Учащиеся разработают модель, описывающую, что материя состоит из мельчайших частиц, слишком маленьких, чтобы их можно было увидеть. Студенты будут использовать модель для описания различий в притяжении между частицами твердого тела, жидкости и газа. Наконец, учащиеся будут использовать свои модели твердых тел, жидкостей и газов, чтобы объяснить свои наблюдения на уроке.

• Материя на Земле находится в твердом, жидком или газообразном состоянии.
• Твердые тела, жидкости и газы состоят из крошечных частиц, называемых атомами и молекулами .
• В твердом теле частицы сильно притягиваются друг к другу. Они расположены близко друг к другу и вибрируют в одном положении, но не проходят мимо друг друга.
• В жидкости частицы притягиваются друг к другу, но не так сильно, как в твердом теле. Частицы жидкости находятся близко друг к другу, всегда движутся и могут скользить друг относительно друга.
• В газе частицы очень слабо притягиваются друг к другу. Они находятся очень далеко друг от друга по сравнению с частицами в твердом теле или жидкости и постоянно движутся. Частицы не взаимодействуют друг с другом, а просто ударяются и отскакивают друг от друга при столкновении.

Выравнивание NGSS

• NGSS 5-PS1-1:  Разработайте модель, описывающую, что материя состоит из частиц, слишком маленьких, чтобы их можно было увидеть.

• Учащиеся знакомятся с идеей о том, что материя состоит из мельчайших частиц, называемых атомами и молекулами.
• Учащиеся наблюдают за цельнометаллическим молотком и гвоздем и просматривают анимацию молекулярной модели частиц в твердом теле.
• Учащиеся сжимают гибкую пластиковую бутылку с воздушным шаром сверху бутылки, чтобы разработать модель частиц газа.
• Студенты также пытаются сжать бутылку с водой, чтобы создать модель частиц жидкости.
• Учащиеся смотрят короткую анимацию, иллюстрирующую невероятно крошечные размеры атомов и молекул.
•  Наконец, студенты выдвигают аргумент, что, хотя горка крема для бритья сохраняет свою форму, она не является твердой, и что даже если песок принимает форму контейнера, он не является жидкостью.

Распечатайте лист с заданиями учащегося и раздайте по одному учащемуся, если это указано в задании. Рабочий лист будет служить компонентом оценки плана урока 5-E.

Убедитесь, что вы и ваши ученики носите правильно подобранные защитные очки.

Напомните учащимся мыть руки после выполнения заданий.
Сохраните бутылки и песок для будущего использования. Все другие обычные бытовые или школьные материалы можно сохранить или утилизировать обычным образом.

• Молоток, гвоздь и дерево

• Гибкая пластиковая бутылка из-под содовой (18-20 унций) с крышкой
• Воздушный шар

Примечание: гибкие пластиковые бутылки из-под газировки работают лучше, чем одноразовые бутылки из-под воды , потому что бутылки из-под воды часто не очень гибкие и имеют тенденцию полностью разрушаться при сжатии.

• Крем для бритья
• Маленькая пластиковая или бумажная тарелка
• Песок
• 2 прозрачных пластиковых стаканчика

1. Продемонстрируйте, что молоток представляет собой твердое тело.

Скажите учащимся, что все, что они могут увидеть и потрогать, называется материей . Объясните, что вся материя на Земле существует в виде твердого тела, жидкости или газа, и что все твердые тела, жидкости и газы состоят из мельчайших частиц, называемых атомов и молекул .

Скажите учащимся, что атом — это наименьший строительный блок материи, а молекула — это два или более атомов, соединенных вместе. Атомы и молекулы настолько малы, что мы их не видим. Ученые используют модели, чтобы попытаться понять поведение атомов и молекул и помочь объяснить свойства материи.

Примечание: Несмотря на то, что атомы и молекулы различны, в целях этого урока они оба будут представлены одинаково в виде круга или сферы. В последующих уроках они будут показаны на разных моделях.

• Молоток
• Гвоздь
• Дерево

1. Используйте молоток, чтобы частично вбить гвоздь в кусок дерева.
2. Поднимите молоток и объясните учащимся, что твердые твердые материалы, такие как металл молотка, состоят из атомов, которые сильно притягиваются друг к другу, поэтому они крепко держатся друг за друга.

Примечание: Если вы не хотите забивать гвоздь в дерево, просто слегка постучите молотком по твердой, прочной, небьющейся поверхности, например по столу или стулу.

Показать анимацию Частицы твердого тела.
Объясните, что частицы в твердом теле сильно притягиваются друг к другу и колеблются на месте. Сильное притяжение между частицами удерживает их близко друг к другу и делает твердые тела, такие как металл в молотке, твердыми.

Раздайте каждому учащемуся рабочий лист (PDF) .
Учащиеся записывают свои наблюдения и отвечают на вопросы о задании в листе задания.

