лабораторна робота "визначення поверхневого натягу води методом відриву крапель"

ПЛАН
з предмета «Фізика»
Тема заняття: Лабораторна робота «Визначення коефіцієнту поверхневого натягу рідин методом відриву крапель»

Епіграф: Найважливіше завдання цивілізації – навчити людину мислити
Томас Едісон

Навчання без міркування – даремне, міркування без навчання – небезпечне.

Конфуцій

Мета заняття:

навчальна: навчити студентів визначати поверхневий натяг рідин (води та водних розчинів) методом відривання  крапель та ознайомити їх з визначенням поверхневого натягу рідин методом відриву петлі;

розвивальна: залучити студентів до самоосвітньої і творчої діяльності;прищеплювати інтерес до науки, розвивати вміння знаходити корисне та потрібне для повсякдення;

виховна: виховувати у студентів такі якості, як зібраність думок, кмітливість, охайність, вміння організовувати свою роботу.

Міжпредметні зв’язки:

• Інформатика.
• Математика.
• Навчальна практика.
• Біологія.
• Хімія.

Забезпечення заняття:

Матеріали та обладнання: терези, штангенциркуль, піпетки, голка, маркер, склянки, гаряча та холодна вода, розчин цукру, розчин спирту.

Наочність: слайди, вода, олія, спирт, голка, копійки, перець, мило, фольга.

Роздавальний матеріал: тестові завдання (додаток 1), таблиці постійних величин (додаток 4), інструкція з охорони праці (додаток 2), робочий зошит (додаток 3).

Інформаційно-комунікаційні засоби навчання: комп’ютер, мультимедійний проектор, вебкамера.

Тип заняття: лабораторна робота

Форма проведення заняття: інтегроване заняття з предметом «Інформатика»

Основні терміни та поняття: рідини, змочування , незмочування, поверхневий натяг, капілярні явища.

Методичні прийоми: робота з лабораторними приладами, з лабораторним зошитом, з комп’ютером (планшетом) в середовищі Exel, демонстраційний експеримент, діалог та презентації, розв’язок задач.

ХІД ЗАНЯТТЯ:

1. Організація початку заняття 1–2 хв.

1.1              Перевірка присутності студентів.

1.2              Створення психологічно сприятливої атмосфери заняття.

На екрані висвітленно слайд 1 з зазначенням теми заняття, який замінюється на слайд 2 з визначенням мети заняття.

2.  Мотивація навчальної діяльності 3 хв.

2.1 Підготовка до свідомого сприйняття матеріалу демонстрація слайду 3 з мильними бульбашками та краплинами роси.

2.2 Стимулювання пізнавального інтересу – студенти висловлюють думки, чому в літку краплини дощу великі, а восени малі, пояснюють залежність коефіцієнту поверхневого натягу рідин від температури. Це супроводжується слайдами з зображенням дощу в різний час (слайд 4).

3. Актуалізація опорних знань 15 хв.

Одночасно відбувається фронтальне опитування групи, коло дошки працюють два студенти розв’язуючи задачі.

3.1 Розв’язування задач окремими студентами:

Задача № 1:

Знайдіть висоту капілярного підйому мильного розчину, якщо радіус капіляра дорівнює 0,5 мм. Густину мильного розчину вважайте рівною густині води.

Задача № 2:

Із круглої дірочки в дні посудини капає рідина. Маса 100 крапель виявилася рівною 2 г. Який поверхневий натяг рідини, якщо діаметр шийки краплі перед відривом дорівнює 1,2 мм?

3.2 Фронтальне опитування:

3.1.1              Властивості рідин.

3.1.2              Що таке поверхневий натяг?

3.1.3              Що таке явище змочування?

3.1.4              Що таке явище незмочування?

3.1.5              Що таке капіляр? Наведіть приклад капілярних явищ.

3.3              Розв’язування тестів студентами (додаток 1). На це їм надається 7 хвилин, таймер виводиться на екран (слайд 5), студенти можуть самостійно слідкувати за часом.

