Взаємозв’язок фізики та хімії в процесі викладання фізики в повній середній школі

Теорія хімічної будови речовини

Слід зауважити, що такого роду план не в змозі повністю задовольнити вимоги реалізації міжпредметних зв'язків у викладанні фізики і хімії, тому що він не відображає особливостей викладів взаємопов'язаних тем в підручниках та інших навчальних посібниках, не включає питань комплексного характеру, зовсім обходить питання міжпредметних зв'язків при вирішенні задач в суміжних курсах.

Аналіз нині діючих задачников з фізики і хімії показав, що є цілий ряд завдань і вправ, що розвивають у учнів уявлення, однаково цінні як для молекулярної фізики, так і для хімії, і що здійснення міжпредметних зв'язків при вирішенні дозволить в значній мірі доповнить, і поглибити взаємопов'язані розділи суміжний курсів.

Перш ніж приступити до вивчення молекулярної фізики, слід мати на увазі, що цій темі передує ряд розділів фізики і хімії, що описують різні сторони будови речовини і представляють достатню теоретичну і експериментальну основу для викладу молекулярно-кінетичної теорії на більш високому рівні.

З огляду на розпорошеність пропедевтичного матеріалу молекулярної фізики суміжних курсах за часом вивчення в VIII # 8209; X класах, слід уважно продумати методику його повторення і систематизації з тим, щоб учні в момент посилання вчителі на відомі факти могли швидко відтворити їх в пам'яті і встановити взаємозв'язок з досліджуваної темою.

Перед навчанням основних положень кінетичної теорії газів ми готували учнів до сприйняття цієї теми. Всьому класу пропонувалося повторити ті розділи суміжних курсів, які могли бути використані при викладі справжньою теми.

Так, з фізики потрібно було повторити такі питання: початкові відомості про будову речовини, хаотичне (теплове) рух молекул і внутрішня енергія (з розділу «Теплові явища»), вага повітря і атмосферний тиск, будова атома; з хімії: молекули й атоми, атомно-молекулярне вчення, роль М.В. Ломоносова і Д. Дальтона у створенні основ атомно-молекулярного вчення атомний і молекулярний вагу; кисень і водень, їх фізичні властивості; склад повітря; грам-атом, грам-молекула і закон Авогадро.

Практика показала, що не можна обмежуватися одним тільки повторенням, необхідно узагальнювати і систематизувати накопичені відомості про атомно-молекулярну структуру речовини і характер руху частинок в різних агрегатних станах.

Для цього деяким (більш підготовленим) учням було запропоновано підготувати 7 # 8209; 12 хвилинні повідомлення з окремих тем суміжних курсів, а інша група учнів готувала експериментальне обгрунтування вивчені теоретичним питанням. Нами були дані завдання зробити повідомлення за такими розділами:

а) роль М.В. Ломоносова і Д. Дальтона у створенні основ атомно-молекулярного вчення;

б) дослідне обгрунтування будови речовини з атомів і молекул;

в) факти, що підтверджують безперервність руху і взаємодія частинок, з які складається речовина в різних агрегатних станах;

г) повітря, його склад і фізичні властивості;

д) сталість складу складних речовин і встановлення атомарного складу молекул;

е) закон Авогадро та способи визначення атомних і молекулярних мас.

Крім цього, класу пропонувалося вибірково вирішити кілька нескладних завдань з хімії, підібраних таким чином, щоб учні могли закріпити отримані по темі знання з суміжних курсів. Рішення одних завдань вимагало знання основних положень молекулярно-кінетичної теорії, інші закріплювали поняття: «атомна маса», «молекулярна маса», «грам-атом», «моль» і методи їх знаходження, а треті представляли собою завдання на застосування закону Авогадро для визначення маси, об'єму та молекулярної маси газу при нормальних умовах.

Провівши таким чином підготовку учнів до сприйняття газових законів та молекулярно-кінетичної теорії, ми приступили до вивчення цих питань. Зроблені учнями повідомлення узагальнюючого характеру послужили гарним введенням до теми, що вивчається.

Використання знань учнів з хімії при викладі корінних питань молекулярно-кінетичної теорії дало можливість не тільки зробити доступними сприйняттю багато питань курсу фізики, а й значно доповнити частину з них. Знання будови одного-, дво- і багатоатомних молекул дозволило з'ясувати характер руху цих молекул і внести поправку, що пояснює залежність фізичних властивості від атомного складу його молекул.

Скориставшись методами визначення складу повітря і законом Авогадро, можна довести справедливість закону Дальтона. З хімії відомо, що повітря складається з сумішей газів, причому за обсягом основна частка припадає на азот (78%) і кисень (21%).

Всі гази, що заповнюють певний обсяг, розподілені в ньому рівномірно. Тому загальний тиск газу на стінки, судини є наслідком ударів молекул газової суміші. Очевидно, послідовне видалення компонентів суміші повинно супроводжуватися зменшенням тиску в посудині. Скориставшись досвідом визначення складу повітря методом спалювання червоного фосфору в посудині з'єднаному з манометром, можна визначити, яку частину, обсягу повітря в посудині займав кисень, і який тиск він створював в даному посудині, тобто парціальний тиск кисню.

