Властивості поверхні води. Поверхневий натяг рідини

Тема: Властивості поверхні води. Поверхневий натяг рідини

Мета:

• навчальна: дослідити властивості рідкого стану речовини; розкрити природу сил поверхневого натягу;
• розвивальна: розвивати творчі здібності, логічне мислення, уміння аналізувати та робити висновки; сприяти розширенню кругозору та формуванню пізнавальних інтересів учнів;
• виховна: виховувати прагнення до пізнання світу

Міжпредметні зв’язки : математика, хімія біологія

Тип уроку: урок засвоєння нових знань

Хід уроку

І. Організаційний етап

ІІ. Актуалізація опорних знань

Запитання до групи:

1. Чи мають рідини власний об’єм?
2. Чи мають рідини форму?
3. Чи можна рідини стиснути?
4. Чи утворюють рідині струмені?
5. Як розташовані молекули в рідинах?
6. Що можна сказати про взаємодію молекул у рідинах?
7. Чи всі молекули рідини перебувають в однакових умовах?
8. Чи можна, знаючи густини тіл і рідин, визначити, потоне тіло в рідині чи ні?

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності.

Запитання до класу: Чому важливо вивчати рідини? Навіщо потрібно вміти описувати процеси, які відбуваються в їхньому поверхневому шарі? Обґрунтуйте відповідь, використовуючи фізичні знання і власний життєвий досвід.

ІV. Сприймання і осмислення нового матеріалу.

1. Властивості поверхні рідини. Поверхнева енергія.

Молекули в рідині розміщується на менших відстанях, ніж молекули газів, і тому сильніше взаємодіють між собою. Кожна молекула рідини відчуває притягнення сусідніх молекул. При цьому ті, що містяться в поверхневому шарі, і молекули у середині рідини перебувають в різних умовах. Останні відчувають дію молекул з усіх сторін, тому рівнодійна сил, які діють збоку інших молекул усередині рідини, дорівнюють нулю.

Молекули, що перебувають на поверхні рідини, відчувають на собі дії інших молекул тільки збоку і знизу, тому рівнодійна сил, які діють на молекулу збоку інших молекул, не дорівнює нулю і напрямлена вглиб рідини. Отже, 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 і належить до внутрішньої енергії.

Е= Sϭ,

де S – площа поверхні рідини, а ϭ – поверхневий натяг.

Поверхневий натяг визначений для всіх рідин і занесений до таблиць (довідник). Він не залежить від довжини контуру, а визначається фізичними властивостями рідини, її температурою

2. Сила поверхневого натягу.

Демонстрація 1. Видування мильної бульбашки.

Демонстрація 2. Обладнання: прозора посудина, касторова олія, піпетка, акварельна фарба, вода.

Цей дослід був уперше проведений бельгійським вченим Ж. Плато. Наповнити посудину (бажано в вузьку та високу) касторовою олією. Піпеткою крапнути до неї зафарбовану краплинку води.

Буде видно, як, повільно опускаючись, краплинка набуває форми правильної кулі.

• Чому краплина набуває кулястої форми, адже рідини не мають сталої форми?

Демонстрація 3. Обладнання: голка, чиста вода, широка посудина, жир.

Змастити жиром голку. Обережно покласти на поверхню води. Металічна голка буде плавати. Видно, що по краях голки вода «прогинається». З краю посудини додати мильний засіб. Коли мильна плівка досягне голки, голка потоне.

• Як можна пояснити той факт, що тіло з більшою густиною плаває на поверхні рідини, що має меншу густину? Як можна пояснити дію мийного засобу?

Як переконують нас наведені досліди, а також явища, які ми спостерігаємо (утворення крапель роси, краплі дощу), рідина завжди намагається набути форми з мінімальною площею поверхні, тобто форми кулі. Це можна пояснити дією нескомпенсованих сил, напрямлених у середину рідини. Мінімальну поверхню серед тіл певного об’єму має куля (якщо ж рідину вилити з посудини в стані невагомості, то це буде форма абсолютно правильної кулі).

Властивість поверхні рідини скорочуватися можна пояснити існуванням сил, які намагаються скоротити цю поверхню. Вони називаються силами поверхневого натягу.

3. Поверхневий натяг

Демонстрація 4. Обладнання: каркас, виготовлений з тонкої дротини у формі прямокутника, широка посудина, рідина, динамометр.

У момент відривання каркаса від поверхні води динамометр фіксує присутність додаткової сили (сили поверхневого натягу). Якщо протилежні вершини каркаса з’єднати ненатягнутою ниткою та занурити у мильний розчин, то можна продемонструвати скорочення площі поверхні. Мильна плівка затягує каркас, якщо її проколоти, то нитка набуде форму дуги.

Здатність рідини до скорочення своєї поверхні називають поверхневим натягом.

Поверхневий натяг рідини – це відношення сили поверхневого натягу, яка діє на елемент контуру, що обмежує цю поверхню до довжини контуру.

Ϭ = ,          [Ϭ]=Н/м

Поверхневий натяг рідини – скалярна додатна величина, яка залежить від роду рідини, її температури та наявності домішок. Підвищення температури рідини супроводжується зменшенням поверхневого натягу рідини, бо слабшають сили між молекулярної взаємодії.

Для плівки: Ϭ = , так як плівка має 2 поверхні

V. Закріплення нового матеріалу.

Запитання до класу:

1. Чому розплавлений жир плаває на поверхні води у вигляді сплюснутих кульок? (Під дією сили поверхневого натягу жир збирається у кульки, а сила тяжіння сплющує їх у диски)
2. З крана самовара падають краплі, у якому випадку вони важчі: якщо вода гаряча чи холодна? (Якщо вода охолоджується; зі зниженням температури коефіцієнт поверхневого натягу води збільшується)
3. Якщо під час бурі на ділянку морської поверхні вилити нафту, то в цьому місці стихію можна «угамувати». Чому? (Нафта зменшує поверхневий натяг води; на контур маслянистої плями збоку іншої поверхні води діятиме сила поверхневого натягу, напрямлена ззовні від маслянистої плями. Ця сила і гасить хвилі в ділянці розлитої нафти).

Розв’язування задач (письмово)

Задача .

Звичайна швацька голка має довжину 3,5 см і масу 0,1г. Чи достатньо поверхневого натягу води для того щоб утримувати голку на поверхні?

Дано:

l = 3,5 см= 3.5× м 

m = 0,1 г = 0.1 ×кг

з таблиці: 

Ϭ = 73 ×Н/м

g = 10 Н/кг

Відповідь: , тобто голка не утримається на поверхні води.

VI. Підбиття підсумків уроків та повідомлення домашнього завдання.

Домашнє завдання.

1. Вивчити теоретичний матеріал за підручником.
2. Задача: За 1 секунду зі склянки води випаровується 4*10¹⁸ молекул води.  За який час випаровується 50 г води?