Правильні відповіді тестів виводяться на екран (слайд 6), студенти сидять за столами по 7 людей. По часовій стрілці передають свої роботи сусідам, які перевіряють роботи.

4. Проведення лабораторної роботи 40 хв.

4.1 Повідомлення теми і мети лабораторної роботи (слайд 7).

4.2 Інструктаж з техніки безпеки. На робочих столах студентів знаходяться роздруковані повні інструкції по техніці безпеки для проведення даної лабораторної роботи (додаток 2), на екран виводиться витяг з інструкції з самими важливими положеннями з даної інструкції. Протягом усього заняття викладач наголошує на дотриманні правил техніки безпеки.

4.3 Ознайомлення студентів з ходом роботи (лабораторний зошит – додаток 3) – студенти самостійно вивчають текст з лабораторного зошит; викладач обговорює зі студентами їх подальші дії, та очікувані результати.

4.4 Інтеграція з навчальною дисципліною „Інформатика”

4.4.1 Виступ викладача інформатики про можливості середовища Excel.

4.4.2 Повідомлення студента – „Створення таблиці для обрахунку даних в середовищі Excel”.

4.5 Підготовка необхідних препаратів для проведення лабораторної роботи (холодна і гаряча вода, розчини цукру і спирту).

4.6 Проведення безпосередніх вимірювань

4.6.1 Зважити порожню посудину, занести отриманий результат у таблицю.

4.6.2 Накрапати в посудину 50 крапель досліджуваної рідини, кількість крапель зазначити у таблиці.

4.6.3 Зважити посудину з рідиною, занести результат у таблицю.

4.5.4 Накрапати в посудину 100 крапель (до попередніх 50 крапель додати ще 50) досліджуваної рідини, кількість крапель зазначити у таблиці.

4.5.5 Зважити посудину з рідиною, занести результат у таблицю.

4.5.6 Накрапати в посудину 150 крапель досліджуваної рідини (до попередніх 100 крапель додати ще 50), кількість крапель зазначити у таблиці.

4.5.7 Зважити посудину з рідиною, занести результат у таблицю.

4.5.8 За допомогою штангенциркуля виміряти внутрішній діаметр отвору піпетки, результат занести у таблицю.

4.5.9 Провести обрахунок.

4.6 Обговорення отриманих результатів та формулювання висновків.

4.7 Віртуальна лабораторія: Студенти дивляться відеозапис способу визначення коефіцієнту поверхневого натягу рідин методом відривання петлі.

5. Усвідомлення об’єктивних зв’язків у матеріалі, що вивчається
та розкриття внутрішньої сутності явищ 20–22 хв.

1.                  Представлення студентами проекту на тему „Вимірюємо, досліджуємо, навчаємось”.
   1.            Презентація на тему: „Поверхневий натяг у природі” ;

Детально описані такі явища, як сферична форма крапель роси та мильних бульбашок. Пояснено природу ходіння комахами по воді, наведено приклади інших тварин, які ходять по воді, на приклад плащовидної ящірки, наведено умови які мали б виконуватись для ходіння по воді людиною. Визначено роль капілярних явищ у рості рослин, диханні живих організмів. Пояснено, чом не розпадаються замки з піску.

2.                  Демонстраційний експеримент „Прояви поверхневого натягу” (Всі досліди демонструються, а також пояснюються студентами самостійно. Для зручності сприйняття аудиторією використовується веб камера, зоображення з лабораторного стола проектується на екран):

5.1.2.1 „Скільки коштує непролита вода?”. Склянка наповнюється до верху водою, а потім у неї кидаються монети однакового номіналу. За рахунок сил поверхневого натягу вода деякий час не проливається, а збирається у «купол». Монети кидаються до тих пір поки вода не проллється. Далі рахується кількість кинутих монет.

