МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ІНТЕГРОВАНОГО ЗАНЯТТЯ ПО ТЕМІ: «ВЛАСТИВОСТІ РІДИН» З ВИКОРИСТАННЯМ ІННОВАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ НАВЧАННЯ

ВЕРХІВНЯНСЬКА ФІЛІЯ ЖИТОМИРСЬКОГО АГРОТЕХНІЧНОГО КОЛЕДЖУ

 

 

 

 

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА НА ТЕМУ:

«МЕТОДИКА ПРОВЕДЕННЯ ІНТЕГРОВАНОГО ЗАНЯТТЯ ПО ТЕМІ: «ВЛАСТИВОСТІ РІДИН» З ВИКОРИСТАННЯМ ІННОВАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ НАВЧАННЯ»

 

Викладач:     Корнієць Галина Анатоліївна – викладач фізики і математики, спеціаліст першої категорії.

 

Методична розробка призначена для використання на заняттях та в позаурочній роботі   всіх спеціальностей І-ІІ рівня акредитації.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тема:   Властивості рідин

 

Тип заняття: вивчення нового матеріалу

 

Мета: дидактична:  з’ясувати суть  поверхневого натягу та явищ змочування і капілярності та їх застосування для практичних потреб.

 

виховна: виховувати позитивні мотиви навчальної діяльності шляхом професійної спрямованості навчання,почуття відповідальності за результати спільної роботи, уміння працювати в групах; розвивати допитливість, логічне мислення, уміння самостійно робити висновки, пізнавальний інтерес до вивчення фізики.

 

Формування компетентностей:

 

Соціальна компетентність: самостійне розв’язання  завдань різними способами і вибір раціональніших, самооцінка і взаємооцінка.

Комунікативна  компетентність: стимулювання умінь учнів, коментування розв’язаних  завдань, взаємоперевірка вислову власної точки зору.

Інформаційна  компетентність: використання додаткової інформації; використання таблиць, схем, опорних конспектів.

Полікультурна компетентність: зв'язок з іншими предметами, життєвими ситуаціями, моделювання.

Продуктивна творча діяльність: використання творчих завдань, складання завдань, питань, алгоритмів.

 

 

Дидактичні засоби навчання: підручник, картки для самостійної роботи.

 

Демонстрації: 1. Виявлення поверхневого натягу рідини. 2. Явище змочування і незмочування. 3. Капілярні явища.

 

Обладнання: комп’ютер, мультимедійний проектор. Набір капілярних трубок, пластинки зі скла, пропарафінований папір, крапельниці з водою, таблиця  коефіцієнтів поверхневого натягу.

 

Міжпредметні зв’язки: рослинництво, землеробство, ботаніка, математика.

 

 

 

Хід заняття

 

1. Організаційна частина заняття

Черговий доповідає про відсутніх і готовність  аудиторії та студентів до заняття.

 

2. Повідомлення теми (Слайд 1), мети(Слайд 2),  основних завдань заняття та мотивації навчальної діяльності. Формування шести груп студентів

Усне повідомлення. Необхідність вивчення теми для розуміння фізичних явищ,  застосування отриманих знань в житті і побуті та забезпечення безпеки життєдіяльності.

 

3. Актуалізація опорних знань студентів

Фронтальне усне опитування.

1. Які вам відомі агрегатні стани речовин?

2. Охарактеризувати газоподібний стан речовини. (Слайд 3).

3. Які характерні особливості твердого стану? (Слайд 4)

4. Як називається перехід речовини з рідкого стану в газоподібний і навпаки?

5. Як при цьому змінюється внутрішня енергія?

6. Як називається перехід речовини з рідкого стану в твердий і навпаки?

7. Чи може речовина переходити з твердого стану в газоподібний? А навпаки?

Навести приклади. (Слайд 5)

 

Активізація розумової діяльності

Фізичний словничок: капіляр (лат.) – волосяний; меніск (грец.) – місячний серп; флотація (англ.) – випливання.

 

4. Інформаційний блок. Вступне слово викладача.

Викладач. Сьогодні ми з вами будемо вести мову про ще один агрегатний стан речовини – рідкий.

Наука пізнає будову речовини. На основі цього пізнання, людина навчилась добувати нові матеріали, яких не могла створити природа, причому із заданими властивостями. Ви знаєте, що речовина може перебувати не тільки у твердому, рідкому і газоподібному станах, а й у стані плазми. Плазма – це іонізований газ (світні люмінесцентні трубки реклами, лампи денного світла, Сонце і інші зорі, міжзоряний газ). Це найбільш поширений стан у Всесвіті. (Слайд 6).  Але відкрито ще п’ятий стан речовини. У Всесвіті є зорі з дуже великою густиною. Речовина цих зір складається з атомів без електронних оболонок, тобто з ядер. Наприклад, густина зорі Сіріус В складає 300 000 г/см³; склянка такої речовини мала б масу 60 т. Густина зорі Ван-Манена в 400 000 раз більша від густини води.

Як бачите, ядра дуже тяжкі, але це не суцільні кульки (про будову атомів). Якби ядро було суцільним, то кубик в 1 см³, виготовлений з ядерної речовини, важив би кілька мільйонів тонн. У навколишньому світі таких ядер немає.

Фізика – це основа всіх природничих наук. Все, що нас оточує, вивчає і пояснює фізика.

