Разработка урока «Капиллярные явления в физике и биологии».

СТРУКТУРА УРОКА 1. Актуализация знаний Цель: актуализация имеющихся знаний; развитие познавательных интересов и инициативы  учащихся; формирование коммуникативных умений. Деятельность учителя 1. Саша. Добрый день, ребята! Вокруг нас очень много разнообразных  предметов, так называемых физических тел. Скажите, почему книга лежит  на столе, автомобиль стоит на земле, вода течет из крана на землю?  Учащиеся: Действует сила тяжести. Учитель: На все тела, обладающие массой, действует сила тяжести и  направлена она к центру Земли. Значит ни одно тело не может двигаться  вверх?  Учащиеся: Могут. (Приводят примеры)  Саша. При каких условиях тела могут двигаться вверх против силы  тяжести? Учащиеся: Тела могут двигаться вверх против силы тяжести, если нам тела  будет сила, направленная вверх и по модулю больше силы тяжести.  Учитель: Вода, как правило, всегда падает вниз к центру земли. Например,  движение воды в водопадах, движение воды в струе из крана. Подумайте,  ребята, а может ли вода подниматься вверх и при каких условиях?  Ответы учащихся. Света.   каналы у человека и растений? Какие явления с ними связаны?   – Ребята, посмотрите на рисунки и ответьте, как называются эти  Деятельность учащихся Определяют  ключевые слова  урока:  капилляры,  капиллярные  явления. 2. Света. Ребята, давайте  определим ключевые слова урока (и записывает их на  доске). Ребята, давайте сформулируем тему нашего урока: «Капиллярные явления в  физике и биологии». 2 . Создание проблемной ситуации. Цель: вызвать у учащихся  эмоциональную реакцию затруднения. Деятельность учителя Саша: А что представляет собой капилляр?  Учащиеся: Дают определение капилляра. Учитель: Явления подъема или опускания жидкости в капиллярах называют  капиллярными. Учитель: А почему жидкость поднимается или опускается в капиллярах?  Используя, какое природное явление, можно объяснить такое поведение  жидкости?  Учащиеся: Явление смачивания или несмачивания водой поверхностей. Учитель: Правильно. Рассмотрим условия смачивания и несмачивания  жидкостями поверхностей.  Опыт с бумагой, стеклом и водой.  (Явление смачивания и несмачивания  жидкостью поверхностей) Деятельность учащихся Учитель: Ребята, приведите примеры явления смачивания в природе. Есть ли  такие явления?  Света. Почему маленькие капли росы на листьях некоторых растений имеют  форму шариков, тогда как листья других растений роса покрывает тонким  слоем? Учащиеся. Из­за того, что коэффициент поверхностного натяжения на границе  лист — вода различен. Если образуются шарики, вода не смачивает лист, а если  лист покрыт равным слоем воды, то смачивает. Листья многих растений  покрыты либо тонким слоем воскоподобного вещества, либо густо­густо   волосками, которые тоже ведут себя подобно воску. А воск водой не  смачивается. Поэтому роса и собирается в отдельные капельки. 3.   Целеполагание    Цель: формирование познавательных мотивов учебной деятельности. Деятельность учащихся  Высказывают  предположения. Деятельность учителя 1. Света. Если вы живете на шестом этаже, проделайте один хотя и утомительный, но в высшей степени интересный эксперимент. Возьмите десятилитровое пластмассовое  ведро, спуститесь с ним во двор и наберите там воды из водопроводного крана. С  полным ведром поднимитесь к себе на шестой этаж и опорожните ведро. Всю эту  операцию повторите 20 раз. Пользоваться лифтом не нужно, иначе эксперимент  потеряет свою наглядность. Закончив эксперимент, вы в итоге поднимите 200 литров  воды на высоту примерно 15 метров, иными словами, выполните работу, которую  совершает в теплый солнечный день взрослое дерево березы. Но самое удивительное здесь то, что на ее выполнение деревья вообще не  затрачивают собственной энергии. Рациональная конструкция делает этот процесс  автоматическим.  Объясните, что это за конструкция и как происходит эта работа? Ответы детей. (Наличие у растений водопроводящей системы, состоящей из  большого числа микроскопических трубочек­капилляров, диаметр каждой из  которых не превышает нескольких тысячных долей миллиметра, позволяет ему с  необычайной легкостью совершать то, чего не в состоянии сделать ни один из  созданных человеком вакуумных насосов: поднять самотеком воду на отметку более  10 метров. Не будь «изобретены» эти мельчайшие в мире капилляры­трубы, высота  растений не могла бы превысить и 10 метров. Только благодаря им стали возможны  деревья­великаны высотой более 100 метров. Как известно, стволы деревьев, ветви  растений пронизаны огромным числом капиллярных трубочек, по которым  питательные вещества поднимаются до самых верхних листочков. Корневая система  растений, в свою очередь, оканчивается тончайшими нитями ­ капиллярами. И сама  почва, являющаяся источником питания для корня, может быть представлена как  совокупность капиллярных трубочек, по которым поднимается к поверхности вода с  растворенными в ней веществами). 