5.1.2.2 „Компас”. Попередньо намагнічена голка акуратно кладеться на воду, так, щоб вона не втопилась. Для кращого проведення експерименту можна покласти на воду серветку, а вже на неї голку. Пізніше серветку видалити. Голка залишається лежати на воді, а так як вона намагнічена, то орієнтується по сторонам світу, тобто є компасом.

5.1.2.3 „Ефект марангоні прояв 1”. На воду насипається чорний мелений перець, який рівномірно плаває на поверхні. Бераться ватна паличка, змочується миючим засобом та поміщається у воду. За рахунок зміни коефіцієнту поверхневого натягу рідини перець починає рухатись до країв посудини.

5.1.2.4 „Ефект марангоні праяв 2”. З фольги спочатку робиться кулька та кладеться у воду. Вона топиться. Наступним робиться кораблик кладеться на воду, і він не топиться. Пояснюється, що плавання тіл залежить від їх форми. Ватна паличка змочується мильним розчином, як у попередньому досліді, торкаючись нею води кораблик починає рухатись. це також пояснюється зміною коефіцієнту поверхневого натягу рідини, та тим, що тіла рухаються від вздовж градієнта коефіцієнта поверхневого натягу.

5.1.2.5 „У кого більша шапка?”. На три монети однакового номіналу акуратно шприцом або піпеткою лиється вода, олія та спирт. За рахунок різних коефіцієнтів поверхневого натягу на монетах будуть утворюватись сферичні поверхні з різними радіусами кривизни.

5.1.2.6 „Дивовижні бульбашки”. У мірну склянку з водою поміщають краплину олії, а потім обережно додають спирт. Краплина олії знаходиться бульбашкою між двома прозорими рідинами.

5.1.2.7 „Чи можна носити воду в решеті?”. Пляшка з водою закривається марлею складеною в декілька разів, або капроновою тканиною, і перевертається. Вода з пляшки не виливається, її «тримають» сили поверхневого натяг кожної краплини, яка утворилась між нитками у тканині.

1.      Презентація на тему „Використання людиною властивостей рідин та сил поверхневого натягу”.

В презентації було розглянуто такий спосіб очищення металевих руд, як флутація. Описано вимоги до якісного фарбування поверхонь в цілому та особливу увагу було звернуто на фарбування кузовів автомобілів. Описано протікання та причини винекнення кисневої емболії крові. Пояснено принцип фітільної змазки деталей. Описано корисність та зручність капілярного поливу та зрошування рослин у сільському господарстві. Розказано про такий спосіб очищення атмосферних викидів, як промивка газу.

2.      Висновки.

Студенти обговорюють побачену і почуту інформацію, та результати отриманні під час виконання лабораторної роботи. Аналізують фактори від яких залежить коефіцієнт поверхневого натягу, а саме: тип рідини, її температуру, наявність у рідині домішок. Формулюють в голос та записують у звіт висновок до лабораторної роботи.

6. Резерв відповідно до залишку часу

6.1 Квіти незвичних кольорів (демонстрація квітів фарбованих внаслідок поливу рідинами з додаванням барвників).

6.2 Відео про харчування космонавтів в умовах невагомості.

6.3 Задача: визначити поверхневий натяг рідини, густина якої 1012 кг/м³, за умови, що вона піднімається по капіляру діаметром 1,9 мм на висоту 16 мм. Яким буде меніск рідини?

6.4 Ефект Марґоні прояв 3, або сльози вина (відео демонстрація ефекту та обговорення причин, які призвели д його виникнення).

7. Підбиття підсумків заняття 5 хв.

7.1 Встановлення відповідності між поставленими завданнями заняття та результатами.

7.2 Аналіз навчальної діяльності студентів, оцінювання їх роботи на занятті.

8. Повідомлення домашнього завдання 3 хв.

8.1 Дати письмові відповіді на контрольні запитання до лабораторної роботи.

Викладач     ________________ Ю. І. Федінчук

Додаток 1

Додаток 2

ІНСТРУКЦІЯ

з охорони праці №2

при виконанні лабораторних робіт у 10 класі і на І курсі ДВНЗ І–ІІ рівнів акредитації

Лабораторні роботи:

1. Вивчення одного з ізопроцесів.