Для вивчення фізичного явища не обов’язково користуватись дорогими і складними приладами. Фізика криється не лише в блискучих приладах, а й у самому житті, всюди навколо нас. Треба тільки вміти побачити її. Наприклад, сидячи за чайним столом, можна спостерігати багато фізичних явищ. Зараз на власному досвіді попробуємо перевірити деякі з них. Приладом в даному випадку буде чашка чаю. То ж фізика за чашкою чаю.

На перший погляд підтверджується відоме положення, що рідина не має своєї форми, а набирає форми тієї посудини, в яку налита. Поверхня рідини не залежить від форми посудини; вона являє собою гладеньку, як дзеркало, площину. А втім це не так.

Форма поверхні рідини – це форма, концентрична  до поверхні земної кулі. Але щоб це побачити, потрібно дуже велику чашку. У звичайних чашках поверхню рідини вважаємо горизонтальною. Але й тут потрібна поправка. (Слайд 7). Придивіться уважніше: біля країв рідина піднята.

Якщо у чашку опустити ложку, то можна помітити, що: (Слайд 8)

1.               Поверхня рідини викривлена біля ложки;
2.               Між стінкою і ложкою рідина трохи піднята, чим ближче ложка до стінки, тим більший рівень;
3.               Якщо опустити вузьку скляну трубочку, то рідина в ній підніметься;
4.               Чим вужча трубочка, тим вище піднімається рідина. (Слайд 9)

Чому це так відбувається ми сьогодні з вами з’ясуємо.

 І сьогодні ви дізнаєтесь  не тільки це, а ще багато іншого. Наприклад, стосовно вашої професії

    1.     Коли грунт швидше висихає, коли він розпушений чи укочений ?
    2.     Чому псуються нижні шари зерна, що зберігаються на току 

закоткованому котками?
    3.      Коли проводять боронування:   до дощу чи невдовзі після дощу?
    4.     Чи змінюють глибину культивації грунту в засушливий і сирий

 період часу ?
           Дати відповіді на ці питання допоможуть знання одержані на цьому занятті.

(Записують план) 

(Слайд 10)

5. Структурні елементи заняття, які забезпечують досягнення дидактичної і виховної мети. Їх зміст і послідовність.

1.               Характеристика рідкого стану речовини.
2.               Поверхневий натяг рідин.
3.               Явище змочування та незмочування.
4.               Меніск. Капілярні явища.
5.               Прояви та застосування капілярних явищ.
6.               Цікаві факти про рідини.

 

Викладач. Кожна із шести груп  готувала презентацію і доповідь на одне питання плану. Надамо слово першій групі, яка охарактеризує рідкий стан речовини.

 

Характеристика рідкого стану речовини (Слайд 11)

Речовина в рідкому стані зберігає свій об’єм і набуває форми посудини, в яку її налито. (Слайд 12)

Збереження об’єму рідини доводить те, що між її молекулами діють сили притягання. Ці сили утримують молекулу біля тимчасового положення рівноваги протягом с, після чого вона перескакує в нове тимчасове положення на відстань свого діаметра. При підвищенні температури цей час зменшується. Внаслідок цього рідина має текучість і набуває форми посудини, в якій вона міститься.

Під час нагрівання рідини розширюються, але менше, ніж гази. (Слайд 13). Оскільки відстань між молекулами дуже мала, рідини майже не стискаються.

Найхарактерніша відмінність рідини від газу та, що рідина зберігає свій об’єм, а на межі з газом чи парою утворює вільну поверхню. Саме тому ми можемо налити пів чашки кави, тримати в колбі воду, яка займає не весь об’єм колби. Гази ж завжди займають весь наданий їм об’єм.

Рідини мають властивості притаманні твердим тілам. (Слайд 14).  У невеликому об’ємі молекули рідини мають впорядковане розміщення, а у великих об’ємах – хаотичне. Говорять, що в рідині існує ближній порядок у розміщенні молекул і немає далекого порядку. Таку будову називають кристалоподібною.

Рідина може виявляти як і тверде тіло, механічні властивості. (Слайд 15). Якщо час дії сили на рідину малий, то вона проявляє пружні властивості. Наприклад, при різкому ударі палицею по поверхні води палиця може зламатись, камінь можна кинути так, що він буде скакати по воді. Якщо час дії на рідину великий,то виявляється текучість. (Слайд 16). Наприклад, рука легко проникає всередину води.

При короткочасній дії сили рідина проявляє крихкість. Стисливість рідини також дуже мала.

При інтенсивній дії на рідину всередині її можуть бути розриви. Наприклад, при обертанні гребних гвинтів. Такі порожнини із силою закриваються і є причиною швидкого спрацювання гребних гвинтів. Це явище називають кавітацією. (Слайд 17).

Отже, рідини мають багато властивостей, спільних з властивостями твердих тіл. Проте, чим вищою стає температура рідини, тим більше її властивості наближаються до властивостей густих газів і більше відрізняються від властивостей твердих тіл. (Слайд 18).

Це означає, що рідкий стан є проміжним між твердим і газоподібним. (Слайд 19).

А взагалі кажучи, властивості рідкого стану речовини ближчі до властивостей твердого стану, ніж до властивостей газоподібного. (Слайд 20).

 

Викладач.  Ви хоча б раз у своєму житті спостерігали, як деякі види павуків пересуваються по поверхні води не провалюючись, а для інших вода – пастка. Коли вода витікає з крана, то вона тече не тоненьким струменем, а капає.

Дослід. (мильний розчин, папірці, динамометр)

 

Відповісти на ці та інші питання нам допоможуть студенти групи №2.

