Определить использование наноструктур в различных технологиях.
Написать свои наблюдения и выводы
Подготовка
Убедитесь, что у каждого ученика есть дневник.
Подготовьте практический материал для каждой группы из 2-4 учеников.
Покажите источники, на которые ученики могут ссылаться на протяжении всего урока.
(Необязательно) Распечатайте один пакет практических заданий на группу из 4 учеников.
Совет
Головы вверх!Пожалуйста, сделайте копию любых документов, которыми вы готовы поделиться с учениками. Для экономии бумаги печатайте две страницы на одной с обеих сторон.
КЛЮЧЕВЫЕ ПОНЯТИЯ Материаловедение, свойства материалов
ОБЗОР
Этот урок будет посвящен изучению тонколистной стали и проволоки
Цели
Ученики будут:
Иметь базовое представление о том что такое тонколистная сталь и проволока
Знать о том, где применяются эти материалы
Узнайте, что тонколистная сталь, может ...
Узнайте о важности дисциплины и командной работы.
Ожидаемые результаты учащихся
После этого урока учащиеся смогут:
Определить виды тонколистной стали и проволоки
Объяснить происходит изготовление этих материалов
Описать, свойства этих материалов
Уроки
В конце этого урока проводится очень простая практическая демонстрация принципа работы ..., который можно собрать в классе.
Проведите исследование, чтобы определить ...
Объясните с доказательствами, что ...
Этот урок фокусируется на следующих аспектах трехмерного обучения:
Научная и инженерная практика
Ключевые дисциплинарные идеи
Сквозные концепции
Планирование и проведение расследований. Планируйте и проводите совместное расследование, чтобы получить данные, которые послужат основой для доказательства, чтобы ответить на вопрос.
Участие в аргументации, основанной на доказательствах. Постройте аргумент с доказательствами в поддержку утверждения.
Структура и свойства материи. Существуют различные виды материи, и многие из них могут быть как твердыми, так и жидкими, в зависимости от температуры. Материя может быть описана и классифицирована по ее наблюдаемым свойствам.
Узоры. Можно наблюдать закономерности в мире природы и преобразованном человеком.
Вы — команда инженеров, которым предстоит исследовать, как температура вашей руки и других предметов влияет на жидкокристаллический лист. Документируйте то, что, по вашему мнению, произойдет во время тестирования листа, а затем то, что происходит на самом деле. Попробуйте предположить, какие цвета и формы вы можете увидеть, и сколько времени пройдет, прежде чем лист жидкого кристалла снова изменится.
Критерии
Какие цвета и формы вы можете увидеть
Сколько времени пройдет, прежде чем жидкокристаллический лист снова изменится
Раздайте рабочий лист «Попробуй свои силы в Nano».
Обсудите темы в разделе «Основные понятия». В начале урока можно спросить учащихся, насколько велика будет их рука в нанометрах.
Ознакомьтесь с процессом инженерного проектирования, задачами проектирования, критериями, ограничениями и материалами.
Обеспечьте каждую команду своими материалами.
Объясните, что учащиеся должны выполнить 2 задания. Упражнение 1: Используя линейку на листе для учащихся, попросите учащихся выдвинуть гипотезу, а затем фактически измерить свою руку в нанометрах, сантиметрах и дюймах. Предложите учащимся сравнить фактическое число со своими гипотезами и подумать, насколько мал нанометр. Упражнение 2: Просмотрите листы о жидких кристаллах и их применении, затем пусть учащиеся по очереди кладут руку на большой лист с жидкими кристаллами и наблюдают, что происходит. Команды учащихся выдвигают гипотезы, а затем проверяют, что происходит, когда они кладут поверх листа различные предметы: руку, яблоко, кубик льда или чашку с холодной водой.
Объявите, сколько времени у них есть на выполнение заданий (рекомендуется 15 мин).
Используйте таймер или онлайн-секундомер (функция обратного отсчета), чтобы следить за временем. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Дайте учащимся регулярные «проверки времени», чтобы они не отвлекались от задания. Если они борются, задавайте вопросы, которые быстрее приведут их к решению.
Учащиеся встречаются и выполняют задание. Они должны документировать то, что, по их мнению, произойдет во время тестирования листа, а затем то, что происходит на самом деле. Попросите их попытаться предсказать, какие цвета и формы они могут увидеть, и сколько времени пройдет, прежде чем жидкокристаллический лист снова изменится.
Всем классом обсудите вопросы для размышления учащихся.
Дополнительную информацию по теме см. в разделе «Копаем глубже».
Рефлексия студента (тетрадь инженерная)
Насколько отличались ваши гипотезы от реальных результатов, которые вы видели?
Какой тест удивил вас больше всего? Почему?
Подумайте об идее использования меньшего или большего листа жидких кристаллов?
Вы когда-нибудь слышали о кольце «настроение»? Как вы думаете, как это работает?
