреки всем расчётам на практике она выдержит максимум 200 кг. Почему? Это происходит по причине наличия в ней вредных примесей. С помощью нанотехнологий очистить металл или сплав от вредных примесей доступно уже сейчас. И кто знает, может кто-то из вас выберет профессию в области нанотехнологий.

Первичный контроль знаний

А сейчас проверим себя на правильность восприятия механических свойств металлов и сплавов. У каждого из вас есть карточки разного цвета. Каждый цвет карточки обозначает определённый металл в соответствии с имеющейся на ней надписью. Я буду задавать вопросы, а вы должны будете определить, о каком металле или сплаве идёт речь, и поднять карточку с вашим ответом. Карточки поднимаются по моему сигналу…. 1. Какой металл или сплав из предложенных является наиболее твёрдым?... 2. А наиболее хрупким?... 3. Какой металл из предложенных самый прочный на изгиб?... 4. Какой металл или сплав уязвим для температуры −40 °C?... 5. Какой металл обладает очень большой пластичностью?... 6. Сплав на основе какого металла лучше подойдёт для изготовления корпуса самолёта?... 7. Какой металл лучше подходит для изготовления проводов?... 8. Из какого сплава лучше изготавливать напильники?...

Практическая работа

Мы с вами сегодня наблюдали и исследовали механические свойства металлов и сплавов. А сейчас мы будем учиться определять область полезного применения металлов и сплавов. Команды поменяются материалами – кто исследовал дюралюминий, будет работать с оловом и наоборот. Я даю вам карточки и на их выполнение у вас 2 минуты. Затем вновь выступление капитанов.

Итак, время пошло… Выступление и обсуждение командами, кто-то согласен, кто-то нет. Итак, олово можно применять для изготовления… дюралюминий можно применять для изготовления… Прежде чем приступить непосредственно к практической работе, я хочу вас спросить: верите ли вы в то, что иголка может пробить 5-копеечную монету?… выдвигаются версии… идёт обсуждение… Что произойдёт, если мы ударим молотком по иголке? Почему она согнётся или сломается?… Твёрдость иголки нам выгодна, а пластичность нет. Можно ли это как-то компенсировать? Есть ли способ сохранить твёрдость иголки, но «убрать» пластичность?... В решении этой задачи может помочь обыкновенная пробка. Мы вставляем в неё иголку, и теперь удар молотком по «иголке в пробке» завершится отверстием в монете (учитель демонстрирует действия). Смотрим монету напросвет – есть отверстие? – Да. Вот так смекалка может выручить в любой жизненной ситуации!

На прошлом уроке вы предложили использовать олово и дюралюминий на практике. Давайте оттолкнемся от ваших идей и выполним два задания на полезное использование их свойств. Первое задание. У меня в руках находится удобная щеточка для бытовой химии, которую можно применять для нанесения средства и затем удобно хранить, вешая на баночку с чистящим средством.

Для вас конструкторско-технологическое задание № 1: применить знания о дюралюминии и разработать последовательность технологических операций для изготовления такой полезной щёточки для чистящих средств. Одна команда работает над этим заданием, а вторая параллельно будет работать с оловом над второй задачей. Потом команды поменяются заданиями. Для вас конструкторско-технологическое задание № 2: перед вами плафон, достаточно старый и вышедший из моды, но, думаю, мы сможем вернуть его к жизни. Кто-нибудь знает температуру плавления олова?... Температура плавления олова достаточно мала (272 °С), поэтому мы можем расплавить олово на сковороде, отделить от него кусочки любого размера и придать им желаемую форму или образ. Пожалуйста, вспомним технику безопасности при работе с плитой… Поскольку мы имеем дело с большими температурами, то попрошу вас не приближаться к плитке близко, если только не работаете со своей фигуркой. Руки близко к сковороде не подносить – температура воздуха там тоже очень высокая. И уж тем более ничего не бросать в сковороду постороннего. Каждый из вас сделает по одной маленькой декоративной фигурке и приклеит её к плафону. Декорируя плафон, мы дадим ему вторую жизнь.

Идёт непосредственно плавка олова. Прекрасно, я вижу, у многих получились замысловатые фигурки… Давайте теперь украсим наш плафон… Просто превосходно. А теперь волшебный момент. Мы включаем осветительный прибор и наблюдаем, как можно придать старому плафону современный стиль. Думаю, вы прекрасно провели время, почувствовав себя металлургами.

Перейдём к решению первой задачи. Проанализируем конструкцию щёточки и воспроизведём все операции, которые входят в процесс изготовления этого изделия (рис. 6). Давайте с ручки начнём. Как нам получить такую витую форму?... 1. Закрепить концы проволоки в тиски и с помощью цилиндра придать ей красивую витую форму – какое свойство мы используем здесь?... Верно, пластичность. 2. Чтобы проволока изменила свою форму, какую технологическую операцию используем?... Гибка, абсолютно правильно. 3. Концами проволоки мы можем зацепить пучок щетины и загнуть его так, чтобы они хорошо держались. 4. И, наконец, кусочком тонколистового металла мы обматываем то, что получили в предыдущей операции, и зажимаем щетину.

Подведение итогов урока.

Информация о домашнем задании.

Инструктаж по его выполнению

Время урока заканчивается и я прошу вас заполнить лист самооценивания, который я вам выдал в начале урока, поставить себе оценку и сдать этот лист мне. … Спасибо.

В целом вы объективно поставили себе оценки (просматривает листы). Радует, что все были активны сегодня на уроке. Ни для кого не осталось незамеченным, что мы познакомились с четырьмя основными механическими свойствами металлов и сплавов (твёрдость, прочность, пластичность, упругость), с проявлениями этих свойств у олова, дюралюминия, меди, стали, свинца. В практической работе вы смогли убедиться, что знания о механических свойствах дают нам возможность изготовить полезные вещи, например щеточку, а также декорирование плафона. Я вижу хорошую перспективу для дальнейшего нашего сотрудничества в области освоения свойств окружающих нас и вновь создаваемых человеком материалов.

В качестве домашнего задания я предлагаю вам три задачи, с обсуждения которых мы начнём следующий урок:

1. «Сооружение пышных храмов с рядами высоких колонн, высеченных из цельных глыб мрамора или гранита, чем славились строители древнего Египта, Греции и Рима, связано с одной сложной проблемой. Установка этих многотонных колонн-монолитов, несущих на себе груз карнизов и сводов, требовала идеальной точности при максимальной площади соприкосновения опорных поверхностей. Как поступали древние зодчие?» Потенциальный ответ: древние зодчие подкладывали под колонны тонкие листы свинца. Растекаясь под тяжестью сооружений, он заполнял малейшие неровности, обеспечивая идеальное соприкосновение опорных поверхностей.

2. Без появления принципиально новых материалов не было бы ни компьютеров, ни мобильной связи, ни солнечных батарей. Поэтому проблема создания новых материалов с заранее заданными свойствами является одной из самых актуальных сегодня. Назовите десять материалов, которые должны обеспечить радикальные перемены в ближайшие десятилетия. Ответ: углеродные нанотрубки; графен; аэрогель; сплавы с эффектом памяти; высокотемпературные сверхпроводники; стекло с добавками; ДНК-листы; метаматериалы; саморазлагающиеся материалы; гидрофобные поверхности (www.rusrep.ru № 26(255) 5-12 июль 2012, с. 48).

3. Современные водопроводные трубы изготавливаются из стали, металлопластика, полипропилена. Сравните достоинства и недостатки влияния свойств данных материалов на качество поставки питьевой воды. Предложите материал будущего для изготовления водопроводных труб.

⇐ Предыдущая 12