2. Предложите учащимся посмотреть на свою «пустую» бутылку, а затем поэкспериментировать с воздушным шаром на ней.

Вопрос для исследования: действительно ли пустая бутылка пуста?

• Гибкая пластиковая бутылка из-под содовой (18–20 унций) с крышкой
• Воздушный шар 

Примечание: Одноразовые пластиковые бутылки для воды не подходят, потому что они не очень гибкие и имеют тенденцию полностью разрушаться при сжатии.

1. Предложите учащимся посмотреть на открытую бутылку и взять ее в руки.

• Если в бутылке нет жидкости, она полностью пуста?
  Возможно.
• В бутылке вообще что-нибудь есть?
  Да, в бутылке есть воздух.

Объясните, что в бутылке есть воздух и что воздух состоит из различных газов, таких как кислород, азот и углекислый газ, которыми мы дышим каждый день. Объясните, что газ состоит из мельчайших частиц. Скажите учащимся, что газ сильно отличается от твердого тела.

Скажите учащимся, что если они все еще сомневаются в том, что в бутылке что-то есть, они могут надеть на бутылку воздушный шар и посмотреть, что произойдет, когда они сожмут бутылку.

2. Аккуратно наденьте шарик на горлышко бутылки.
3. Держите бутылку и сжимайте ее до тех пор, пока вы не сможете сжимать ее дальше.

• Что происходит с шариком, когда вы сжимаете бутылку?
  Баллон расширяется.

• Как вы думаете, что произошло с молекулами газа, когда вы сжали бутылку и шарик расширился?
  Молекулы газа должны были попасть из бутылки в воздушный шар.

Показать анимацию Частицы газа в бутылке.

Объясните, что сферы представляют собой частицы газа. Объясните, что частицы газа не сильно притягиваются друг к другу, а просто ударяются друг о друга и отскакивают. Частицы также намного дальше друг от друга, чем в твердом теле.

Объясните, что когда бутылку сжимают, молекулы газа перемещаются из бутылки в воздушный шар, заставляя его расширяться.

• Гибкая пластиковая бутылка из-под газировки (18–20 унций) с крышкой

1. Снимите баллон с флакона и плотно закройте крышкой.
2. Сожмите бутылку.

• В бутылке находятся молекулы газа. Когда крышка плотно закрыта, вы смогли сжать бутылку?
  
  Да
• Вы не можете сжать твердое тело, такое как металл или камень, так что же такого в молекулах газа, что позволяет вам сжимать его?
  Молекулы газа находятся очень далеко друг от друга, поэтому их можно сжать в меньшее пространство.

Показать анимацию  Наблюдение за газом в бутылке.

Объясните, что с закрытой крышкой бутылку все еще можно сжать, потому что молекулы газа имеют большое пространство между собой и могут быть сжаты.

Материалы для каждой группы

• Гибкая пластиковая бутылка из-под газировки (18–20 унций) с крышкой
• Вода

Процедура

1. Наполните бутыль до самого верха и плотно закройте бутылку крышкой.
2. Сожмите бутылку.

Ожидаемые результаты

Бутылку очень трудно сжать. Он почти кажется твердым.

Спросите учащихся:

• Удалось ли вам сжать бутылку так сильно, как когда в ней был газ?
  №
• После сжатия бутылок с газом и бутылок с жидкостью, как вы скажете, частицы жидкости ближе друг к другу или дальше друг от друга, чем частицы газа?
  Ближе друг к другу

6. Покажите анимацию и обсудите движение и расположение частиц жидкости.

Показать анимацию Жидкость в бутылке.

Объясните, что частицы жидкости притягиваются гораздо сильнее, чем частицы газа, и что они гораздо ближе друг к другу. Они почти так же близко друг к другу, как твердое тело, но они могут скользить друг мимо друга. Они настолько близко друг к другу, что их очень трудно сжать.

Показать анимацию  Сравнение твердого тела, жидкости и газа.

• Твердое тело: Объясните, что в твердом теле частицы сильно притягиваются друг к другу, поэтому они находятся близко друг к другу. Частицы могут двигаться в своих фиксированных положениях, но не могут скользить друг мимо друга.
• Жидкость: В жидкости частицы также притягиваются друг к другу, но не так сильно, как в твердом теле.
  Частицы находятся близко друг к другу, постоянно движутся и могут скользить друг мимо друга.
• Газ: В газе частицы почти не притягиваются друг к другу. Они находятся очень далеко друг от друга и просто ударяются и отскакивают друг от друга, постоянно перемещаясь.

Учащихся познакомили с идеей о том, что вещество, твердое, жидкое или газообразное, состоит из мельчайших частиц, называемых атомами и молекулами. Объясните учащимся, что иллюстрации и анимации атомов и молекул, которые они видели, являются моделями, используемыми для представления атомов и молекул. Объясните, что реальный размер атомов и молекул невероятно мал, в триллионы раз меньше, чем точки или сферы, которые мы используем для их представления.