 

Поверхневий натяг рідин (Слайд 21).

Поверхня рідини під дією молекулярних сил мимовільно скорочується. (Слайд 22). Це можна бачити на таких прикладах: кульова форма краплі роси на листі, злиття двох малих крапель  в одну наслідок їх зіткнення, досліди з мильними плівками та ін.

Факти утворення кульової форми рідини або злиття двох крапель в одну свідчать про мимовільне скорочення поверхні рідини в процесі її переходу в рівноважний стан.

Пояснення кулястої форми крапель полягає в тому, що рідина прагне зменшити площу своєї поверхні, а з усіх тіл із заданим об’ємом найменшу площу поверхні має куля. (Слайд 23).

Прагнення рідини зменшити площу своєї поверхні називається поверхневим натягом. (Слайд 24).

Поверхневий натяг рідини  - фізична величина, яка характеризує дану рідину і дорівнює відношенню поверхневої енергії до площі поверхні рідини.  Формула  W=σ*S

Молекули на поверхні рідини перебувають в особливих умовах порівняно з молекулами їх внутрішніх шарів. (Слайд 25). У середині рідини сумарна сила притягання, що діє на молекулу з боку сусідніх молекул, дорівнює нулю. А всі молекули рідини, розміщені в поверхневому шарі, втягуються всередину рідини. Але простір всередині рідини зайнятий іншими молекулами, тому  молекули поверхневого шару чинять тиск на рідину, стягуючи її поверхню до мінімуму. Поверхневий шар створює тиск на рідину, який називають молекулярним тиском. (Слайд 26).

Якщо в середину рідини потрапляє яке-небудь тіло, то між рідиною і тілом утворюється шар рідини, в якому  молекулярні сили напрямлені від тіла в середину рідини, тобто стискаючи рідину. (Слайд 27).

Молекулярний тиск не діє на тіла, занурені в рідину, він діє на рідину. Цей тиск дуже великий, наприклад для води він порядку 11*10⁸ Па, а для ефіру 1,4*10⁸ Па. Тому рідину стиснути дуже важко.

Щоб витягти молекулу з рідини потрібно подолати притягання інших молекул, тобто здійснити позитивну роботу, а отже, збільшити енергію молекули.

Таким чином, потенційна енергія молекули на поверхні рідини більша, ніж потенційна енергія молекули в товщі рідини. А це означає, що молекули поверхневого шару мають надлишкову енергію порівняно з молекулами в товщі рідини. Цю енергію називають поверхневою енергією.

•              Поверхнева енергія – надлишкова потенційна енергія молекул поверхневого шару рідини.

 

Оскільки поверхневий шар рідини має надлишкову потенціальну енергію, а будь-яка система прагне до мінімуму потенціальної енергії, то вільна поверхня рідини прагне зменшити свою площу. (Слайд 28). Вздовж поверхні рідини діють сили що намагаються стягнути цю поверхню. Ці сили називають силами поверхневого натягу.

 

(Дослід - демонстрація ). Існування сил поверхневого натягу можна експериментально довести за допомогою такого досліду. Якщо дротяний каркас із прив’язаною до нього ниткою занурити в мильний розчин, каркас затягнеться мильною плівкою, а нитка набере довільної форми. Якщо ж обережно проткнути голкою мильну плівку з одного боку від нитки, сила поверхневого натягу мильного розчину, яка діє з іншого боку нитки, натягне нитку.

Сила поверхневого натягу має електромагнітну природу і обумовлена взаємодією молекул. Числове значення сили поверхневого натягу залежить від роду рідини і довжини лінії, що обмежує поверхневу рідину.

Сила поверхневого натягу прямо пропорційна довжині лінії, яка обмежує поверхню рідини. (Слайд 29).

F = σ*l.  Звідси: відношення сили поверхневого натягу до довжини лінії, яка обмежує поверхню рідини:     σ = ,    де σ  (сигма) - коефіцієнт поверхневого натягу рідини. (Слайд 30).

Поверхневий натяг чисельно дорівнює силі поверхневого натягу, яка діє на одиницю довжини лінії , що обмежує поверхню.

σ =

Коефіцієнт поверхневого натягу вимірюється у Н/м.

Поверхневий натяг рідини залежить: (Слайд 31).

1.               Від природи рідини: у летких рідин (ефір, спирт, бензин) поверхневий натяг менший, ніж у не летких (ртуть,  рідкі метали);
2.               Від температури рідини: чим вища температура рідини, тим меншим є її поверхневий натяг рідини;
3.               Від наявності в складі рідини поверхнево активних речовин: їх наявність значно зменшує поверхневий натяг рідини;
4.               Від властивостей газу з якими рідина межує: у таблицях зазвичай наводять значення поверхневого натягу на межі рідини і повітря за певної температури рідини.

Робота молекулярних сил при зменшенні площі вільної поверхні рідини прямо пропорційна зміні площі вільної поверхні:

   A = σ∆S, (Слайд 32).

Поверхневий шар рідини завжди перебуває в стані натягу.

На величину впливає середовище над поверхнею рідини і температура рідини. При підвищені температури рідини її коефіцієнт поверхневого натягу зменшується і при критичній температурі дорівнює нулю.

