Поверхностное натяжение. Капиллярное явление

ТЕМА УРОКА: Поверхностное натяжение жидкости. Капиллярное явление

Школа:

Дата:

Имя учителя:

КЛАСС10

Количество учащихся:

Количество отсутствующих:

Цели обучения

10.2.4.2 – Объяснять природу поверхностного натяжения и роль капиллярного явления в повседневной жизни

Цели  урока

1.      Ввести понятие поверхностного натяжения;

2.      Изучить природу поверхностного напряжения;

3.      Рассмотреть на примерах применение поверхностного натяжения в природе;

4.      Ввести понятие капиллярного явления;

5.      Рассмотреть роль капиллярного явления в повседневной жизни.

Критерии оценки

Знание: знать, что поверхностное натяжение и капиллярное явление.

Понимание: Понимать механизм появления поверхностного натяжения

Применение: применять формулы для расчета силы поверхностного натяжения.

Анализ: анализировать условие задачи и результат расчетов.

Синтез: решатькомбинированные задачи

Оценивание: самооценка своей деятельности

Языковые цели

Учащиеся могут:

описывать устно и письменно отношения между двумя переменными

Предметная лексика и терминология

Поверхностное натяжение

Коэффициент поверхностного натяжения

Капиллярное явление

Привитие ценностей

Развивать мышление учащихся, интерес к изучению физики.
Воспитывать положительное отношение к труду.

Обучение на протяжении всей жизни

Материал прошедших уроков

Строение вещества, молекулярное взаимодействие, свойства жидкости

План

Временное планирование

Планируемые мероприятия

Ресурсы

Начало

1 мин

1-2 мин

3-4 мин

1. Организационный момент 

2. «Формулировка темы урока. Постановка целей урока»

Деятельность учителя:Учитель сообщает тему урока  «Поверхностное натяжение жидкости. Капиллярное явление».

    Сообщает цель обучения и цели урока.

3. «Проверка и актуализация опорных знаний »

Цель: Систематизировать знания учеников,полученных, при изучении темы – Строение вещества. Молекулярное взаимодействие. Настроить на выполнение расчетных задач.

Описание: Ученикам предлогается вспомнить строение и свойства жидкости. Учитель проводит фронтальный опрос по заранее приготовленным вопросам. У учителя в стакане на стикерах фамилии всех учеников класса. Для ответа на вопрос вызывается ученик случайным образом, один ученик вынимает стикер и зачитывает фамилию отвечающего.

Деятельность учителя: контролирует выполнение работы, оказывает помощь менее матевированным ученикам.

Деятельность ученика:Отвечают на вопросы, слушают ответы других учеников.

Оценивание: Самооценка, проверка знаний по теме.

Вопросы:

1.      Перечислите основные положения МКТ

2.      Опираясь, на основные положения МКТ, опишите строение жидкости.

3.      Перечислите основные свойства жидкости.

4.      Объясните, почему жидкости не имеют форму.

5.      Объясните, почему жидкости не имеют объем.

6.      Объясните, почему жидкости несжимаемы

Слайд 1-3

Слайд 4

Середина

25-30 мин

4.      «Изучение нового материала»

Цель: Изучить понятие поверхностного натяжения жидкости. Научиться рассчитывать коэффициент поверхностного натяжения. Знать от чего зависит коэффициент поверхностного натяжения.

Описание:. На каждой парте стоит набор необходимых предметов и материалов (стакан с водой, несколько скрепок, 3 малениких стаканчика, колба со спиртом, пипетка, растительное масло, тальк, моющее средство, проволочная рамочка с перетянутой нитью, капилярные трубки) и инструктивная карта урока. Во время объяснения материала, учитель просит учеников прочитать соответствующую инструкцию и выполнить опыт. После наблюдений необходимо проанализировать результаты, полученные учениками, сделать общий вывод и записать его в тетрадь.

Деятельность учителя: Раздает задания, контролирует выполнние задания. Проверяет правильность выполнения и понимание, изучанного материала.

