"Відкрите заняття з фізики"

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

«ПРИАЗОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

МАРІУПОЛЬСЬКИЙ МЕХАНІКО-МЕТАЛУРГІЙНИЙ КОЛЕДЖ

 

 

 

 

 

 

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА

відкритого заняття

з дисципліни: «Фізика»

за темою:

«Поверхневий натяг рідини. Змочування та капілярність.»

для студентів першого курсу

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2018

Методична розробка заняття за темою: «Поверхневий натяг рідини. Змочування та капілярність.» з дисципліни «Фізики» - підготувала Чучіна Н.В., викладач кваліфікаційної категорії «спеціаліст другої категорії» Маріупольського механіко-металургійного коледжу ДВНЗ «ПДТУ» - 2018

 

 

 

Викладено методику різноманітних форм і методів проведення відкритого заняття з теми: «Поверхневий натяг рідини. Змочування та капілярність.»»

 

 

 

Для викладачів фізики вищих навчальних закладів 1-2 рівнів акредитації

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розглянуто та схвалено

на засіданні циклової комісії

енергетичних дисциплін

Протокол №       від           2018р.

Голова комісії                    О.Г.Максименко

 

План заняття:

Дисципліна «Фізика», група ОТ-18, ТО-18

Спеціальність: 136 Металургія, 132 Матеріалознавство

Розділ 2 «Молекулярна фізика і термодинаміка»

Тема: «Поверхневий натяг рідини. Змочування та капілярність.»

Мета заняття:

Методична: удосконалення методики застосування різноманітних форм і методів роботи на заняття

Дидактична:

навчальна: дати поняття поверхневого натягу рідини, капілярних явищ, змочування та незмочування, учити пояснювати природні явища на основі набутих знань, показати практичну значущість вивченої теми;

розвивальна: розвивати логічне мислення і творчу уяву студентів; розвивати творчу самостійність і аналітичне мислення при вивченні матеріалу та здібності студентів робити узагальнення, висувати гіпотези, формувати вміння застосовувати отримані знання при виконанні експериментального завдання.

Виховна: мотивувати студентів на відповідальне ставлення до предмета, стимулювати до самостійної роботи, створити стійку ситуацію успіху у вирішенні завдань.

Вид заняття: лекція

Тип заняття: інформаційна лекція з елементами бесіди і дослідів.

Форми та методи: мультимедійна презентація, лекція, фізичний диктант, фронтальне опитування, доповідь, розв`язування задач, бесіда, робота з опорним конспектом, дослід

Міжпредметні зв`язки:

Забезпечувані: металознавство, обробка металів тиском

Забезпечувальні: хімія, математика, біологія

Технічні засоби навчання: екран, мультимедійний проектор

Демонстраційні засоби: мідна, скляна, парафінова пластини; соняшникова олія; розчин спирту; шприц; проволока; скляні трубки різного діаметру; склянка з водою.

 

Література:

Основна:

1. Головко М.В., Мельник Ю.С., Непорожня Л.В., Сіпій В.В. ФІЗИКА «Фізика(рівень стандарту, за навчальною програмою авторського колективу під керівництвом Ляшенко О.І.)»-Київ: Педагогічна думка, 2018.-256с
2. Засєкіна Т.М. Фізика (рівень стандарту): підручник для 10 кл. закладів загальної середньої освіти/Т.М.Засєкіна, Д.О.Засєкін-К.:УОВЦ «Оріон», 2018-208с.: іл.
3. Коршак Є.В., Ляшенко О.І., Савченко В.Ф. Фізика (рівень стандарту): підручник 11 кл. для загальноосвітніх навчальних закладів-Київ: «Генеза», 2011

Допоміжна:

4. Коршак Є.В., Ляшенко О.І., Савченко В.Ф. Фізика (рівень стандарту): підручник 10 кл. для загальноосвітніх навчальних закладів – Київ: «Генеза», 2010
5. Дмитрієва В.Ф. «Фізика», Київ, «Техніка», 2008р.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зміст і хід заняття:

1. Організаційна частина: привітання студентів; відмітка у навчальному журналі відсутніх студентів; перевірка готовності до заняття студентів, аудиторії, обладнання. Побажання гарного настрою, позитивного спілкування, активної роботи.
2. Актуалізація опорних знань студентів
   1. Вступне слово викладача                                                                                           

Ми живемо в світі дивовижних природних явищ. Ми зустрічаємось з ними кожен день, не думаючи про їх сутність. Але людина, як розумний феномен, повинна розуміти суть цих явищ. Та перш, ніж розпочати розуміти нове, треба пригадати те, що ми вже знаємо.

