Урок "Властивості рідин. Поверхневий натяг рідини. Змочування. Капілярні явища."

Тема. Властивості рідин. Поверхневий натяг рідини. Змочування.  Капілярні явища.

Тип  уроку.  Вивчення    нового    навчального матеріалу(слайд 1)

Мета уроку.  Освітня: Ознайомити учнів з особливостями поверхневого шару рідини, сформувати  поняття  поверхневого натягу, змочування і капі­лярності;   показати   практичне значення цих явищ. Розвивати мислення і пізнавальні інтереси учнів, уміння робити висновки зі спостережуваних дослідів Виховна: виховувати інтерес до вивчення фізики, розуміння її ролі та важливості фізичних знань у житті, бажання наукової творчості, уявлення про фізику як обов'язкову складову загальнолюдської культури. Розвивальна: розвивати здібності учнів до творчості й інтелектуальної праці, формувати предметні компетентності з фізики

Обладнання: ноутбук, проектор, екран, колонки, алюмінієва, мідна, скляна та парафінова пластинки, вода, олія.

Клас поділений на 4 групи, кожна об’єднує різних за рівнем підготовки учнів

План уроку

Етап уроку	Час	Форми і методи діяльності вчителя	Результат діяльності
І. Перевірка д/з	5 хв	Перевірка    домашнього    завдання.	Повторення вивченого матеріа­лу
ІІІ. Вивчення нового навчального матеріалу.
1. Актуалізація набутих знань.	3 хв	Повторення вивченого  в молодших класах з фізики та природознавства.	Розвиток логічного мислення учнів, налаштування їх на сприйняття нового матеріалу
2. Мотивація на­вчальної діяльності	1 хв	Постановка проблемного запи­тання	Мотивація навчальної діяльності
3. Сприйняття на­вчального матеріалу	18 хв	Пояснення вчителя з використанням відео демонстрації, роботи зі слайдами	Засвоєння навчального матеріа­лу
ІІІ. Закріплення. Експериментальна задача	5 хв	Вивчення особливостей рідин за допо­могою експериментів, які учні виконують групами за робочими столами.	Закріплення знань. Вироблення практичних умінь
ІV. Перевірка знань і вмінь            1) Тестові завдання «Хто швидше?» 2) Розв’язування якісних задач	10 хв	Робота  в групах	Закріплення знань. Вироблення умінь застосовувати нові знання до розв’язування задач
V. Підсумок уроку, оцінювання	2 хв	Рефлексія	Підбиття підсумків роботи.
VI. Домашнє зав­дання	1 хв	Завдання репродуктивного характеру та практичне завдання. Робота з до­датковою літературою	Ефективне засвоєння теми, підготовка до наступного уроку

Структура і основний зміст уроку 

І. Перевірка д/з (5 хв) (слайд 2)

1. Що розуміють під вологістю повітря? Абсолютною воло­гістю? Відносною вологістю?
2. Що означає фраза «відносна вологість повітря 70 %»?
3. Що називають точкою роси?
4. За допомогою яких приладів визначають вологість по­вітря?
5. Які суб’єктивні відчуття вологості повітря людиною?
6. Якими приладами можна виміряти відносні вологість повітря?

 

ІІ. Вивчення нового навчального матеріалу. (18 хв)

1. Актуалізація набутих знань. (3 хв) (слайд 3)

Ми знаємо, що речовина може існувати у трьох станах: газ, рідина і тверде тіло. Властивості газів:

  гази не зберігають ні об’єму, ні форми: газ заповнює всю посудину, у якій він міститься;

  характер молекулярного руху – безладний (хаотичний) рух.

 Властивості рідин:

  рідини зберігають об’єм, але не зберігають форми: унаслідок текучості рідина зазвичай набуває форми посудини;

  характер молекулярного руху: молекули коливаються близько до положення рівноваги й перескакують в інші позиції.

Властивості твердих тіл:

тверді тіла зберігають об’єм і форму;

характер молекулярного руху – коливання атомів або молекул є близьким до положення рівноваги.

Чому властивості всіх газів майже однакові, а властивості рідин і твердих тіл відрізняються? (У зв’язку з тим, що молекули в усіх газах рухаються практично однаково, властивості різних газів подібні. Оскільки атоми й молекули різних речовин взаємодіють по-різному, то й властивості рідин і твердих тіл є надзвичайно різноманітними.)

2. Мотивація на­вчальної діяльності (слайд 4)

 

Проблемне питання. (1 хв)  Якщо  виріжемо з паперу квіти з довгими пелюстками і за допомогою олівця закрутимо пелюстки до центру і  опустимо квіти на воду, налиту в тарілку. Квіти буквально «оживуть» на ваших очах - пелюстки квітів почнуть розпускатися. Чому?

3. Сприйняття нового навчального матеріалу. (18 хв)

1. Властивості рідин.  «Дослід Плато» (слайд 5)

 Рідина має деякі властивості, характерні для твердого тіла; (зберігає об'єм, утворює поверхню, характеризується певною міцністю на розрив) і газу (набуває форми посудини, в якій міститься), водночас має ряд притаманних лише рідині властивостей. (слайд 6)

 Отже, рідини мають такі властивості:

1. займають певний об'єм, бо Е_кін < Е_пот (обумовлено міжмолекулярною взаємодією);
2. спричиняють поверхневий (молекулярний) тиск, бо молекули і поверхневого шару стискають рідину (пояснено нижче);
3. нестисливі, бо мають великий молекулярний тиск.
4. текучі, тобто набирають форми посудини, бо результуюча сил притягання дорівнює нулю;
5. проявляють в’язкість, бо під час зсування шарів виникають сили внутрішнього тертя, що залежать від речовини, температури, тиску;
6. проявляють пружність (t_дії≤t_{осідлого життя молекул}~10^-10 – 10^-12с), бо час взаємодії дуже малий;
7. наявний ближній порядок розміщення молекул, чим схожі до твердих тіл.

2. Поверхневий натяг  (слайд 7)

Кожна молекула рідини відчуває притягання сусідніх молекул. Відстань, на якій молекула ще чинить дію на інші молекули, називається радіусом її молекулярної дії. Молекули поверхневого шару мають додаткову потенціальну енергію порівняно з молекулами, що містяться всередині рідини. Додаткова потенціальна енергія, яку мають молекули поверхневого шару порівняно з молекулами рідини, називається поверхневою енергією

Поверхнева енергія пропорційна площі вільної поверхні рідини: 

Силами поверхневого натягу називається властивість поверхні рідини скорочуватися. (сили, які намагаються скоротити поверхню рідини)

Здатність рідини до скорочення своєї поверхні називають поверхневим натягом.  Поверхневий натяг рідини позначається символом σ,  одиниця в СІ – ньютон на метр (Н/м). Це скалярна додатна величина. Поверхневий натяг рідини – це відношення сили поверхневого натягу, яка діє на елемент контуру, що обмежує цю поверхню, до довжини контуру: . Фізичний зміст поверхневого натягу: поверхневий натяг чисельно дорівнює силі поверхневого натягу, яка діє на кожну одиницю довжини контуру, що обмежує поверхню рідини Залежить від роду рідини, її температури та наявності домішок.  Підвищення температури рідини супроводжується зменшенням поверхневого натягу рідини, бо слабшають сили міжмолекулярної взаємодії.

 

3. Змочування. (слайд 8)

На межі дотику твердих тіл з рідинами спостерігаються явища змочування, які полягають у викривлені вільної поверхні рідини біля твердих стінок посудини. Поверхня рідини, викривлена на межі називається меніском. Лінія, вздовж якої меніск перетинається з твердим тілом, називається периметром змочування. Явище змочування характеризується крайовим кутом θ між поверхнею твердого тіла і меніском в точках їх перетину, тобто в точках периметра змочування.  Рідина називається змочуючою тверде тіло,якщо крайовий кут гострий 0°≤ Θ <π/2. Наприклад вода змочує чисте скло, ртуть змочує цинк. Для рідин, що не змочують тверде тіло, крайовий кут тупий: π/2<Θ<π. Наприклад,вода не змочує парафін, ртуть не змочує чавун. Якщо Θ=0, змочування ідеальне; якщо Θ=π, то ідеальне незмочування. При θ=0 і θ=π спостерігається сферична форма меніска, увігнута чи випукла. При Θ=π/2 рідина має плоску вільну поверхню. Цей випадок називається відсутністю змочування і незмочування.

Викривлення поверхні рідини створює надлишковий тиск на рідину порівняно з тиском під плоскою поверхнею. Для сферичної поверхні рідини, при крайовому куті Θ, рівному 0° або π, додатковий тиск р_м дорівнює: р_м=2σ/R, де σ – коефіцієнт поверхневого натягу, R – радіус сферичної поверхні; р_м>0, якщо меніск опуклий; р_м<0, якщо меніск увігнутий. При опуклому меніску р_м збільшує той тиск, який існує під плоскою поверхнею рідини (наприклад, атмосферний тиск на вільну поверхню рідини). При увігнутому меніску тиск зменшується на р_м.

4. Капілярні явища.      (слайд 9)

Вузькі циліндричні трубки с діаметром близько міліметра і менше називаються капілярами. Капіляри (від лат. capillaris – волосок), трубки з дуже вузьким каналом; система сполучених пор (наприклад, в гірських породах, і пінопластах. Явище підняття (чи опускання) рідини в капілярах називається капілярністю.

Дослід: У воду занурити два капіляри різного діаметра. Спостерігати підйом рідини у капілярах. Вода піднімається вище від її рівня в посудині, і вище у капілярі, який має менший діаметр.

Дослід: Капіляр занурити в олію. Спостерігати опускання рідини нижче від її рівня в  посудині.

Викривлення поверхні рідини спричинює додатковий молекулярний тиск, що визначається формулою Лапласа. Якщо поверхня має сферичну форму при повному змочування чи незмочуванні, то

 Тиск р_л алгебраїчно додається до атмосферного. Якщо меніск опуклий, то сумарний тиск більший від атмосферного і рідина опускається капіляром. Якщо меніск увігнутий, то – менший від атмосферного і рідина піднімається

Рідина піднімається (або опускається) доти, поки гідростатичний тиск стовпа рідини висотою h не компенсує додатковий (лапласівський тиск) р_л:

Одні й ті ж речовини поводять себе по-різному в залежності від поверхні, на якій вони знаходяться.