У  повсякденному житті ви постійно зустрічаєтеся з проявами сил поверхневого натягу. (Слайд 33). Так завдяки йому на поверхні води утримуються легкі предмети і деякі комахи. Коли ви купаєтеся і пірнаєте у воду з головою, ваше волосся розходиться в усі боки, але щойно виринете з води, як волосся злипається, бо  в цьому випадку площа вільної поверхні води набагато менша, ніж у разі окремого розташування кожного пасма. З цієї причини можна побудувати різні фігури з вологого піску: вода, обволікаючи піщинки, притискає їх одна до одної. (Слайд 34).

 

Явища  змочування та незмочування. (Слайд 35).

Викладач.  Рідина може межувати не тільки зі своєю парою чи газом, але й з твердим тілом.

Фронтальний експеримент: нанесіть краплю води на  поверхню  скла  і  на поверхню пропарафінованого паперу і зверніть увагу що крапля води по склу розпливається, а на папері тримається кулькою.  Занурити свічку і паличку у воду і витягти зводи. Чи намокнуть вони? Як пояснити спостережувані явища? Про це розповість наступна група.

 

Якщо занурити якийсь предмет у рідину, то відбудеться одне з двох: або предмет стане мокрим, або залишиться сухим. У першому випадку ми відриваємо частинки рідини одну від одної. У другому – частинки рідини від частинок твердого тіла. Це пояснюється відмінністю в силах взаємодії між молекулами .

 

 Якщо сили взаємодії  між молекулами рідини і твердого тіла більші  ніж сили взаємодії між молекулами рідини,  то рідина  змочує поверхню твердого тіла. (Слайд 36).  Наприклад, ртуть на цинковій пластинці, вода на склі.

     Ø Якщо сили взаємодії  між  молекулами рідини більші, ніж

 сили взаємодії  між  молекулами рідини і твердого тіла, то рідина не змочує поверхню твердого тіла. (Слайд 37). Наприклад, ртуть на склі, вода на сажі.

Явище змочування приводить до викривлення поверхні рідини біля поверхні твердого тіла. Явище змочування характеризується крайовим кутом ϴ (тета). (Слайд 38).

•                  Крайовий кут - це кут між поверхнею твердого тіла та дотичною до вільної поверхні рідини в точці, що лежить на межі трьох середовищ (рідина, газ, тверде тіло).

Для змочуючої  рідини крайовий кут гострий: 0 ≤ ϴ ˂.

Для незмочуючої – тупий: (Слайд 39).

Явище повного розтікання рідини називається повним змочуванням: ϴ = 0. Воно характерне для води, що знаходиться на чистому склі.

Випадок ϴ =π відповідає повному незмочуванню. Воно спостерігається при контакті води і парафіну.

Роль поверхневих явищ у природі (Слайд 40).

Роль поверхневих явищ у природі різноманітна. Наприклад, поверхнева плівка води для багатьох організмів є опорою при русі. Така опора руху зустрічається у дрібних комах, павукоподібних. Найбільш відомі водоміри, які опираються на воду тільки кінцівками широко розставлених лапок.

Лапка, покрита воскоподібним нальотом, не змочується водою, поверхневий шар води прогинається під тиском лапки, утворюючи невелику заглибину. Подібним чином рухаються берегові павуки деяких видів, але їх лапки розміщуються не паралельно до поверхні води, а під прямим кутом до неї.

Деякі тварини, що живуть у воді, але не мають зябра, підвішуються знизу до поверхневої плівки води за допомогою не змочуваних щетинок, які оточують їх органи дихання. Таким способом «користуються» личинки комарів ( у тому числі і малярійних).

Пір’я і пух водоплавних птахів завжди щільно змазане жиром, що виділяється особливими залозами, що пояснює їх незмочуваність. Товстий шар повітря, що знаходиться між пір’ям у таких птахів, не тільки захищає їх від втрати тепла, але й суттєво збільшує запас плавучості, подібно до рятувального жилета.

Воскоподібний наліт на листках перешкоджає попаданню вологи в мікроканали, які виконують роль дихальних шляхів рослин. Таку ж водонепроникну функцію виконує воскоподібний наліт у солом’яної покрівлі, копиці сіна.

Застосування  явища змочування

     Ø Склеювання,   паяння, фарбування тіл, змащення тертьових

поверхонь, прання, миття.

    Ø Явище змочування широко застосовується у флотаційних процесах 

(збагачення руд цінною породою). В основу цих процесів покладені

явища зміни сили поверхневого натягу рідини різними домішками і

 неоднакове змочування нею різних твердих тіл.

     Ø Явище змочування доводиться враховувати під час конструювання

космічних апаратів. У стані невагомості змочувальна рідина

розпливається по стінках посудини, у якій вона знаходиться, а

 незмочувальна збирається великою краплею  всередині посудини.    

  Тому  матеріали стінок і форму паливних баків доводиться враховувати

 так,  щоб паливо утримувалося біля отворів, через які відбувається його

перекачування до двигунів.

     Ø  Cучасні  способи дозволяють паяти  вуглецеві, леговані і нержавіючі сталі, кольорові метали і їх сплави. Допоміжний метал чи сплав, що застосовується при паянні, називається припоєм. Якість, міцність і експлуатаційна надійність паяного з’єднання в першу чергу залежить  від правильного вибору припою.  Припой повинен мати цілий ряд  властивостей, серед яких здатність в розплавленому стані 

 ( в присутності захисного середовища,  флюсу чи у вакуумі ) добре

змочувати матеріал, що паяється і легко розпливатися по його поверхні.

 

Викладач. В нас залишилось ще одне питання без відповіді: чому піднімається рідина в трубках. Тож на разі питання «Капілярність». Слово групі, яка готувала це питання.