На самом деле атомы и молекулы настолько малы, что миллионы из них поместились бы на месте одной точки в конце предложения.

Показать анимацию Атомы маленькие — очень маленькие.

Скажите учащимся, что анимация рассказывает о том, насколько невероятно малы атомы и молекулы. Он основан на количестве молекул воды в столовой ложке воды, что составляет около 600 000 000 000 000 000 000 000 — около 600 миллиардов триллионов, поэтому они очень маленькие.

Сообщите учащимся, что в некоторых книгах и других ресурсах состояния материи могут быть определены более просто следующим образом:

• Твердое тело – сохраняет свою форму даже без контейнера
• Жидкость – принимает форму контейнера
• Газ – Распределяется для заполнения любого контейнера

• Песок
• 2 прозрачных пластиковых стаканчика
• 1 банка крема для бритья
• 1 небольшая пластиковая или бумажная тарелка

• Насыпьте от ¼ до ½ стакана песка в один пластиковый стаканчик.
• Нанесите небольшое количество крема для бритья на бумажную тарелку для демонстрации.

1. Аккуратно пересыпьте песок из одной чашки в другую.

• Принимает ли песок форму чаши?
  Да.
• Значит ли это, что песок является жидкостью?
  Нет. Каждый кусок песка является твердым, но эти кусочки настолько малы, что когда вы их насыпаете, они принимают форму контейнера. Песок — твердое тело, но ведет себя как жидкость, потому что его крошечные кусочки принимают форму контейнера, в который вы его насыпаете.

1. Покажите учащимся горку крема для бритья.

• Если вы не прикасаетесь к нему, сохраняет ли холмик крема для бритья свою форму без контейнера?
  Да
• Значит ли это, что это твердое тело?
  Нет. Если вы внимательно посмотрите на крем для бритья, на самом деле это жидкость, содержащая множество крошечных пузырьков газа. Так что на самом деле это смесь жидкости и газа, которые вместе сохраняют свою форму, как твердое тело… пока вы к ней не прикоснетесь.

7.2 Классификация метаморфических пород – физическая геология

Глава 7 Метаморфизм и метаморфические породы

Существует два основных типа метаморфических пород: расслоенные, потому что они образовались в среде либо с направленным давлением, либо с напряжением сдвига, и те, которые не расслоены, потому что они образовались в среде без направленного давления или относительно близко к поверхности вообще с очень небольшим давлением. Некоторые типы метаморфических горных пород, такие как кварцит и мрамор, которые также образуются в условиях направленного давления, не обязательно проявляют слоистость, потому что их минералы (кварц и кальцит соответственно) не склонны к выравниванию (см.

Когда горная порода сжимается под направленным давлением во время метаморфизма, она, вероятно, деформируется, что может привести к изменению текстуры, так что минералы удлиняются в направлении, перпендикулярном основному напряжению (рис. 7.5). Это способствует формированию листоватости.

Когда горная порода нагревается и сжимается во время метаморфизма, а изменения температуры достаточно для образования новых минералов из существующих, существует вероятность того, что новые минералы будут вынуждены расти так, что их длинные оси будут перпендикулярны направление сдавливания. Это показано на рис. 7.6, где материнская порода представляет собой сланец с показанным напластованием. После нагревания и сжатия в породе образовались новые минералы, как правило, параллельные друг другу, а первоначальная слоистость была в значительной степени уничтожена.

На рис. 7.7 показан пример этого эффекта. На этом большом валуне слоистость все еще видна в виде темных и светлых полос, круто спускающихся вправо. Порода также имеет сильную сланцевую слоистость, которая на этом снимке горизонтальна и образовалась из-за сжатия породы во время метаморфизма. Скала откололась от коренной породы вдоль этой плоскости расслоения, и вы можете видеть, что другие слабости присутствуют в той же ориентации.

Только сжатие и нагрев (как показано на рис. 7.5), а также сжатие, нагрев и образование новых минералов (как показано на рис. 7.6) могут способствовать расслоению, но в большинстве случаев расслоение развивается, когда новые минералы вынуждены расти перпендикулярно направлению наибольшее напряжение (рис. 7.6). Этот эффект особенно силен, если новые минералы имеют пластинчатую форму, как слюда, или вытянутую форму, как амфибол. Минеральные кристаллы не обязательно должны быть большими, чтобы образовать слоистость. Сланец, например, характеризуется выровненными чешуйками слюды, которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть.

