Конспект уроку з фізики для 10 класу на тему: "Властивості рідин. Поверхневий натяг рідин "

Тема: Властивості поверхні рідини. Поверхневий натяг

Мета: розглянути властивості поверхні рідини, з’ясувати природу сил поверхневого натягу; формувати вміння учнів пояснювати явища з наукової точки зору, вміння систематизувати результати спостережень, робити узагальнення, розвивати логіку, творче та критичне мислення, пам’ять, уміння працювати в групах.

Тип уроку:комбінований

Хід уроку:

І. Організаційний момент

Видуйте мильну бульбашку і дивіться на неї:

ви можете займатися все життя її вивченням,

 але не перестанете діставати із неї уроки фізики.

Уільям Томсон

ІІ. Актуалізація опорних знань

Всі ви, напевне, милувалися маленькими краплями роси, які на листках рослин набувають форми майже правильних кульок. Це явище спостерігав ще Г. Галілей, якого дуже дивувало, чому великі краплі води не розпливаються по всьому листку капусти, а набувають форми маленьких кульок. Таку ж форму мають краплі води на парафіні чи жирній поверхні, пролита на стіл ртуть тощо. Якщо ці краплі стикаються, вони зливаються в одну краплю, форма якої також наближається до кулястої. У космічному кораблі, який перебуває в стані невагомості, кулястої форми набувають не тільки окремі краплі, а й великі об'єми рідини.

Ці явища здаються дуже дивними. Адже ми звикли, що рідина набуває форми посудини, в якій вона знаходиться, і власної форми не має. Виявляється, що так буває не завжди

1.Чому комахи –водомірки можуть швидко ковзати по поверхні води, як ковзанярі по льоду?

(Поверхневий шар створює плівку, діють сили поверхневого натягу.)

Дослід Пропоную до країв наповнити стакан водою. Чи можна помістити в стакан ще щось не пролив води?

( У стакан одну за одною  занурюємо монети. Вода прогинається грибком,але не прогинається.

Підводимо підсумок: ми дізналися,що на поверхні води діє сила поверхневого натягу.

Запис у зошит. Молекули поверхневого шару створюють молекулярний тиск на рідину, стягуючи її поверхню до мінімуму. Цей ефект називають поверхневим натягом.

Дослід2. А зараз на цю поверхню обережно покладемо скрепку. Не тоне. ЇЇ утримують сили поверхневого натягу.

Як же вони виникають і куди спрямовані?

З’ясуємо яку форму приймає рідина під дією тільки сил поверхневого натягу

Дослід3.  Помістимо краплю рослинної олії. Який золотистий шар плаває всередині розчину.

Висновок. Рідина , якщо відсутня сила тяжіння, або коли вона зрівноважується силою Архімеда приймає сферичну форму

2.Чому мильні бульбашки мають сферичну форму ?( Мінімальну поверхню серед тіл даного V має сфера  – тому рідини під дією сил поверхневого натягу приймають форму кулі має мінімальну поверхню при одному  об’ємі).

3.Яка будова рідини?Які властивості рідини подібні до властивостей твердих тіл? Які властивості рідини подібні до властивостей газів?

(Рідини є агрегатним станом речовини проміжним між газоподібним і твердим, тому вони мають властивості як газоподібних так і твердих речовин. У рідинах, на відміну від газів, молекули розташовані впритул, але не зафіксовані на одному місці. Рідини подібно до твердих тіл мають певний об’єм, а подібно до газів – приймають форму посудини у якій знаходяться.)

4.Чому людина вільно входить у воду з берега річки, але якщо стрибне з вишки і вдариться о поверхню, то сильно заб’ється?

ІІІ Вивчення нового матеріалу.

З силами притягання між молекулами і рухомістю молекул у рідині пов’язаний прояв сил поверхневого натягу.

На якій відстані діють молекулярні сили?(порядку 10^-9м

Вся справа в тому, що молекули на поверхні рідини перебувають в інших умовах, ніж молекули всередині рідини. На кожну молекулу всередині рідини діють сили притягання з боку сусідніх молекул, які оточують її з усіх боків (мал. 1).

Результуюча цих сил дорівнює нулю. Над поверхнею рідини знаходиться пара, густина якої в багато разів менша за густину рідини, і взаємодією молекул пари з молекулами рідини можна знехтувати. Молекули на поверхні притягуються лише молекулами, які лежать нижче. Тому рівнодійна сил притягання, які діють на молекули поверхневого шару, не дорівнює нулю. Під дією цих сил молекули поверхневого шару втягуються всередину, кількість молекул на поверхні зменшується, і площа скорочується.