Деятельность ученика: Ученики выполняет работу в парах, каждый составляет  в тетради краткий конспект, изученного материала.Учащиеся выполняют эксперименты, ведут наблюдения, делают выводы

Оценивание: Оценивается верность, логичность составления конспекта, так же быстрота выполнения.

Сегодня мы познакомимся еще с одним проявлением свойств жидкости. И сейчас мы проделаем опыт

ФРОНТАЛЬНЫЙ ОПЫТ №1

Для этого нам понадобится стакан с водой и скрепки.

. Перед каждым учащимся небольшой стаканчик с водой и скрепки. Предлагаю до краев наполнить стаканчик водой. Вопрос классу: “Можно ли поместить в него еще что-нибудь (например, скрепки), не пролив воды?” В стакан одну за другой начинают погружать скрепки. Вода выгибается грибком, но не проливается.      Удивление!

Дать высказаться тем, кто читал об этом опыте или о чем-то догадался.

ПОДВОДИМ ИТОГ: мы узнали, что на поверхности воды действует сила поверхностного натяжения.

ВЫВОД (запись в тетради): Молекулы поверхностного слоя оказывают молекулярное давление на жидкость, стягивая ее поверхность к минимуму. Этот эффект называют поверхностным натяжением.

ФРОНТАЛЬНЫЙ ОПЫТ № 2

На выгнутую поверхность осторожно положите иголку или скрепку. Не тонет!

ВЫВОД Ее удерживают силы поверхностного натяжения.

РАБОТА – НАБЛЮДЕНИЕ – ПРЕДПОЛОЖЕНИЕ (по слайдам)

Как же возникают эти силы и куда они направлены?

     Поверхность жидкости, соприкасающейся с другой средой,    Возникают эти особые условия потому, что молекулы пограничного слоя жидкости, в отличие от молекул в ее глубине, окружены молекулами т. ж. жидкости не со всех сторон

       Часть “соседей” поверхностных молекул- это частицы второй среды, с которой жидкость граничит. Имея же разных соседей, молекулы поверхностного слоя и взаимодействуют с ними различным способом. Поэтому силы, действующие на каждую молекулу в этом слое, оказываются неуравновешенными: существует некоторая равнодействующая сила, направленная либо в сторону объема жидкости, либо в сторону граничащей с ней среды

       На каждую молекулу жидкости действуют силы притяжения к окружающим ее молекулам, удаленным от нее на расстояние порядка 10 ^-9 м.

       Рассмотрим молекулу М ,расположенную внутри жидкости, налитой в сосуд. Со всех сторон эту молекулу окружают т.ж. молекулы, и силы притяжения выделенной молекулы к ее соседям уравновешиваются. Выделим молекулу М, находящуюся на поверхности жидкости. Результирующая сила притяжения этой молекулы к молекулам пара меньше результирующей силы ее притяжения к молекулам жидкости. Благодаря этому появляется равнодействующая сила, направленная внутрь жидкости. То же можно сказать о всех молекулах жидкости, находящихся в поверхностном слое, толщина которого равна радиусу действия молекулярных сил. Поверхностный слой давит на молекулы, находящиеся внутри жидкости. В этом отношении он напоминает оболочку детского воздушного шара. (рис.2).

        Чтобы переместить молекулу М , расположенную непосредственно под поверхностным слоем, необходимо совершить работу против сил молекулярного давления, следовательно молекулы образующие поверхностный слой жидкости, обладают дополнительной потенциальной энергией по сравнению с молекулами находящимися внутри жидкости.

     Любая механическая система, будучи предоставлена самой себе, стремится занять такое положение, в котором ее потенциальная энергия наименьшая. Когда жидкость находится в свободном состоянии и не взаимодействует с опорой или сосудом она принимает форму шара.

 ФРОНТАЛЬНЫЙ ОПЫТ № 3  В этом опыте выясняем какую форму принимает жидкость под действием одних только сил поверхностного натяжения. В колбу с разбавленным спиртом помещаем пипеткой каплю растительного масла. Какой восхитительный золотистый шар плавает внутри раствора! Вновь тема для размышления.