Модификация времени
Урок можно провести всего за 1 урок для старших школьников. Однако, чтобы помочь учащимся не торопиться и обеспечить их успех (особенно для младших школьников), разделите урок на два периода, чтобы дать учащимся больше времени для мозгового штурма, проверки идей и окончательной доработки своего проекта. Проведите тестирование и подведите итоги на следующем занятии.
Представьте, что вы можете наблюдать за движением эритроцита по вашей вене. На что было бы похоже наблюдать атомы натрия и хлора, когда они приближаются достаточно близко, чтобы на самом деле передать электроны и образовать кристалл соли, или наблюдать вибрацию молекул при повышении температуры в кастрюле с водой? Благодаря инструментам или «областям», которые были разработаны и улучшены за последние несколько десятилетий, мы можем наблюдать ситуации, подобные многим примерам в начале этого абзаца. Эта способность наблюдать, измерять и даже манипулировать материалами на молекулярном или атомном уровне называется нанотехнологией или нанонаукой. Если у нас есть нано «что-то», у нас есть одна миллиардная часть этого чего-то. Ученые и инженеры применяют приставку нано ко многим «вещам», включая метры (длина), секунды (время), литры (объем) и граммы (масса) для представления того, что по понятным причинам является очень небольшим количеством. Чаще всего нано применяется к шкале длины, и мы измеряем и говорим о нанометрах (нм). Отдельные атомы имеют диаметр менее 1 нм, при этом для создания линии длиной 1 нм требуется около 10 атомов водорода подряд. Другие атомы крупнее водорода, но все же имеют диаметр меньше нанометра. Типичный вирус имеет диаметр около 100 нм, а бактерия — около 1000 нм от головы до хвоста. Инструменты, которые позволили нам наблюдать невидимый ранее мир наноразмеров, — это атомно-силовой микроскоп и сканирующий электронный микроскоп. при этом требуется около 10 атомов водорода подряд, чтобы создать линию длиной 1 нм. Другие атомы крупнее водорода, но все же имеют диаметр меньше нанометра. Типичный вирус имеет диаметр около 100 нм, а бактерия — около 1000 нм от головы до хвоста. Инструменты, которые позволили нам наблюдать невидимый ранее мир наноразмеров, — это атомно-силовой микроскоп и сканирующий электронный микроскоп. при этом требуется около 10 атомов водорода подряд, чтобы создать линию длиной 1 нм. Другие атомы крупнее водорода, но все же имеют диаметр меньше нанометра. Типичный вирус имеет диаметр около 100 нм, а бактерия — около 1000 нм от головы до хвоста. Инструменты, которые позволили нам наблюдать невидимый ранее мир наноразмеров, — это атомно-силовой микроскоп и сканирующий электронный микроскоп.
Насколько большой маленький?
Может быть трудно представить себе, насколько малы вещи в наномасштабе. Следующее упражнение поможет вам представить, насколько большим может быть маленькое! Рассмотрим шар для боулинга, бильярдный шар, теннисный мяч, мяч для гольфа, шарик и горошину. Подумайте об относительном размере этих предметов.
Сканирующий электронный микроскоп
Сканирующий электронный микроскоп — это особый тип электронного микроскопа, который создает изображения поверхности образца путем сканирования ее пучком электронов высокой энергии в виде растрового изображения. При растровом сканировании изображение разрезается на последовательность (обычно горизонтальных) полос, известных как «линии сканирования». Электроны взаимодействуют с атомами, составляющими образец, и производят сигналы, которые предоставляют данные о форме поверхности, составе и даже о том, может ли она проводить электричество. Многие изображения, сделанные с помощью сканирующего электронного микроскопа.
Наноразмерные свойства
Свойства материалов на наноуровне во многих случаях отличаются от свойств материалов, наблюдаемых в других масштабах. Возьмем, к примеру, температуру плавления металлов. Наночастицы часто имеют более низкую температуру плавления, чем соответствующие металлы в массе, и эти температуры плавления зависят от размера. Например, объемное золото плавится при 1064 градусах Цельсия, а частицы золота размером 4 нм плавятся примерно при 850 градусах Цельсия.
Цвет материала также может зависеть от размера. Появление цвета вызвано частичным поглощением света электронами в этом материале; непоглощенная часть света остается видимой.
На большинстве гладких металлических поверхностей свет полностью отражается очень высокой плотностью электронов; поэтому поверхности плит из металла имеют зеркальный вид. Напротив, мелкие частицы поглощают часть света, что приводит к появлению цвета. Это свойство зависит от размера.
Например, золото имеет различный цвет в зависимости от размера его частиц. Чрезвычайно крошечные частицы золота использовались для окрашивания стекол с самых первых дней производства стекла. Рубиновые вазы (от розового до кроваво-красного цвета) веками изготавливались из мелкодисперсных частиц золота. Многие витражи имеют красный цвет из-за легирования наночастицами золота.
Наносистемы недостаточно велики для применения многих классических законов физики. Например, закон Ома, описывающий соотношение между током и напряжением в проводнике, не описывает проводимость тока через крошечную нанопроволоку. Здесь более важны другие эффекты, известные как квантово-механические эффекты.