Капілярні явища (Слайд 41).

У житті ми часто маємо справу з тілами, пронизаними безліччю дрібних каналів (папір, пряжа, шкіра, різні будівельні матеріали, ґрунт, дерево). (Слайд 42).  Стикаючись із водою або іншими рідинами, такі тіла дуже часто всмоктують їх у себе. На цьому ґрунтується дія рушника під час витирання рук, дія ґнота в гасовій лампі тощо.

Вузькі циліндричні трубки з діаметром близько міліметра й менше називаються капілярами (від латин.  сapillaris – волосяний). (Слайд 43).

Зануримо вузьку трубку в рідину. Змочування та незмочування рідиною стінок посудини  впливає на вільну поверхню рідини в посудині. Якщо рідина змочує стінки трубки, то вона піднімається по стінці трубки над рівнем рідини в посудині. Якщо рідина не змочує стінок, то, навпаки, рівень рідини у вузькій трубці буде нижчим, ніж у широкій посудині. (Слайд 44).

У циліндричних капілярах скривлена поверхня рідини являє собою частину сфери, яку називають меніском. Отже меніск – викривлена поверхня рідини; з  грецької мови – місячний серп. (Слайд 45).

 Якщо рідину налито в широку посудину, то форма її поверхні визначається силою тяжіння, яка забезпечує плоску і горизонтальну поверхню. Тут угнутий чи випуклий меніск  біля стінок посудини істотної ролі не відіграє.

Якщо посудина дуже вузька – капілярна, то вся поверхня рідини в ній має форму опуклого чи вгнутого меніска.  Його з достатньою точністю можна вважати сферичним.

Всяка поверхнева плівка рідини під дією сил поверхневого натягу

намагається скоротитися до мінімальної площі.  Зокрема, якщо поверхнева плівка крива, то вона намагається стати плоскою. Площа поверхні меніска  більша  за площу  внутрішнього перерізу трубки. Намагаючись стати плоскою, опукла плівка збільшує тиск  на рідину, а вгнута – зменшує його, інакше кажучи,  крива поверхнева плівка створює на рідину додатковий тиск – тиск Лапласа. Тиск Лапласа істотно впливає на рівень рідини в капілярі.  (Слайд 46).   

 Якщо капіляр змочується рідиною, то в ньому утворюється вгнутий

 меніск і тиск на рідину стає меншим, ніж у широкій посудині. Тому

 рідина переходить у капіляр і піднімається в ньому. (Слайд 47).

·        Якщо капіляр не змочується рідиною, то в ньому утворюється

опуклий меніск і тиск на рідину стає більшим, ніж у широкій посудині.

 Тому рівень рідини в капілярі знижується.

 ·        Явища піднімання чи опускання рідини по тоненьких трубках -

капілярах    називаються капілярними явищами. (Слайд 48).

Отже, капілярні явища – це фізичні явища обумовлені дією сил поверхневого натягу на межі твердого тіла і рідини, що призводить до викривлення вільної поверхні.

Позначимо  p - тиск під кривою поверхнею   - тиск під плоскою поверхнею. Різницю р-   =   називають капілярним тиском. Тоді    тобто капілярний тиск пропорційний поверхневому натягу рідини є обернено пропорційний радіусу кривизни поверхні. Рівновага рідини наступає тоді,коли піднятий стовп рідини своїм ваговим тиском зрівноважить капілярний тиск   ,  звідки    h =   (Слайд 49).       

Висота підняття (опускання) рідини в капілярах визначається формулою:       h =

Де ρ – густина рідини

  – коефіцієнт поверхневого натягу,

g  – прискорення вільного падіння,

r  – радіус ціліндричного капіляра.     

       Викладач.  Аналіз  формули                            

Дослід 1. Різна висота підйому рідини в капілярних трубках різного

 поперечного перерізу. Чому?

Дослід2. Одинакова висота підйому рідини в сполучених посудинах

 великого поперечного перерізу. Чому ?

Дослід  3.  Шматочок крейди покласти на вологу губку. Через деякий

 час крейда стане вологою. Чому ?

Капілярні явища можна спостерігати і у вузьких щілинах. ( Дослід  з двома скляними пластинками ).

 

Викладач. Капілярні явища надзвичайно поширені в природі, техніці і побуті. Ці явища можуть бути як корисні так і шкідливі. Де їх використовують і як з ними борються розповість наступна група.

 

Капілярні явища в природі й техніці (Слайд 50).

 Капілярні явища надзвичайно поширені  в природі техніці й побуті (Слайд 51).

- Проникнення поживних речовин з грунту рослини

- Підйом вологи з глибоких шарів грунту

- Будівельна практика

 Живлення рослин зумовлене всмоктуванням  із грунту вологи  й поживних речовин, що є  можливим  завдяки наявності капілярів у кореневій системі й стеблах рослин. (Слайд 52).

Врахування капілярності  необхідне під час обробітку грунту. (Слайд 53).

Наприклад,  для того щоб  відбувалося більш інтенсивне  випаровування вологи з грунту,  необхідно ущільнювати  його. У цьому випадку  в грунті утворюються капіляри й волога піднімається  по них угору  й випаровується. Щоб зменшити випаровування, грунт розпушують, руйнуючи при цьому капіляри, і волога довше залишається в грунті. Тіла , що мають велику  кількість капілярів,  добре вбирають вологу. Завдяки цьому під час витирання рук  рушник усмоктує в себе воду. (Слайд 54).