     ВЫВОД: Жидкость в отсутствии силы тяжести, или когда она уравновешена силой Архимеда, принимает сферическую форму, имеющую минимальную поверхность при одном и том же объеме (рис.3).

 Некоторые жидкости (мыльная вода) обладают свойством образовывать тонкие пленки.       Следующие простые опыты дополнительно поясняют сущность сил поверхностного натяжения.

ФРОНТАЛЬНЫЙ ОПЫТ № 4  Каждый ученик изучает образование капель из пипетки, и оказывается десятиклассник может удивиться капле.

ВЫВОД: форма капли, ее окружность и тонкая шейка обусловлены существованием силы поверхностного натяжения

МЕТОД КАПЕЛЬ. Малый объем жидкости сам по себе принимает форму, близкую к шару, т.к. благодаря малой массе жидкости мала и сила тяжести, действующая на нее.

Поверхностная энергия и в этом случае превышает потенциальную энергию силы тяжести и форма жидкости определяется именно ею. Этим объясняется шарообразная форма капель жидкости (рис.5).

     При выходе из трубки размер капли постепенно нарастает, но отрывается она только тогда, когда достигает вполне определенного размера. Это происходит потому, что пока капля недостаточно велика, силы поверхностного натяжения достаточны для того, чтобы противостоять силе тяжести и предотвратить отрыв.

       Отрыв же произойдет т.к. вес капли станет равен силе поверхностного натяжения удерживающей ее.

       Отсюда следует, что из наблюдений над отрывом капель можно определить численное значение коэффициента поверхностного натяжения. Перед отрывом образуется шейка, радиус которой меньше радиуса трубки. Вдоль окружности этой шейки и действует сила поверхностного натяжения, которая в момент отрыва должна быть равна силе тяжести. Если радиус шейки r, а коэффициент поверхностного натяжения σ, то сила поверхностного натяжения равна 2rσ,следовательно отрыв капли происходит при условии 2σr =Р

          Измерив вес Р оторвавшейся капли и радиус шейки в момент отрыва, можно вычислить коэффициент поверхностного натяжения

σ= Р/2r

Выясним направление и от чего зависит сила поверхностного натяжения

ФРОНТАЛЬНЫЙ ОПЫТ № 5

Цель: выяснить направление действия сил поверхностного натяжения.

     Учащиеся берут имеющиеся у них на столах проволочные каркасы с ненатянутой нитью внутри и погружают их в мыльный раствор, а затем вынимают. Рассматривают расположение нити на пленке. Прокалывают пленку с одной стороны. Теперь нить натянута пленкой и образовала дугу.

ВЫВОД Мы сделали еще одно открытие: силы поверхностного натяжения перпендикулярны к границе поверхностного слоя жидкости и она возникает как результат стремления жидкости уменьшить свою поверхность и следовательно поверхностную энергию (рис.4)

F=σL

–коэффициент поверхностного натяжения

L - периметр смачивания.

Задача: Обычная швейная игла имеет длину 3,5 см и массу 0,1 г. Достаточно ли поверхностного натяжения воды для того, чтобы удержать иглу на своей поверхности?

Решение: Достаточно. Сила поверхностного натяжения равна 5·10^-3Н, а сила тяжести равна приблизительно 1·10^-3Н.

Выясним от чего зависит коэффициент поверхностного натяжения?

Изменение поверхностного натяжения жидкости при растворении примесей можно обнаружить при помощи следующего опыта

ФРОНТАЛЬНЫЙ ОПЫТ №6   . Насыплем на поверхность воды тальк, т. е сделаем заметным перемещение поверхностного слоя воды. Теперь капнем из пипетки на поверхность воды маленькую каплю моющего средства “Ферри”. Мы увидим, что порошок стремительно побежит от капельки во все стороны. П о ч е м у ?

ВЫВОД: поверхностное натяжение раствора “Ферри” меньше, чем поверхностное натяжение чистой воды.