Различные типы рассланцованных метаморфических пород, перечисленных в порядке степени или интенсивности метаморфизма и типа слоистости: сланец , филлит , сланец и гнейс (рис. 7.8). Как уже отмечалось, сланец образуется в результате низкостепенного метаморфизма сланца и имеет микроскопические кристаллы глины и слюды, выросшие перпендикулярно напряжению. Сланец имеет тенденцию ломаться на плоские листы. Филлит похож на сланец, но обычно нагревается до более высокой температуры; слюды стали больше и видны как блеск на поверхности. Там, где сланец обычно плоский, филлит может образовываться волнистыми слоями. При формировании сланца температура была достаточно высокой, чтобы были видны отдельные кристаллы слюды, а также могут быть видны кристаллы других минералов, таких как кварц, полевой шпат или гранат. В гнейсе минералы могли быть разделены на полосы разных цветов. В примере, показанном на рис. 7.8d, темные полосы в основном относятся к амфиболу, а светлые полосы относятся к полевому шпату и кварцу. Большинство гнейсов содержат мало слюды или совсем не содержат ее, потому что они образуются при более высоких температурах, чем те, при которых слюда стабильна. В отличие от сланца и филлита, которые обычно образуются только из илистых пород, сланцы и особенно гнейсы могут образовываться из различных материнских пород, включая глинистые породы, песчаники, конгломераты и ряд как вулканических, так и интрузивных магматических пород.

Сланец и гнейс могут быть названы на основе присутствующих важных минералов. Например, сланец, полученный из базальта, обычно богат минералом хлоритом, поэтому мы называем его хлоритовым сланцем. Один из сланцев может быть мусковит-биотитовым сланцем или просто слюдяным сланцем, или, если присутствуют гранаты, это может быть слюдяно-гранатовый сланец. Точно так же гнейс, который возник как базальт и в котором преобладает амфибол, является амфиболовым гнейсом или, точнее, амфиболитом .

Если камень зарыт на большую глубину и сталкивается с температурами, близкими к температуре его плавления, он частично расплавится. Образовавшаяся порода, включающая как метаморфизованный, так и магматический материал, известна как мигматит (рис. 7.9).

[http://commons. wikimedia.org/wiki/ File:Migmatite_in_Geopark_on_Albertov.JPG]
Как уже отмечалось, природа материнской породы определяет типы метаморфических пород, которые могут образоваться из нее в различных условиях метаморфизма. Виды горных пород, которые, как ожидается, могут образоваться при различных степенях метаморфизма из различных материнских пород, перечислены в Таблице 7.1. Некоторые породы, такие как гранит, не сильно изменяются при более низких степенях метаморфизма, потому что их минералы все еще стабильны до нескольких сотен градусов.

Метаморфические породы, формирующиеся либо в условиях низкого давления, либо только в условиях ограничивающего давления, не расслаиваются. В большинстве случаев это связано с тем, что они залегают неглубоко, а тепло для метаморфизма исходит от тела магмы, переместившегося в верхнюю часть земной коры. это контактный метаморфизм . Некоторыми примерами нерасслоенных метаморфических пород являются мрамор , кварцит и роговик .

Мрамор представляет собой метаморфизованный известняк. Когда он образуется, кристаллы кальцита имеют тенденцию к увеличению, а любые осадочные текстуры и окаменелости, которые могли присутствовать, разрушаются. Если исходный известняк был чистым кальцитом, то мрамор, скорее всего, будет белым (как на рис. 7.10), но если в нем есть различные примеси, такие как глина, кремнезем или магний, мрамор может иметь «мраморный» вид.

Кварцит представляет собой метаморфизованный песчаник (рис. 7.11). В нем преобладает кварц, и во многих случаях исходные кварцевые зерна песчаника спаяны с дополнительным кремнеземом. Большинство песчаников содержат некоторые глинистые минералы, а также могут включать другие минералы, такие как полевой шпат или фрагменты горных пород, поэтому большинство кварцитов имеют некоторые примеси кварца.

Даже если кварцит образовался во время регионального метаморфизма , кварцит не склонен к расслаиванию, потому что кристаллы кварца не выравниваются с направленным давлением. С другой стороны, любая глина, присутствующая в исходном песчанике, вероятно, будет преобразована в слюду во время метаморфизма, и любая такая слюда, вероятно, выровняется с направленным давлением. Пример этого показан на рисунке 7.12. Кристаллы кварца не выровнены, но все слюды выровнены, что указывает на наличие направленного давления во время регионального метаморфизма этой породы.

Hornfels — еще одна нерасслоенная метаморфическая порода, которая обычно образуется при контактном метаморфизме мелкозернистых пород, таких как аргиллиты или вулканические породы (рис. 7.13). В некоторых случаях роговики имеют видимые кристаллы минералов, таких как биотит или андалузит. Если бы роговики образовались в условиях отсутствия направленного давления, то эти минералы были бы ориентированы беспорядочно, а не рассланцованы, как если бы они образовались при направленном давлении.