  Гас або розплавлений стеарин піднімається по гноту лампи або свічки.

Капілярні явища  відіграють велику роль у природі й техніці. Багато найдрібніших капілярів є в рослинах. Є капіляри і в грунті, при чому вони тим вужчі, тим щільніший грунт.

Процес кровообігу тварини і людини пов’язаний із капілярними судинами. (Слайди 55 - 57).

Капілярні явища мають велике значення в техніці, зокрема у процесах сушіння капілярно пористих тіл. Велику роль  капілярні явища відіграють в будівельній справі. Так,  щоб цегляна стіна не  зволожувалася,  між фундаментом будинку і стіною роблять прокладку з речовини в якій немає капілярів . (Слайд 58).

У паперовій промисловості доводиться враховувати капілярність при виготовлені різних сортів паперу. Виготовляючи, наприклад, писальний папір його просочують спеціальною сполукою, яка закупорює капіляри. У побуті капілярні явища використовують у гнотах, у промокальному папері, у перах для подавання чорнил . (Слайди 59, 60).

    Капілярні явища мають місце в системі живлення рослин, у результаті чого вода й розчинені в ній  поживні речовини піднімаються на відповідну висоту по капілярах  до листя . Та особливо важливе значення  мають капілярні явища для живлення рослин грунтовими водами. Піднімання вологи по капілярах  грунту збільшує запаси вологи. З іншого боку, високе стояння грунтових вод може призвести до заболочення місцевості, що вже негативно впливає на родючість грунтів. Тому вивчення капілярних властивостей грунту є надзвичайно важливою справою в грунтознавстві. Висота капілярного  підняття води в  грунті залежить від механічного складу грунту, його структури,  температури, засоленості. Підґрунтові води можуть підніматися по капілярах до поверхні ґрунту, якщо вони залягають на глибині 2-3 метри,  якщо глибше - підняття їх зупиняється із-за значної  віддалі від поверхні ґрунту. Так у такій місцевості рослинність живиться тільки тією водою, що надходить у грунт з опадами . (Слайд 61).

 

Цікаві факти про рідини (Слайд 62).

1. Повзучі рідини
2. Аморфні речовини
3. Кристали води

 

 

(Слайд 63).Деякі рідини мають здатність «повзти». До так званих «повзучих» рідин належать жири. (Слайд 64). Якщо посудину з олією не закрити, то через деякий час олія вкриє цю посудину зовні тонким шаром, тобто «виповзе» з посудини. Цю властивість рідин необхідно враховувати. Але вона і дуже широко використовується, наприклад, для змащення деталей. (Слайд 65).  Система мащення в двигунах забезпечує подачу масла до поверхонь рухомих деталей, де виникає тертя. Мащення  деталей у двигуні зменшує витрати енергії на перемагання сил тертя в рухомих з’єднаннях,  підвищує довговічність деталей, частково відводить тепло від тертьових поверхонь, захищає металеві деталі від корозії. Мастила  для мащення деталей машин повинні мати таку липкість, яка б забезпечувала тертьові  поверхні достатньо міцною плівкою,  і таку в’язкість (густину), щоб вільно заповнювати зазор між тертьовими поверхнями і не видавлюватися з нього під дією сили тиску на ці поверхні.

Застосовується повзучість рідин і для виготовлення дитячих іграшок.  (Слайд 66).

Аморфні речовини

 

 (Слайд 67). Деякі рідини мають велику в’язкість, наприклад, гліцерин, мед тощо. Проте смола, вар, рідке скло мають ще більшу в’язкість, яка при охолодженні цих рідин так зростає що їх молекули втрачають свою рухливість.  Такі речовини ззовні нічим не відрізняються від твердих речовин, тобто зберігають свій об’єм і форму. Однак у розміщенні їх молекул є близький порядок, але немає далекого порядку. Отже, такі речовини за своєю внутрішньою будовою є рідинами. (Слайд 68). При значному охолодженні такі речовини зовні тверді, але з такими самим розміщенням молекул, як у рідині. Такі зовні тверді речовини, які  не мають кристалічної будови, називаються  аморфними або скловидними, оскільки типовим представником цих речовин є скло; до них належать різні смоли, пластмаси. (Слайд 69).

(Слайд 70). Схожість аморфних речовин з рідиною не тільки у внутрішній будові. Якщо аморфні речовини не дуже охолодженні, то вони виявляють повільну текучість. Наприклад, вар повільно розтікається. Тверді тіла, виготовленні зі щільної речовини, повільно тонуть в аморфних тілах, а з легшої речовини – повільно випливають.

У фізиці аморфні речовини вважають переохолодженими рідинами, в яких процес кристалізації не ставиться внаслідок великої в’язкості цих речовин. З часом аморфні речовини можуть  дуже повільно переходити в кристалічні. Деякі речовини, наприклад сірка і кварц, бувають як у кристалічному так і в аморфному стані.

При охолодженні аморфні речовини  поступово густішають, а при нагріванні поступово набувають текучості. Виявити різку межу між ділянками твердого і рідкого станів в аморфних речовин не можна.

 

Кристали води (Слайд 71).

Без води неможливо уявити життя на Землі. Вода є найзагадковішою речовиною на планеті. Вода входить у склад всіх живих організмів.(Слайд 72)

- Без води людина зможе прожити тільки 3 дні,(Слайд 73)

в той час, коли без їжі  30-50 днів.

- В організмі людини вода становить понад половини маси тіла.

За все своє життя людина вживає близько              

50 – 60 тонн води.

Щоб виростити 1 кг овочів, зерна, витрачають         

 2 тонни води.

- Огірок майже повністю складається з води.

Залежно від умов вода одночасно може бути рідкою, твердою і газоподібною.(Слайд 74). У води  виявили ще і четвертий стан — інформаційний.(Слайд 75).

 Сучасні учені вважають, що вода має пам’ять. Останнім часом завдяки унікальній методиці з’явилася можливість дізнатися про таємниці її фізичної сутності. Дослідникам удалося зафіксувати на знімках воду в перехідний момент – із рідини в лід. Лише кристали води, яка замерзає, стверджують учені, можуть показати нам її справжню природу.Кристали води досліджував японський вчений  Емото Массару.(Слайд 76).

 Вчений дослідив і довів що вода може сприймати, зберігати і передавати навіть таку тонку інформацію, як людська думка, вимовлене слово. (Слайд 77). Позитивні і негативні емоції знаходять у ній різний відгук. Завдяки словам «дякую», «пробач», «любов» утворюються кристали красивої правильної форми. (Слайди 78 - 84).

На гнів, лайливу лексику інформаційна структура води реагує вочевидь несхвально — зламаними, ніби травмованими кристалами.((Демонстрація слайдів)). Негативний вплив несе використання мобільного телефону (Слайд 85).

Ставлять під загрозу свій психічний стан і любителі важкої музики. (Слайд 86). На відміну від цінителів класичної музики. (Слайд 87, 88).

 Сильну і стійку структуру має свята вода. Зверніть увагу на кристали до і після молитви. (Слайд 89 - 91).

Вона надзвичайним чином може передавати позитивну інформацію — якщо усього 10 грам такої води розвести в 60 літрах звичайної, то уся вона набуває властивостей тієї, яку взято з храму.

 Унікальною водою є Моршинська . «Коефіцієнт активності цієї води становить 12 балів. Це дуже високий показник. А от водопровідна або очищена промисловим способом вода набирає  від сили 1 бал. Вода з природного джерела з коефіцієнтом активності не нижче 10 балів при вживанні її сирою має яскраво виражений позитивний вплив на організм людини.(Слайди природної води 92 - 95)

На жаль, води такої якості на Землі залишилося не так уже й багато. У Карпатах зосереджено 60% запасів природних мінеральних вод Європи, одним із найкращих зразків яких є вода з Моршинського джерела.

А зараз до вашої уваги декілька відео цікавих фактів про воду.

Вода – багатство Землі. Вона необхідна для життя всіх живих організмів. (Слайди 96 - 105).

 

Виховний аспект: злослів’я – пам’ять води. Краса врятує світ (кристали – вода організму – здоров’я,  краса душі, а не зовнішня). Берегти природу, воду.

6.Закріплення нових знань та вмінь

Завдання для кожної групи

 

1 група

1. Чи можна носити воду в решеті?
2. Чому жирові плями на одязі не вдається змити водою?
3. Як зміниться сила поверхневого натягу води у разі розчинення в ній мила?
4. Знайдіть масу води, що піднялась по капілярній трубці діаметром 0,5 мм. Змочування повне.

 

2 група

1. Чи має   значення   капілярність для живлення рослин ?
2. Як пояснити водонепроникність солом’яної покрівлі?
3. Яку роль відіграє капілярна система грунту ?
4. Визначити, на яку висоту підніметься масло гнітом, виготовленого з тканини, діаметр капілярів якої становить 0,2 мм. Густина масла 870 кг/м³, поверхневий натяг масла 26 мН/м³.

 

3 група

1. Як доводиться враховувати капілярність в будівельній практиці ?
2. Чи можна відливати метал у форми,  які змочуються розплавом

 даного металу?  Чому?

3. Які заходи проводять  для збереження вологи в грунті ?
4. Вода в піщаних грунтах піднімається на висоту 30-40 см,  у лісовидних суглинках на 3-4 м, а іноді на 6 – 7 м. Якого  діаметра капіляри треба взяти, щоб вода в них піднялася на таку ж висоту ?
   
   4 група

1. Чому розплавлений жир плаває на поверхні води у вигляді сплюснутих кульок?
2. Чому в засушливих місцевостях краще застосовувати безвідвальні

 методи обробітку грунту ? Чи завжди доцільна глибока оранка грунту ?

3. Якщо під час бурі вилити на поверхню моря нафту, то мор­ську стихію в цьому місці можна «угамувати». Чому?
4. Визначити висоту, на яку під дією сил поверхневого натягу піднімається вода в стеблі рослини, діаметр капілярів якої 0,2мм. Чи можна вважати капілярність єдиною причиною підйому води по стеблу рослини?

 

5 група

1. Чому деякі комахи,  потрапивши під товщу води не можуть вирватись на її поверхню?
2.   Як збільшити надходження вологи до посадженого насіння ? 
3. Загадка: їду, їду – нема сліду (плавання по воді). Чому на воді не залишається сліду?
4. 1. На початку 5 ст. до н. е. в районі Дворіччя керамічного посуду ще не існувало. Для зберігання води використовували вириті в землі і обмазані зсередини глиняні ями. Щоб глина не пропускала воду, всередині розпалювали багаття. Пізніше з’явився грубий глиняний посуд. Але розвиток кераміки був пов'язаний з появою гончарного круга і печі для обпалювання. З цього ж часу керамічний посуд почали розписувати. З якою метою ями обпалювали зсередини?