2. Фізичний диктант. Індивідуальна робота за варіантами. (Додаток А)

Фізика не обходиться без позначень, одиниць виміру, формул. Отже, вам потрібно записати позначення фізичних величин та їх одиниці вимірювання.

I варіант                                                                              II варіант

1. Маса                                                                                1. Об`єм
2. Шлях                                                                               2. Переміщення
3. Швидкість                                                                       3. Прискорення
4. Час                                                                                   4. Температура
5. Робота                                                                              5. Енергія
6. Радіус                                                                               6. Діаметр
7. Висота                                                                              7. Довжина
8. Площа                                                                              8. Густина

 

3. Викладання нового матеріалу:                                                                                  ... рідкий стан характеризується зчепленням частинок, відсутнім в газах і парах. Зчеплення рідин виражається в капілярних явищах ...

                                                                                             Дмитро Мендєлєєв

 

1. Повідомлення теми заняття

Тема: Поверхневий натяг рідини. Змочування та капілярність.

3.2 Мотивація вивчення теми: Всі ви, напевно, милувалися маленькими краплями роси, які на листках рослин набувають форми майже правильних кульок. Це явище спостерігав ще Г. Галілей, якого дуже дивувало, що великі краплі води не розпливаються по всьому листку капусти, а набувають форми маленьких кульок. Таку ж форму мають краплі води на жирній поверхні, пролита на стіл ртуть тощо. Ці явища здаються дуже дивними, адже ми звикли, що рідина набуває форму посудини, в якій вона знаходиться, і власної форми не має. Не менш дивовижною є мильна бульбашка. Крім того рідина поводить себе цікаво, коли в неї занурити тканину або серветку.

Таким чином, нам потрібно сьогодні з’ясувати поверхневі властивості рідини і зв’язані з ними явища змочування і капілярності. До того ж всі ці явища можна спостерігати у природі і техніці, та навіть у вашій майбутній професії.

2. Оголошення мети заняття:

Мета заняття:

    Це заняття розповість про властивості рідини: поверхневий натяг, явище змочування та капілярності. Ми познайомимося з новими явища виконуючи експерименти та розглянемо, як застосовують ці явища у природі та техніці. Досліджувана тема має важливе практичне значення. Властивості рідини можуть приносити не тільки користь (проникнення поживних речовин із грунту в рослини, підйом вологи з глибоких шарів грунту, будівельна практика, застосування рушників, серветок), але і шкоду (пересихання грунту, появи плісняви на стінах).

3. Лекція з випереджувальним завданням

План лекції

1.Поверхневий натяг рідини

2.Явища змочування та незмочування

3.Капілярні явища

    Мабуть багато хто з вас замислювався, чому краплі дощу, мильні бульбашки, зорі та планети мають шароподібну форму, чому деякі тверді тіла гарно змочуються рідиною, а інші – ні, як відбувається всмоктування поживних елементів, вологи із грунту кореневою системою рослинності, як відбувається кровообіг у живих організмах. Відгадка цих явищ призвела до відкриття дивних властивостей рідини – поверхневого натягу, явищ змочування та капілярних явищ. Такі явища досить часто зустрічаються у природі та техніці. Ці явища також зустрічаються і у повсякденному житті.

1. Найбільш характерною властивістю рідини, що відрізняє її від газу, є те, що на межі з газом рідина утворює вільну поверхню. Поверхневий натяг - фізичне явище, суть якого в прагненні рідини скоротити площу своєї поверхні при незмінному об'ємі. Чому це відбувається?  Рівнодіюча молекулярних сил, що діють на молекули рідини, що знаходяться усередині, дорівнює нулю. Рівнодійна ж сил притягання, що діє на молекули, які знаходяться на поверхні розділу, напрямлена вниз (всередину рідини), тобто молекули поверхні мають так звану надлишкову поверхневу енергію. На поверхні утворюється дефіцит молекул, через що відстань між молекулами набагато більша від норми, тому поверхневий шар рідини розтягнутий і між молекулами на поверхні діють сили притягання або сили поверхневого натягу. Мінімальну поверхню серед тіл певного об'єму має куля. Тому за відсутності (або дуже малої) дії сил рідина набуває форми кулі. Як і всі системи рідина прагне зайняти положення з мінімальною потенційною енергією, тобто зменшити площу вільної поверхні. Це виявляється, наприклад, в тому, що крапля рідини в стані невагомості приймає форму кулі, оскільки куля має мінімальну площу поверхні при заданому значенні об'єму. Прагнення рідини скоротити площу вільної поверхні приводить до виникнення сил поверхневого натягнення, що діють на межу вільної поверхні перпендикулярно до неї, направлених по дотичній до поверхні.                                                                                                                  Сила поверхневого натягу – сила, що діє вздовж поверхні рідини перпендикулярно до лінії, яка обмежує цю поверхню, і яка намагається скоротити її до мінімуму.