 

ІІІ.  Закріплення. Експериментальна задача (5 хв.) «Визначення форми рідини в звичайних умовах» (кожна група працює зі своїм твердим тілом) (слайд 10)

Прилади і матеріали: алюмінієва, мідна, скляна, парафінова пластинки, сояшникова олія, вода.

Зміст і метод виконання

Будь-яка рідина, на яку не діє сила тяжіння, приймає свою звичайну форму кулеподібну падаючи, краплі дощу приймають форму кульок. Дробинки – це – крапельки свинцю, що захолонув. Викривлену поверхню рідини називають меніском. Якщо вода потрапила на поверхню, змащену жиром, утворює кулеподібні краплі, так як незмочує жир, а якщо потрапить на чисте скло, розтікається, так як змочує скло.

Хід роботи

1. Помістити краплі води та олії на алюмінієву, мідну, скляну та парафінову пластинки. (кожна група працює з одним твердим тілом)

2. Розглянути та замалювати форму крапель.

3. Зробити висновок про взаємодію молекул рідини і твердого тіла.

4. Результати занести у таблицю.

Тверде тіло + рідина	Рисунок	Висновок
Алюміній + олія
Алюміній + вода
Мідь + олія
Мідь + вода
Скло + олія
Скло + вода
Парафін + олія
Парафін + олія

 

ІV. Перевірка знань і вмінь            Робота  в групах (10 хв)

1) Тестові завдання «Хто швидше?» (кожна група працює з однаковими завданнями)  (слайд 11-12)

1. В яких одиницях вимірюють коефіцієнт поверхневого натягу?

А) 1 Н/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. Коефіцієнт поверхневого натягу залежить від:

А) температури

Б) маси речовини

В) густини речовини

7. 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

8. 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

9. 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

(слайд 13)

2) Розв’язування якісних задач (слайд 14)

1 група

 

1. Яку роль у житті рослин відіграє восковий наліт на поверхні листя? (Рельєф листка утворений набором пагорбів і западин мікронного розміру, покритих окремими крупинками «гідрофобної» речовини діаметром у кілька нанометрів. Потрапивши на таку поверхню крапля набуває форми, близької до сферичного і легко скочується з неї, несучи із собою частинки забруднень.)
2. Чому бризки, що розлітаються при падінні масивних тіл у воду, набирають сферичної форми? (Відповідь. Бризки змінюють свою форму так, щоб їх поверхня була мінімальною, а це – сфера)

2. група

1. Для чого після посіву цукрових буряків коткують ґрунти? (Відповідь. коткування, ущільнюючи ґрунт, звужує капіляри, чим поліпшує піднімання вологи з глибинних шарів ґрунту у верхні, де проростає насіння)
2. Російська приказка «Як з гусака вода». Чому вода з гусака скочується? (Гусак, як і більшість водо плаваючих птахів, за допомогою дзьобу змазує своє пір’я жиром, який виділяють особливі залози тому пір’я не змочується водою)

 

3. група

1. Перебуваючи надворі в морозний день, ми можемо  спостерігати «пару», що йде з рота людей. Що ми бачимо  насправді? (Відповідь. конденсацію теплого видихуваного повітря на холоді)
2. Грузинська приказка: «Упадеш у воду – сухим не вийдеш». Чому людина не виходить з води сухою? Що треба зробити, щоб шкіра у воді не намокла? (вода гарно змочує шкіру. Щоб вода не змочувала шкіру, її необхідно натерти речовиною, яка не змочується водою)

 

4 група

1. Загадка: їду, їду – нема сліду (плавання по воді). Чому на воді не залишається сліду? (на молекули води на поверхні рідини діють сили поверхневого натягу. В результаті їх дії поверхня рідини вирівнюється).
2. Як пояснити миючу властивість мила?  (мильний розчин має менший поверхневий натяг, а отже краще змочує поверхню шкіри і за рахунок сил поверхневого натягу вбирає в себе частинки бруду)

(слайд 15)

 

V. Підсумок уроку, оцінювання (2 хв) (слайд 16)

При вивченні природних явищ, поведінки тварин і людини можна знайти багато практичних і цікавих явищ. Сьогодні на уроці ми розглянули лише декілька. Ця тема велика і значима, інтерес до неї завжди великий і звичайно, за один урок пізнати все неможливо. Можливо, у вас з’явиться інтерес і ви з книг або за допомогою комп’ютера захочете знайти ще якісь відповіді на свої запитання.

Рефлексія

Сьогодні я дізнався….

Мені було цікаво…

Я хочу…

VI. Домашнє завдання(1 хв)

 

Опрацювати § 58

Підготувати повідомлення з короткою презентацією (4-5 слайдів) по групам

1) Роль поверхневих явищ у природі 2) Практичне використання явищ змочування та незмочування 3) Практичне використання явищ капілярності в народному господарстві 4) Капілярність у тілі людини