Кристаллы. Изучение этой темы желательно начать с демонстрации природных и искусственно выращенных кристаллов. Если в кабинете физики нет интересных кристаллов и наборов минералов и горных пород, можно заранее обратиться к учащимся с просьбой принести из дома кристаллы для демонстрации в классе. Если есть возможность, желательно показать учащимся, как выращивают кристаллы в лаборатории или на производстве, как их обрабатывают и используют. Строение кристаллов. Важнейшее свойство кристаллических тел — анизотропию, т. е. различие свойств кристаллов по разным направлениям из-за упорядоченного расположения атомов, — можно продемонстрировать в опытах по раскалыванию кристаллов гипса или других доступных кристаллов. Для объяснения зависимости свойств кристаллов не только от свойств атомов, но и от расположения этих атомов в кристалле желательно продемонстрировать объемные модели кристаллических решеток графита и алмаза. При этом можно показать способность алмаза резать стекло и способность графита разрушаться при трении о бумагу. Расширение твердых и жидких тел при нагревании. С явлением расширения твердых и жидких тел при нагревании можно ознакомить учащихся постановкой проблем, описанных в главе 1 «Проблемное обучение». Дополним это описание рассмотрением методики проведения нескольких демонстрационных опытов. Для демонстрации линейного расширения твердых тел служит прибор, состоящий из металлического основания, на левом краю которого закреплена металлическая пластина с тремя винтами вверху, а на правом — обойма с тремя стрелками разного цвета и пружинами, удерживающими стрелки в вертикальном положении, и шкала (рис. 67). Прибор комплектуется тремя одинаковыми по размерам стальным, латунным и алюминиевым стержнями. Каждый стержень на одном конце имеет ямку под конусный регулировочный винт на левой пластине прибора, на другом — прорезь для упора в стрелку. Перед проведением опыта каждый стержень прорезью насаживают на одну стрелку, а в ямку с другой стороны упирают конец регулировочного винта. Вращением винта добиваются, чтобы каждая стрелка немного отошла от левого горизонтального упора на шкале прибора и все три стрелки занимали одинаковое положение относительно шкалы (рис. 67, а).
Рис. 67, а
Если при нагревании стержни будут расширяться, то, упираясь в винты слева, они будут толкать стрелки справа и вызывать их отклонение. Если в кабинете физики имеется такой прибор, то можно выполнить опыт по обнаружению линейного расширения твердых тел при нагревании и зависимости расширения от нагреваемого вещества. До начала эксперимента можно спросить: одинаково ли будут расширяться стержни из разных металлов при одинаковом нагревании? Если неодинаково, то какой из них расширится больше остальных и какой меньше? Подставку с горючим размещают под стержнями так, чтобы пламя нагревало одинаково все стержни. По углу отклонения стрелок судят о линейном расширении металлов из различных веществ при их нагревании (рис. 67, б).
Рис. 67, б
Обнаружив на опыте факт различного линейного расширения твердых тел, можно поставить перед учащимися проблему: что произойдет, если взять две тонкие длинные пластины из разных металлов, прочно соединить их заклепками, а потом нагреть такую пластину, называемую биметаллической? После высказывания гипотез выполняется эксперимент с биметаллической пластиной, изготовленной из полос стали и алюминия. Пластина прибора закреплена на одном конце держателя. В его средней части имеется ручка. На другом конце держателя закреплена шкала прибора. На держателе выше от места крепления ручки установлена стрелка на оси. На стрелке выше оси имеется вырез, в который вставлен другой конец биметаллической пластины. При нагревании или охлаждении биметаллическая пластина изгибается, движение ее незакрепленного конца вызывает поворот стрелки относительно шкалы прибора. Заметное отклонение стрелки можно наблюдать при изменении температуры на 10 °С. Для сохранения работоспособности прибора не рекомендуется нагревать пластину открытым пламенем до температуры выше 50 °С. После выполнения опытов можно задать вопрос о возможных способах использования биметаллических пластин. Примерами могут служить различные автоматические устройства, принцип действия которых основан на свойствах биметаллических пластин для автоматического замыкания или размыкания электрических цепей, — датчики пожарной сигнализации, реле в стартерах люминесцентных ламп.