2. Вимірювання вологості повітря.

3. Визначення коефіцієнту поверхневого натягу рідин.

1. Загальні положення

1.1. Інструкція з охорони праці поширюється на всіх учасників навчально-виховного процесу під час проведення лабораторних і практичних робіт у кабінеті фізики.

1.2. Інструкцію розроблено на основі державного нормативного акту про охорону праці – „Правил безпеки під час проведення навчально-виховного процесу в кабінетах (лабораторіях) фізики загальноосвітніх навчальних закладів”, затвердженого наказом Держнаглядохорони праці України від 16.11.98 №220* ДНАОП 9.2.30-1.04-98.

2. До початку роботи:

2.1. Ознайомтесь з описом роботи і продумайте хід її виконання.

2.2. Приберіть все зайве зі столу.

2.3. Розміщуйте обладнання і прилади на робочому місці так, щоб уникнути їх падіння.

3. Під час виконання роботи:

3.1. Закріплюйте скляний посуд в лапці штатива за допомогою клаптика картону.

3.2. Користуйтеся мензурками, трубками, пробірками, що мають оплавлені краї.

3.3. Забороняється пробувати смак рідин, які використовуються в дослідах.

3.4. Забороняється збирати осколки хімічного скла голими руками.

3.5. Добре закріплюйте гуму в штативі і обережно підвішуйте тягарці.

3.6. Не розтягуйте гумовий джут руками.

3.7. Не приступайте до виконання роботи без дозволу вчителя.

4. Після закінчення роботи:

4.1. Складіть обладнання в такому порядку, як воно було складено до початку роботи.

4.2. При потребі витріть стіл чистою ганчіркою.

5. Вимоги безпеки в екстремальних ситуаціях

5.1. Загорання в кабінеті (лабораторії) фізики у випадку пожежі необхідно відразу ліквідувати. Для цього необхідно:

- повідомити пожежну охорону;

- повідомити чергового адміністратора;

- вжити заходів щодо евакуації людей з приміщення;

- вимкнути електромережу;

- розпочати тушіння засобами пожежогасіння;

- організувати евакуацію майна.

5.2.4. У разі виникнення нещасного випадку (термічного опіку , травми осколками скла тощо) треба надати першу медичну допомогу згідно з інструкцією і в разі необхідності негайно викликати швидку допомогу.

Завкабінету ______________ _________________________

Додаток 3

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 7

ВИЗНАЧЕННЯ ПОВЕРХНЕВОГО НАТЯГУ РІДИНИ МЕТОДОМ ВІДРИВУ КРАПЕЛЬ

Мета: визначити поверхневий натяг рідини методом відриву крапель.

Обладнання: терези, штангенциркуль; голка (зубочистка); склянка низька; склянка; піпетка; вода холодна; вода гаряча; розчин цукру; розчин спирту, маркер.

ХІД РОБОТИ:

1. Визначте масу порожньої низької склянки (m), результат запишіть у таблицю.
2. Накапайте у низьку склянку 50 крапель рідини, кількість крапель n запишіть у таблицю.
3. Визначте масу склянки з рідиною М, результат запишіть у таблицю.
4. Повторіть дослід для 100 і 150 крапель рідини, результати вимірювання запишіть у таблицю.
5. Введіть голку (зубочистку) в отвір піпетки до упору, маркером зробіть помітку. За допомогою штангенциркуля визначте діаметр голки d у позначеному місці, це і буде внутрішній діаметр отвору піпетки.
6. Обчисліть коефіцієнт поверхневого натягу за формулою: , де – сила земного тяжіння, що діє на краплю, а – периметр, який обмежує краплю. З урахуванням всього вищесказаного коефіцієнт поверхневого натягу обраховується так:

.

Отриманий для кожного досліду результат запишіть у таблицю.

7. Обрахуйте похибки вимірювання.

8. Зробіть висновок.

Висновок: