Физика воды

Тип занятия: поиск и открытие новых знаний; осмысление, конкретизация и отработка нового способа действия.

Элементы содержания: физическое вещество - вода, физические свойства воды, взаимодействие воды с веществом,  плотность воды, теплоёмкость воды, вязкость воды, электропроводность воды, тепловое расширение воды, структура воды, круговорот воды в природе.

                Формы    организации    познавательной    деятельности:      рассказ

учителя, беседа, обсуждение тематических заданий, сравнительный анализ, групповая работа, выполнение экспериментальной работы, рефлексия. Планируемые результаты:

Личностные: обучающиеся наблюдают различные опыты с водой, изучают свойства воды,  исследуют взаимодействия  воды с веществом; оценивают свои действия. Метапредметные:

Познавательные: структурируют свои представления о веществе; разделяют воспринимаемую информацию; выделяют объекты и процессы с точки своего понимания.

Регулятивные: обучающиеся осознают степень восприятия материала, задают уточняющие вопросы,  корректируют и дополняют способы своих действий при выполнении практических заданий с водой.

Коммуникативные: устанавливают рабочие отношения, учатся эффективно сотрудничать и способствовать продуктивной кооперации друг с другом, сопереживать, радоваться успеху друг друга.

Предметные: учиться наблюдать и изучать вещество, различать свойства воды; выполнять практическое задание, объяснять исследуемые свойства воды.

Правила безопасного поведения при выполнении заданий:

1.                 Во время работы в кабинете должен быть максимально внимательным, дисциплинированным, соблюдать тишину, поддерживать чистоту и порядок на рабочем месте.

2.                 Опыты проводи только с разрешения учителя и в строгом соответствии с инструкциями, используя точно указанные количества веществ.

3.                 Нюхать вещества можно, лишь осторожно направляя на себя пары или газы, лёгким движением руки,  не наклоняясь к сосуду и не вдыхая полной грудью.

4.                 В ходе опыта не наклоняйся близко к чаше эксперимента во избежание повреждения глаз и кожи.

5.                 При необходимости используй перчатки, очки, спецодежду.

Основной материал

 Здравствуйте, ребята, сегодня мы с вами рассмотрим физику воды. 

Что такое вода?  Водой называют жидкость, не имеющую вкуса, цвета или запаха. Эта жидкость является одной из самых распространенных на Земле. Примерно ¾ поверхности нашей планеты занимают океаны, моря, реки и другие водоемы. Вода может находиться  в твердом (лед) и газообразном состоянии (водяной пар). 

Тело человека примерно на 70% состоит из воды, чтобы  узнать: сколько это в килограммах, надо разделить массу тела на 3, а затем умножить результат на 2 (предлагается детям подсчитать количество воды в их теле).       Вода является растворителем минеральных и питательных веществ в нашем теле, способствует нормализации нормальной температуры тела и выводит продукты жизнедеятельности вместе с токсинами. Так же вода просто не заменима в нашем питании. 

Учёные утверждают, что ежедневно, человеку необходимо выпивать от 1,5 до 2,5 литров чистой воды. Чтобы не возникло обезвоживания, рекомендуется пить именно чистую воду, избегая чая, кофе или газированных напитков. Для проверки уровня воды в домашних условиях достаточно ущипнуть себя за верхнюю часть ладони. Если кожа принимает изначальный вид спустя несколько секунд, то уровень жидкости в организме нормальный. Если остается красное пятно, следует потреблять больше воды (предлагается детям проверить уровень воды).       

          При переходе из жидкого состояния в твердое другие вещества сжимаются, так как уменьшается расстояние между молекулами; вода же ведет себя совсем наоборот.

Она при замерзании теряет плотность и поднимается на поверхность вместо того, чтобы идти на дно. Образовавшийся слой льда препятствует проникновению холодного воздуха. В результате вода подо льдом получает возможность сохранять тепло и не превращаться в лед. Поэтому даже если температура воздуха достигла отметки - 50 градусов по Цельсию, подо льдом все равно всегда около нуля. И жизнь продолжается!

Опыт № 1 «Топленый лед» 

Понадобится: Прозрачный стакан, теплая вода (около 40-50ºС), кубики льда.

Заполняем стакан до краев теплой водой. Осторожно опускаем кубики льда в воду, убедившись, что он не столкнется со стенками стакана. Внимательно следим за уровнем воды в стакане, когда лед начинает таять, что происходит?

Объяснение: Несмотря на то, что кубик льда растаял, вода не переполнилась. Когда вода замерзает, она создает лед, он расширяется и занимает больший объем, чем такое же количество жидкой воды. Когда кубик льда растаял, уровень воды остался примерно такой же.

Значение поверхностного натяжения воды больше, чем у любой другой жидкости. Именно это свойство влияет на процесс образования дождевых капель, а, стало быть, и на круговорот воды в природе. В противном случае пары воды, поднявшись в небо и обратившись в облака, не смогли бы так легко и просто превратиться в капли, чтобы затем пролиться дождем на землю. Вода в свободном состоянии принимает шарообразную форму (капли дождя, росы). На границе двух сред (вода-воздух) силы межмолекулярного притяжения действуют с одной стороны, стягивая поверхность жидкости. На структуру поверхностного слоя воды влияет два фактора – полярность молекул воды и сетка водородных связей. Поверхностное натяжение воды 72 миллиньютон/метр. Это поверхностное натяжение настолько велико, что смоченные водой две пластинки из стекла удается разъединить только с помощью огромных усилий. Из всех известных жидкостей силы поверхностного натяжения воды по своей величине уступают только ртути (около 500 мн/м).

Опыт № 2 «Склеенные пластинки»

Понадобится:  смоченные водой две пластинки из оргстекла, из полиэтилена.

Объяснение: силы межмолекулярного притяжения действуют с одной и с другой стороны.

Как известно, вода, испаряясь с поверхности тела человека, животных и растений, предохраняет их от перегрева. Способность отдавать тепло в окружающую среду при испарении присуща любой жидкости. Однако когда ученые сравнили эти способности у разных жидкостей, то оказалось, что вода является здесь своего рода чемпионкой. По сравнению с любой другой жидкостью она отдает при своем испарении в окружающую среду самое большое количество тепла, что, безусловно, делает ее самым лучшим регулятором температуры нашего тела.

Другое свойство воды, помогающее нам справляться как с перегревом нашего тела, так, впрочем, и с его переохлаждением – это ее аномально высокая теплоемкость. Вода при нагревании на один градус  поглощает в 5 – 30 раз больше тепла, чем какое-либо другое вещество. Поэтому и те процессы, которые происходят в нашем организме при интенсивной мышечной работе, вызывают не столь высокое поднятие температуры, как это было бы в случае других жидкостей. У соли, к примеру, такое же количество выделенного тепла вызвало бы поднятие температуры в 5 раз большее, чем у воды, у железа – в 10 раз, а у свинца – в 30 раз.

Еще одно свойство воды, помогающее бороться организму с перегревом – высокая теплопроводность. Если бы эта физическая константа имела бы меньшее значение, то выделяемое в процессе интенсивной физической работы тепло не передавалось бы так хорошо из глубины тела на его поверхность и, соответственно, не удалялось бы из организма вместе с потом.

Опыт №3  «Не замочив рук»

Понадобится:  Тарелка с водой, свечка (закрепите её на дно тарелки пластилином или воспользуйтесь плавающей свечой), банка или стеклянный стакан, монета. 

Кладём монету на дно тарелки с водой. Подожжём свечу. Накроем свечу банкой,  сначала не касаясь воды (так чтобы воздух внутри банки прогрелся). Опускаем банку в воду так, чтобы монета оказалась рядом. Результат: Свеча потухнет,  вода будет втягиваться в банку и  можно взять монету, не замочив рук.

Объяснение: Это происходит потому, что для поддержания процесса горения необходим кислород, а в перевернутой банке он быстро заканчивается. При остывании воздуха давление внутри банки будет уменьшаться и для его выравнивания с наружным атмосферным давлением, вода будет втягиваться в банку.

           Благодаря аномально высокой теплоемкости воды, на континентах не происходит резкого перепада температур зимой и летом, ночью и днем, поскольку они окружены своеобразным термостатом – водами Мирового океана. Летом он не дает Земле перегреваться, а зимой постоянно снабжает континенты теплом. Страны, расположенные вблизи океана, обладают мягким морским климатом. Напротив, безводные пустыни, находящиеся в глубине континентов, характеризуются резкими перепадами температуры, наблюдающимися даже в течение одних суток.

          Опыт №4 «Распускающиеся цветы»

Понадобится:  Ножницы, карандаши или фломастеры, цветная бумага разной плотности, широкая емкость – поднос, вода.

 Сделаем цветы и заставим их распускаться в любое время года. Вырезаем из бумаги квадраты примерно 15 х 15 см. Сложим их пополам дважды, вырезаем лепестки с помощью ножниц, согнём получившиеся лепестки и так из разных видов бумаги. Поместим цветки в поднос, наполненный водой. Цветы раскрываются, причем некоторые раньше, чем другие, в зависимости от бумаги.

Объяснение: На границе раздела жидкости с твердым телом возникают явления смачивания или не смачивания, обусловленные взаимодействием молекул жидкости с молекулами твердого тела.

Вязкость у воды имеет идеальное значение для обеспечения жизненных процессов в организме. Будь вязкость воды несколько ниже, вода бы неслась по тончайшим сосудам нашего тела с такой скоростью и силой, что разрушала бы эти сосуды. А если бы вязкость была несколько большей – течение воды в этих сосудах затормозилось, и все жизненные процессы в тканях нашего организма прекратились. Однако вязкость воды оказалась идеальной как для нашей жизни, так и для жизни любых других организмов.

 Однако значение вязкость воды идеально не только для внутренних процессов нашего тела, связанных с движением крови в кровеносных сосудах, но и для процессов, протекающих во внешней среде. И здесь мы опять сталкиваемся с чем-то аномальным: в отличие от вязкости других жидкостей она снижается при повышении давления. Повышение температуры также понижает вязкость воды. Этот факт дает объяснение тому, почему подземные воды даже на больших глубинах при высоких давлениях и температурах довольно подвижны – они могут перемещаться, в том числе по направлению к поверхности земли и могут быть, в конце концов, использованы растениями или человеком.

Опыт № 5 «Распылитель» 

Понадобится: Соломинка для коктейля, стакан с водой.

Надрежем соломинку на расстоянии около 1/3 от одного конца.  Согнём соломинку и поместим короткий конец в стакан с водой. Расстояние от надреза до поверхности воды должно быть не более 2-3 сантиметров. Если подуть в длинный конец соломинки, увидим, что вода поднимется по соломинке из стакана и будет разбрызгиваться через надрез.

Объяснение: Поток воздуха проходит над коротким участком соломинки, снижая давление в этой точке. Атмосферное давление вытесняет воду из стакана, заставляя её подниматься вверх по трубочке. Поток воздуха разбивает поступающую воду на микро капли, образуя распылитель.

Молекула воды не может возникнуть так, чтобы к атому кислорода прицепилось с двух противоположных сторон по атому водорода. Напротив, атом кислорода присоединяется к двум атомам водорода, в результате чего последние составляют положительно заряженный полюс молекулы, а атом кислорода, находясь на противоположной стороне, составляет отрицательно заряженный полюс. Образуются двухполюсные молекулы воды, которые начинают группироваться друг с другом, притягиваясь разными полюсами Опыт № 6 «Электризация воды» 

Понадобится: Тонкая струйка воды, наэлектризованная расческа или эбонитовая палочка.

Сделаем самую тонкую, какая только получится струю воды, которая должна вытекать совершенно спокойно, ровно. Поднесём к ней немного ниже края трубки  наэлектризованную расческу, струя отклонилась к ней. 

Объяснение: На той стороне струи, которая ближе к расческе, заряды получаются противоположного знака, а на дальней от расчески стороне электрические заряды будут такие же, как и на самой расческе. Ближние противоположные заряды потянутся, чтобы соединиться с зарядами расчески, и струя отклонится в том же направлении.

Из космоса наша Земля выглядит как голубая планета. И это потому, что бóльшая часть ее поверхности покрыта водой, благодаря которой существует жизнь. Сегодня мы с вами разобрали лишь некоторые свойства воды, а их ещё очень много.

Рефлексия: 

 Какие сведения о воде вы открыли сегодня для себя? Что ещё вы хотели бы знать?