Коефіцієнт поверхневого натягу — кількісна характеристика поверхневого натягу рідини. Коефіцієнт поверхневого натягу чисельно дорівнює силі поверхневого натягу F, що діє на одиницю довжини межі вільної поверхні рідини l:

[ σ] = Н/м.

Цей коефіцієнт, визначений для всіх рідин і занесений до таблиць, не залежить від довжини контуру, а визначається фізичними властивостями рідини, її станом. З ростом температури коефіцієнт поверхневого натягу лінійно зменшується, а за критичної температури дорівнює нулю. На значення коефіцієнта також впливає наявність у рідині домішок. Речовини, невеликі кількості яких значно зменшують, називають поверхнево-активними речовинами. Поверхнево-активні речовини входять до складу всіх мийних засобів. Для води поверхнево-активними речовинами є етиловий спирт, ефір, мило, різні пральні порошки. У процесі прання білизни значення зменшується як через нагрівання рідини, так і внаслідок введення мийних засобів.

Сьогодні ми будемо працювати таким чином: перед вами лежить опорний конспект, в якому на занятті будете робити позначки і записувати формули. А в повному обсязі складете його вдома, готуючись до заняття, потім треба його вклеїти в зошит (Додаток Б)

Далі ми будемо працювати в групах. Кожна група повинна виконати своє завдання, виконуючи яке ви познайомитися з новими властивостями рідини. Результати вашої роботи ви представите  у вигляді звіту за зразком, який буде у вас на парті. Потім представники кожної групи звітують за виконану роботу.

2. Познайомитися із статтею «Явище змочування» (Додаток В) та виконати експеримент: «Вивчення форми рідини у природних умовах».    

Хід роботи:

1. Помістіть краплі олії та води на мідну, скляну, парафінову пластинки.

2.2Розгляньте за замалюйте формі крапель.

2.3Зробіть висновок про взаємодію молекул рідини та твердого тіла.

2.4Результати запишіть до таблиці (Додаток Г)

3. Познайомитися зі статтею «Капілярні явища» (Додаток Д) та виконати експеримент: «Вивчення залежності висоти підйому рідини»

Хід роботи:

1. Виміряйте діаметр скляних трубок.
2. Опустить скляні трубки у сосуд з водою, олією, спиртом.
3. Виміряйте висоту підйому рідини у кожній трубці.
4. Результати запишіть до таблиці (Додаток Г)

Після виконання роботи до дошки виходять по одному студенту з кожної групи та пояснюють виконане завдання. Інші студенти роблять записи у конспектах.

Випереджувальне завдання

Доповіді студентів: Капілярні явища в природі. Кровоносні судини. Капілярні явища у побуті.

 

4. Закріплення нового матеріалу

Бесіда з використанням опорного конспекту

1. Що таке поверхневий натяг?
2. Де його можна спостерігати?
3. Якими величинами характеризується поверхневий натяг?
4. Що таке змочування?
5. Що таке капіляри?
6. Від чого залежить висота підйому рідини?
7. Чому маленькі краплі роси на листях деяких рослин мають форму шару, тоді як на листках других роса покриває тонким шаром?

Дякую за відповіді.

 

5. Підсумки заняття

Висновки викладача щодо вивчення теми. Оцінювання відповідей та їх коментар.

6. Домашнє завдання

1.Коршак Е.В. «Фізика» 10 кл. §29,30

2.Доповнити конспект

 

7. Резерв (вирішення задач) (Додаток Е)

Дякую всім за увагу, роботу та гарний настрій!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Додаток А

Фізичний диктант.

 

 

 

I варіант                                                                              II варіант

8. Маса                                                                                1. Об`єм
9. Шлях                                                                               2. Переміщення
10. Швидкість                                                                       3. Прискорення
11. Час                                                                                   4. Температура
12. Робота                                                                              5. Енергія
13. Радіус                                                                               6. Діаметр
14. Висота                                                                              7. Довжина
15. Площа                                                                              8. Густина

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Додаток Б

Опорний конспект

Тема: Поверхневий натяг рідини. Змочування та капілярність.