 

6 група

1. Російська приказка «Як з гусака вода». Чому вода з гусака скочується?
2.  Водяний павук, який широко поширений у Європі, мешкає в стоячих або слабо проточних водах. Поверхня його черевця не змочується водою. Коли він спускається на глибину, захоплює з собою повітряну оболонку, яка знаходиться навколо пухирця. Це повітря надає йому запас плавучості і допомагає повернутися на поверхню.  Як пояснити змочування (незмочування рідиною твердого тіла?
3.  Як пояснити миючу властивість мила?
4. Стовбури дерев, гілки рослин пронизані великою кількістю капілярних трубочок, по яких поживні речовини піднімаються до самих верхніх листочків. Коренева система рослин, в свою чергу, закінчується найтоншими капілярами.  Які розміри повинні мати капіляри, щоб підняти воду на висоту 30 м – висоту середньої сосни?

 

 

- Якісні питання

1. Наведіть приклади, що підтверджують існування поверхневого натягу.

2. Чому площа вільної поверхні рідини є мінімальною?

3. Чому в стані невагомості краплі рідини набувають сферичної форми?

4. Чому поверхневий натяг зменшується з підвищенням температури?

5. У чому проявляється явище змочування? Наведіть приклади.

6. Чому шовкова тканина погано витирає руки?

7. Чому розтікається чорнило на папері поганої якості?

8. Чому не промокають солом’яні дахи та зерно в буртах?

- Розв'язування задач (Слайди 106 - 109).

- Тести

1. Тестові завдання

1. В яких одиницях вимірюють коефіцієнт поверхневого натягу?

А) 1Н/м;   Б) 1 Н∙м;   В) 1 м/Н.

 

2. Після дощу на листі окремих рослин вода збирається у формі невеликих кульок. Це відбувається тому, що:

А) вода не змочує поверхні листків цих рослин;

Б) вода змочує поверхні листків цих рослин;

В) інша відповідь.

 

3. У скляній капілярній трубці рідина опустилася дещо нижче рівня рідини в посудині. Чи змочує ця рідина скло?

А) так;     Б) ні;         В) інша причина.

 

4. В змочувальну рідину опустили два капіляри. Радіус першого в 2 рази більший за радіус другого. Порівняйте висоту стовпчиків рідини в капілярах.

А) однакові;

Б) в першому в 2 рази більший, ніж у другому;

В) у другому в 2 рази більший, ніж у першому.

 

5. У якої води – чистої чи мильної – поверхневий натяг більший?

А) у чистої;    Б) у мильної;      В) однаковий.

 

6. У посудину з гарячою водою занурена капілярна трубка. Як зміниться рівень води в трубці при охолодженні води?

А) залишиться без змін;  Б) буде знижуватися;    В) буде підвищуватися.

 

7. Скляну пластину прикріпили до динамометра. Цією пластиною доторкнулись до поверхні рідини і відірвали. Для якої з рідин – ртуті чи гасу – динамометр покаже більшу силу в момент відриву?

А) для ртуті;      Б) для гасу;     В) сила однакова.

8. 8.Коефіцієнт поверхневого натягу залежить від:

А) температури;     Б) маси речовини;       В) густини речовини

 

9. Пір’я водоплавних птахів покрите тонким шаром жиру. Яку роль відіграє цей захисний шар у житті птахів?

А) шар жиру слабо проводить тепло;              Б) пір’я не змочується водою;

В) забезпечує міцність пір’я.

 

10. Чому вода в кабіні космічного корабля, який рухається по навколоземній орбіті при вимкнених двигунах, плаває в повітрі у вигляді кулястих крапель?

А) тому, що на краплі не діє сила тяжіння;

Б) тому, що на краплі діють сили поверхневого натягу;

В) тому, що сила тяжіння, яка діє на краплю, зрівноважена її вагою.

 

11. Чи зміниться висота підняття води в капілярі, якщо у воді розчинити цукор?

А) так;         Б) ні;     В) залежно від радіуса.

 

12. З якою метою перед тим, як мурувати стіни будинку, на його фундамент кладуть толь або руберойд?

А) щоб покращити теплоізоляцію;

Б) щоб забезпечити електроізоляцію стін від землі;

В) щоб запобігти капілярному підняттю вологи із ґрунту.

 

 

7. Підведення підсумків заняття (Слайд 110).

Бесіда: Про що ми дізналися сьогодні на занятті.

8.Домашнє завдання (Слайд 111).

Підручник: (1): §22.

                    (2): § 19-22, вправа №6 (с. 67),вправа № 7 (с, 72) .

(5): § 33, вправа № 33 (1, 2, 6).

 

 

Література: 1). Генденштейн Л. Е. і ін. Фізика. 11 клас. Підручник. Рівень стандарту. – Х. Гімназія, 2011.

2). Гончаренко С. У. Фізика. Підручник для 10 – 11 класу. К., Освіта, 2002.

3). Кирик Л. А., Гельфгат І. М., Ненашев І. Ю. Фізика. 11клас. Запитання, задачі, тести. – Х., Гімназія, 2011.

4), Кирик Л. А. Фізика. 11 клас. Різнорівневі самостійні та контрольні роботи. – Х., Гімназія,. 2011. 

5). Фізика. Підручник для 10 класу. За ред.. В. Г. Бар’яхтара, С. О. Довгого. – Х., Ранок., 2018.