(коэффициент воды 73 мН/м, мыла 40мН/м).      Чем меньше поверхностное натяжение, тем легче жидкость проникает в ткань .Высокая проникающая способность мыльного раствора, позволяющая лучше очищать ткани объясняется его малым поверхностным натяжением

Искривление поверхности жидкости у краев сосуда особенно отчетливо видно в узких трубках, где искривляется вся свободная поверхность жидкости. В трубках с узким сечением эта поверхность представляет собой часть сферы, ее называют мениском. У смачивающей жидкости образуется вогнутый мениск, а у несмачивающей — выпуклый. Так как площадь поверхности мениска больше, чем площадь поперечного сечения трубки, то под действием молекулярных сил искривленная поверхность жидкости стремится выпрямиться.

Силы поверхностного натяжения создают дополнительное (лапласово) давление под искривленной поверхностью жидкости.

Избыточное давление, создаваемое этой силой p=FS p=FS

, где S = πr² — площадь основания сферического сегмента. Поэтому, если поверхность вогнутая  p=2α/R и если поверхность вогнутая p=α/R 

Если поместить узкую трубку (капилляр) одним концом в жидкость, налитую в широкий сосуд, то вследствие наличия силы лапласова давления жидкость в капилляре поднимается (если жидкость смачивающая) или опускается (если жидкость несмачивающая),  так как под плоской поверхностью жидкости в широком сосуде избыточного давления нет.

Явления изменения высоты уровня жидкости в капиллярах по сравнению с уровнем жидкости в широких сосудах называются капиллярными явлениями.

Жидкость в капилляре поднимается или опускается на такую высоту h, при которой сила гидростатического давления столба жидкости уравновешивается силой избыточного давления, т.е. 2α/R=ρgh. 

Откуда  h=2α/ρgR .

Капиллярные явления весьма распространены. Поднятие воды в почве, система кровеносных сосудов в легких, корневая система у растений, фитиль и промокательная бумага — капиллярные системы.

Слайд 5

Слайд 6

Сайты 7-29

Слайд 30

Слайд 31-34

Слайд 35-37

Инструктивная карта

Слайд 38-41

Слайд 42=44

Конец

0,5 мин

0,5 мин

2 мин

5.      «Итог урока».

    Мы пронаблюдали в знакомом новое и уже сможем объяснить причину возникновения силы поверхностного натяжения. Мы много раз пускали мыльные пузыри, и видели что они круглые, а почему не могли объяснить. Сейчас мы можем объяснить, почему нельзя прыгать в воду плашмя и почему купаясь в реке мы “раздвигаем” воду.

.

6.      Домашнее задание. Подготовить сообщение на одну из тем:

1)      Польза и вред поверхностного натяжения.

2)      Использование явления поверхностного натяжения в промышленности и быту.

3)      От чего зависит поверхностное натяжение жидкости?

4)      Капиллярное явление в быту и в природе

7.      Рефлексия.

Вопрос: Если мыло уменьшает поверхностное натяжение воды, то почему мы выдуваем мыльные пузыри, а не водяные?

(Поверхностное натяжение воды велико, значит и давление, создаваемое пленкой, будет велико. При таких давлениях воздух растворится в воде или диффундирует в атмосферу. Поверхностное натяжение мыльной пленки меньше, значит меньше давление в пузыре. Воздух в мыльном пузыре слабо растворяется или диффундирует. Поэтому, надувают мыльные пузыри)

Слайды 45-49

Слайд 50

Слайд 51

1                    Дополнительная информация     Оборудование: стаканчики: с водой, с мыльной водой, с маслом, С “ферри”, спирт, 2 пипетки, тальк, скрепки,иголка, проволочный каркас с ненатянутой нитью, пустой стаканчик, (все это в 15 экземплярах).

Дифференциация - как Вы планируете оказать  дополнительную поддержку?

Оценка - как Вы планируете проверить знания учащихся?

Межучебные связи
ИКТ связи
Связи значений

Все учащиеся будут:

Большинство учащихся будут:

Некоторые учащиеся будут:

Выполнять фронтальные работы

Объяснять результаты опыта

Объяснять природные явления