Однак усі молекули не можуть втягнутися всередину. На поверхні залишається така кількість молекул, за якої площа поверхні виявляється мінімальною за даного об'єму рідини. Ось чому рідини під дією молекулярних сил набувають сферичної форми, за якої поверхня мінімальна.

(Мінімальну поверхню серед тіл даного V має шар – тому рідини під дією сил поверхневого натягу приймають форму кулі.)

 Скорочення поверхні рідини під впливом притягання її молекул всередину рідини відбувається так, ніби вздовж її поверхні діяла сила і викликала її скорочення. Цю силу називають силою поверхневого натягу.

Дослід Для виявлення дії сили поверхневого натягу скористаємося властивістю деяких рідин, наприклад мильної води, створювати тонкі плівки. Якщо опустити в мильну воду дротяне кільце і вийняти його, то воно затягується мильною плівкою — тонким шаром рідини. Покладемо на цю плівку невелику петельку з шовкової нитки (мал. 2, а) і проткнемо плівку в області, охопленій петелькою. Відразу ж оточуюча петельку мильна плівка, діючи на всі її елементи з однаковою силою, розтягне її і надасть їй форму кола (мал. 2, б).

Візьмемо вертикальний прямокутний дротяний каркас (мал.3), одна сторона якого (CD) рухома, і також утворимо на ньому мильну плівку. Якщо дати змогу рухомій стороні каркаса вільно переміщатися, вона під час скорочення плівки підніматиметься вгору. Щоб утримати її у початковому положенні C₁D₁, треба прикласти до неї достатню силу, наприклад підвісити невеликий тягарець.

Це означає, що з боку мильної плівки на горизонтальну частину каркаса CD діє сила, яка намагається скоротити поверхню плівки. За модулем ця сила дорівнює вазі тягарця, яка зрівноважує її.

Отже,ми зробили ще одне відкриття: сила поверхневого натягу — це сила, яка діє вздовж поверхні рідини, перпендикулярно до лінії, яка обмежує поверхню, і спрямована в бік її скорочення.

Як виміряти? (Пружинний нанодинамометр)

• Початкове розтягування динамометра під дією F_тяж можна виключити.
• Вздовж дротини утворюється плівка рідини.
• Врахувати, що плівка рідини має 2 поверхні( F_пр.= 2F _нат).
• Якщо взяти дротину зі стороною вдвічі довшою, то F _{пов.нат} зросте в 2 F _{пов.нат} рази.

Висновок:досліди з дротинками різної довжини доводять,що відношення F _{пов.нат} ,що діє на межу поверхневого шару довжиною , до цієї довжини є величина постійна і не залежить від довжини. Цю величину називають коефіцієнтом поверхневого натягу.

Дослід Насиплемо на поверхню води тальк. Крапнемо на поверхню  «Феррі». Порошок стрімко побіжить від краплі. В усі боки . Чому?

Висновок: поверхневий натяг розчину «Феррі» менший ніж поверхневий натяг води. Порівняємо коефіцієнти з таблиці у підручнику.

• Від чого залежить коефіцієнт поверхневого натягу?
• Від Т.(ТЗ підвищенням температури зростає відстань між молекулами, а відповідно сили молекулярного притягання зменшуються)
• Від природи рідин (домішок). Мило, ефір, спирт, нафта – сильно зменшують поверхневий натяг. Льодяники навпаки збільшують.

Дослід ( Водоспад через мильну плівку) Зробіть на каркасі мильну плівку і пропустіть крізь неї струмінь води із стакана.

Дослід Видуйте мильну бульбашку за допомогою воронки і спрямуйте відкритий кінець воронки з мильною плівкою на полум’я свічки.

(Поверхневий шар рідини знаходиться у стані натягу і володіє запасом потенціальної енергії)

Лабораторна робота. Визначення поверхневого натягу води методом відривання крапель

Обладнання:у вчителя на столі бюретка, у учнів на столах шприци, склянка з водою.

=

d – внутрішній діаметр трубки

ІV.Підведення підсумків уроку.

Ми поспостерігали у знайомому нове і вже зможемо пояснити причину виникнення  поверхневого натягу. Зараз ми можемо пояснити чому не можна пригати у воду плашмя і чому купаючись. ми ніби «роздвигаємо» воду.

Повідомлення домашнього завдання

Д.З. Доробити лабораторну роботу.

§50 В. Сиротюк, В.Баштовий. №365,№368