План:

 1.Поверхневий натяг рідини

2.Явища змочування та незмочування

3.Капілярні явища

 

1. Поверхневий натяг рідини –

 

Сила поверхневого натягу –

 

 

Коефіцієнт поверхневого натягу –

 

 

ФОРМУЛА:

 

ПОЗНАЧЕННЯ:

 

2. Змочування –

 

 

Умови змочування:

-

 

-

3. Капіляри –

 

 

Висота підйому рідини:

ФОРМУЛА:

 

 

ПОЗНАЧЕННЯ:

 

 

 

 

 

Додаток В

Явища змочування та незмочування

 

Коли поверхневий шар рідини межує з твердим тілом, то взаємодію молекул рідини і твердого тіла слід враховувати. У повсякденному житті можна спостерігати, що крапля води розпливається по чистій поверхні скла , але не розпливається по забрудненій жиром поверхні і має при цьому форму майже правильної кулі. У першому випадку говорять, що вода змочує поверхню, у другому - не змочує. 

Якщо взаємодія молекул рідини менша, ніж їх взаємодія з молекулами контактного твердого тіла, то маємо випадок змочування і навпаки, коли ця взаємодія більша - незмочування. 

Явище змочування (1) та незмочування (2) рідини.

 

Інтенсивність змочування характеризується кутом змочування Θ, який утворюється між дотичною до поверхні рідини і поверхнею твердого тіла. Відлік кута виконують у бік рідини. 

Якщо 0≤Θ<π/2 - поверхня тіла змочувана, а якщо π/2<Θ≤π - незмочувана. 

Якщо межа розділу вертикальна, поверхня рідини (меніск) у разі змочування має увігнуту форму. Поверхня рідини за вертикального розміщення тіла внаслідок незмочування має опуклу форму. 

 

Явища змочування і незмочування відіграють важливе значення в побуті і техніці, якби вода не змочувала тіло людини, то марним було б купання. Добре змочування потрібне під час фарбування і прання, паяння, збагачення руд цінних порід та інших технічних процесів. 

 

 

 

Додаток Г

Таблиця 1

Визначення явища
Величини, що його характеризують
Мідь + вода
Скло + вода
Парафін + вода
Мідь + олія
Скло + олія
Парафін + олія
Висновки

 

Таблиця 2

Визначення явища
Величини, що його характеризують
Трубка + вода
Трубка + олія
Трубка + спирт
Трубка + трубка + олія
Трубка + трубка + вода
Трубка + трубка + спирт
Висновки

 

Додаток Д

Капілярні явища

У житті ми часто маємо справу з тілами, пронизаним безліччю дрібних каналів (папір, пряжа, шкіра, різні будівельні матеріали, грунт, дерево). Під час зіткнення з водою або іншими рідинами такі тіла дуже часто вбирають їх у себе. Так пояснюється принцип дії рушника, коли витираються руки; дія гноту в гасовій лампі і т. ін.

 Вузькі циліндричні трубки з діаметром меньшим за довжину називаються капілярами.

Зануримо вузьку трубку в рідину. Якщо рідина змочує стінки трубки, то вона піднімається по стінці трубки над рівнем рідини в посудині й досягає рівня вищого в порівнянні з трубкою (рис. а). Якщо рідина не змочує стінки, то, навпаки, рівень рідини у вузькій трубці встановлюється нижче, ніж у широкій посудині (рис. б)

Висота підйому чи опускання рідини в капілярі збільшується зі зменшенням діаметру капіляру. У капілярі з радіусом r висота підйому або опускання рідини густиною визначається формулою:

де σ – поверхневий натяг рідини, ρ – густина рідини, g – прискорення вільного падіння, r – радіус трубки.

Ця рівність виконується тільки у випадку повного змочування або незмочування.

 

 

 

 

Додаток Е

Резерв (вирішування задач)

Задача №1

Під час вимірювання поверхневого натягу спирт піднявся у капілярній трубці, діаметр каналу якої 0,15 мм, на висоту 7,6 см. Чому дорівнює поверхневий натяг спирту за результатами досліду?

Густина спирту ρ = 0, 8 • 10³ кг/м³.

 

Задача №2

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/м.

 

Задача №3

Висота піднімання води у стеблі рису в 15 разів більша, ніж у ґрунті. Визначте діаметр капіляра рису, якщо діаметр капіляра ґрунту – 0,3 мм.

 

Задача №4

Творче завдання: запропонуйте спосіб експериментального вимірювання в домашніх умовах коефіцієнта поверхневого натягу води або іншої рідини.