жидкие кристаллы
Жидкие кристаллы (ЖК) находятся в состоянии вещества, имеющем свойства между свойствами обычной жидкости и свойствами твердого кристалла. Например, ЖК может течь как жидкость, но его молекулы могут быть ориентированы кристаллоподобно. Существует несколько различных типов жидких кристаллов, но термотропные жидкие кристаллы меняют свои свойства при изменении температуры. Если вы приложите что-то горячее (например, руку) к покрытому жидкокристаллическим листу, он изменит цвет в зависимости от изменения температуры. Цвета меняются от красного к оранжевому, затем к желтому, затем к зеленому, синему и фиолетовому, когда они становятся горячее!
Как это Нано?
Изменения в структуре материала обычно слишком малы, чтобы их можно было увидеть напрямую, но часто вместо этого мы можем наблюдать изменения свойств материала в результате структурных изменений. Термотропные жидкие кристаллы меняют цвет при воздействии различных температур, поэтому мы видим изменение свойств цвета, хотя мы не можем наблюдать в классе изменение их молекулярной структуры. Жидкие кристаллы меняют цвет в результате изменения расположения их молекул на наноуровне. В нанотехнологии ученые используют особые свойства материалов на наноуровне для разработки новых материалов и устройств.
Приложения для термометров
Жидкокристаллические цветовые переходы используются в листах многих термометров для аквариумов и бассейнов, а также в термометрах для младенцев или ванн. Другие жидкокристаллические материалы меняют цвет при растяжении или напряжении. Таким образом, жидкокристаллические листы часто используются в промышленности для поиска горячих точек в производственном процессе или для картирования потока тепла.
Жидкокристаллические дисплеи
Жидкокристаллический дисплей (ЖК) — это плоский дисплей, электронный визуальный дисплей или видеодисплей, в котором используются светомодулирующие свойства жидких кристаллов (ЖК). ЖК не излучают свет напрямую. ЖК-дисплеи используются во многих продуктах, таких как компьютерные мониторы, телевизоры, приборные панели, игровые устройства, часы, калькуляторы и даже телефоны. ЖК-дисплеи заменили дисплеи с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) в большинстве приложений. Они доступны с более широким диапазоном размеров экрана, чем ЭЛТ и плазменные дисплеи, и, поскольку в них не используется люминофор, они не подвержены выгоранию изображения. ЖК-дисплеи, однако, чувствительны к стойкости изображения. ЖК-дисплей более энергоэффективен и обеспечивает более безопасную утилизацию, чем ЭЛТ.
Вам как команде была поставлена задача исследовать влияние температуры на жидкокристаллический лист. В полях ниже опишите, что, по вашему мнению, произойдет при тестировании листа. Попробуйте предсказать, какие цвета и формы вы можете увидеть, и сколько времени пройдет, прежде чем лист жидкого кристалла снова изменится.
Если я положу на него руку на 5 секунд…
Если я положу на него руку на 30 секунд…
Если я положу на него яблоко на 5 секунд…
Если я положу на него яблоко на 30 секунд…
Если я положу на него кубик льда или чашку с холодной водой на 5 секунд…
Если я положу на него кубик льда или чашку с холодной водой на 30 секунд…
Расследование
В полях ниже опишите, что на самом деле произошло во время тестирования листа.
Поднимите руку на 5 секунд…
Держите его в течение 30 секунд…
Apple на нем в течение 5 секунд…
Apple на нем в течение 30 секунд…
Кубик льда или чашка холодной воды на 5 секунд…
Кубик льда или чашка холодной воды на 30 секунд…
Наблюдение и результаты
Ответить на вопросы ниже:
Насколько отличались ваши гипотезы от реальных результатов, которые вы видели?
Какой тест удивил вас больше всего? Почему?
Подумайте об идее использования меньшего или большего листа жидких кристаллов?
Вы когда-нибудь слышали о кольце «настроение»? Как вы думаете, как это работает?
Этап презентации и размышлений Представьте классу свою первоначальную гипотезу и фактические измерения.
Домашнее задание:
Напишите в рабочих тетрадях основные понятия и дайте им определения.
Обязательно выметай те пыль из-под столов, из-под шкафов.
Подметайте сор к двери, соберите его в совок и выбросьте в мусорное ведро или вынесете в мусорный бачок.
А потом возьмите влажную тряпку, но не мокрую и оботрите столы, стулья, полочки, шкафы и другие предметы.
С полированной мебели пыль стирают не влажной, а сухой и мокрой тряпкой, можно использовать специальные средства для мебели (смотреть инструкции по применению средства).
В чистоте и легче дышится, будем здоровы! Молодцы!
Учитель воспитывает ученика, а воспитанный ученик в свою очередь воспитывает другого ученика.
- Если тот, кто получил воспитание, находится на начальном уровне.
- То тот, кто воспитан и воспитывает других, находится на высоком уровне.
Комментариев нет:
Отправить комментарий