Давши формулювання закону Дальтона (це зручніше зробити після вивчення закону Авогадро) можна його пояснити на основі молекулярної теорії, взявши за основу закон, Авогадро. Так як тиск газу при постійній температурі залежить тільки від числа молекул в одиниці об'єму, то при видаленні частини молекул з даного обсягу тиск газу має зменшитися. Але таке ж зменшення тиску може бути отримано за рахунок видалення такого ж числа молекул іншого, газу, що підтверджується законом Авогадро. У цьому, власне, і полягає суть зв'язку закону Авогадро з законом Дальтона.

Незалежно від способу виведення основного рівняння кінетичної теорії газів і рівняння Менделєєва-Клапейрона, учням необхідно добре знати закон Авогадро, число Авогадро, мати уявлення про молекулярну масу і методах його визначення, знати співвідношення між обсягом, масою і молекулярною вагою газу при нормальних умовах. Попереднє повторення цих понять певною мірою полегшить виведення основних співвідношення молекулярної фізики.

Використання цих даних з хімії та фізики дозволяє розкрити фізичну сутність універсальної газової постійної (R), постійної Больцмана (К), значно спростити виведення основного рівняння кінетичної теорія газу, формулу середньої квадратичної швидкості руху молекул газу виведеної з основного рівняння кінетичної теорії газу.

У темі «Основні положення молекулярно-кінетичної теорії» при вивченні методів визначення маси і розмірів молекул потрібно повніше спиратися на знання, отримані учнями в курсі хімії. Це дозволяє скоротити час, передбачений на вивчення цих питань програми з фізики і відповідно збільшити час на вивчення принципово нових питань і рішення задач творчого характеру.

При вивченні в X класі взаємодії атомів і молекул, а також фізичних властивостей твердих тіл і рідин слід приділити особливу увагу видам хімічного зв'язку, відомим учням з курсу хімії VIII класі, тому що цей матеріал в подальшому використовується при вивченні провідників і діелектриків, електричного струму в газах, рідинах і металах при вивченні електричних властивостей напівпровідників і інших питань курсу фізики.

Причому виклад видів хімічного зв'язку під час уроків фізики повинно бути не простим повторенням вивченого в хімії, а певним доповненням і поглибленням знань учнів у цій галузі.

Для уточнення поняття про енергію взаємодії молекул бажано повернутися до питання про іонної зв'язку при вивченні закону Кулона в IX класі. Сила зв'язку може бути визначена за формулою закону Кулона:

Виклад видів хімічного зв'язку під час уроків фізики на основі відомостей, відомих учням з хімії, дозволяє значно розширити знання учнів про внутрішню будову фізичного тіла, пояснити залежність фізична властивостей від його структури.

Крім використання даних хімії на уроках фізики ми також вводимо таку форму меж'ядерних зв'язку, при якій вчитель хімії звертає особливу увагу на ті питання свого курсу, які мають безпосереднє відношення до молекулярної фізики. Завдання полягало в тому, щоб на уроках хімії була відображена фізична сутність ряду передбачених програмою фізико-хімічних процесів. Не кажучи про значення такого взаємозв'язку для курсу хімії вона дозволяє певною мірою доповнити знання учнів з молекулярної фізики.

Так, наприклад, проведення різноманітних хіміко-технологічних процесів пов'язано з переходом речовини з одного агрегатного стану в інше. Тому багато розділів хімії можуть сприяти розширенню і поглибленню знань учнів з молекулярної фізики роз'ясненням механізму агрегатних перетворень, встановленням впливу домішкових компонентів в сумішах на точку кипіння, плавлення і температуру кристалізації різних речовин і т.п.

Такі теми, як «Метали», «Теорія хімічної будови органічних сполук», «Будова і властивості високомолекулярних сполук» і ін. Сприяють розвитку уявлень про внутрішню структуру твердого тіла і характеризують його фізичні властивості на основі атомно-молекулярної теорії.

Таким чином, наведені приклади взаємозв'язку фізики і хімії при викладі основ молекулярної фізики переконливо демонструють односторонню зв'язок, яка застосовується для посилення глибини викладу і доказовості окремих розділів молекулярної фізики, і доповнює зв'язок, що характеризує можливості розширення кругозору учнів з молекулярної фізики при вивченні взаємопов'язаних з нею тим хімії .

1. Максимова В. Н. «Міжпредметні зв'язки та вдосконалення процесу навчання»

2. Максимова В. Н. «Міжпредметні зв'язки в навчально-виховному процесі середньої школи»

3. Янцен В. Н. «Міжпредметні зв'язки на досвіді викладання фізики у взаємозв'язку з хімією в середній школі»

4. Янцен В. Н. «Взаємозв'язок фізики з хімією при вивченні питання молекулярної хімії»