2. Ребята, давайте сформулируем учебную задачу нашего урока: «Как объяснить  капиллярные явления в биологии и физике?» 3. Ребята. Выскажите своё мнение о том, что  мы не знаем  о капиллярных  явлениях,  и ответы фиксирует на доске в виде схемы: Капиллярные  явления ? ? ? ? ? 4. Учитель: давайте определим способы решения учебной задачи. Ответы детей (провести опыты, прочитать в литературе, посмотреть видео,  послушать учителя). 4 .  Планирование Цель: формирование способности анализировать, сравнивать имеющийся учебный материал Деятельность учителя Саша. Ребята,  попытайтесь объяснить причину подъема жидкости в капилляре или  ее опускание. Учащиеся: пытаются дать ответ (если взаимодействие между молекулами  воды и твердого тела больше сил взаимодействие между молекулами воды, то  вода смачивает поверхность и поднимается у краев капилляра, образуя  вогнутый мениск. В противном случае жидкость не смачивает поверхность) Учитель:  Деятельность учащихся Демонстрация подъема жидкости в капиллярах. Явления смачивания и  несмачивания жидкостями поверхностей влияет на поведение жидкостей в  капиллярных трубках. Возьмем капиллярные трубки различного сечения и опустим их сначала в воду, которая смачивает стекло, а затем в ртуть, которая его не смачивает. Вода в  капиллярной трубке поднимется (рис. 20, а), а ртуть ­ опустится (рис. 20, б);  при этом высота подъема смачивающей жидкости и опускания несмачивающей тем больше, чем меньше радиус трубки. Погрузим одну из капиллярных  трубок с одинаковыми радиусами в воду, другую ­ в керосин. Видим, что вода  поднялась выше, чем керосин.  Учитель: От чего зависит уровень подъема жидкости в капиллярах? Учащиеся: высота подъема жидкости (а в случае несмачивания ­ опускания) в  капиллярных трубках зависит от рода жидкости.  Учитель: Выясним, почему смачивающая жидкость в капиллярах  поднимается, а несмачивающая ­ опускается.  Рис. 20. Жидкости в капиллярах Мы знаем, что под действием сил поверхностного натяжения поверхность  жидкости стремится сократиться. Вследствие этого поверхность вогнутого  мениска стремится выпрямиться и сделаться плоской (рис. 20, в). При этом  она тянет за собой частицы жидкости, лежащие под ней, и жидкость  поднимается по капилляру вверх. Но поверхность жидкости в узкой трубке  плоской оставаться не может, она должна иметь форму вогнутого мениска.  Как только в новом положении данная поверхность примет форму мениска,  она снова будет стремиться сократиться и т. д. В результате действия этих  двух причин смачивающая жидкость и поднимается по капилляру. Поднятие  прекратится, когда сила тяжести Ртяж поднятого столба жидкости, которая  тянет поверхность вниз, уравновесит равнодействующую силу F сил  поверхностного натяжения, изображенных маленькими векторами и  направленных касательно к каждой точке поверхности. Высота подъема  жидкости определяется по формуле: ρ  – коэффициент поверхностного  r­ радиус трубки, g – ускорение  σ Здесь h­ высота столба жидкости в трубке,  натяжения,  ­ плотность жидкости,  свободного падения.          В случае несмачивающей жидкости последняя, стремясь сократить свою  поверхность, будет опускаться вниз, выталкивая жидкость из капилляра.  Выведенная формула применима и для несмачивающей жидкости. В этом  случае h ­ высота опускания жидкости в капилляре.  Высота поднятия в капиллярах смачивающей жидкости и опускания  несмачивающей обратно пропорциональна радиусу капилляра и плотности  жидкости. Учитель: Давайте обобщим наш ответ на вопрос: от чего зависит высота  жидкости в капилляре? Можно показать 2 опыта: 1. три стакана с разными красками с опущенными в  них листами бумаги. 2. мел положить на мокрую тряпку, он станет мокрым, хотя лежит сверху. 1.  «Открытие нового знания».   Цель: формирование основ теоретического мышления, развитие умений находить общее,  высказывать свою точку зрения. Света.  Основной потребляющий влагу орган у растений, где постоянно нужна  вода, в том числе для фотосинтеза – это лист, расположенный далеко от корня.  Кроме того, лист окружен воздухом, который часто отнимает у него воду, чтобы  насытиться водяными парами. Возникает противоречие: листу вода нужна  постоянно, но он ее все время теряет, а корень постоянно имеет воду в избытке,  хотя не прочь от нее избавиться. Как решает эту проблему растение? Деятельность учащихся Выступление,  обмен мнениями,  обсуждение  символов, их  дополнение;  рефлексия  деятельности в  группе, составление  итоговой схемы  (кластера). Ответ учащихся. Решение этой проблемы очевидно – надо перекачать избыток  воды из корня в листья. Роль такого водопровода берет на себя стебель. Он  доставляет воду к листьям по специальным трубкам – капиллярам.  Учитель. Они представляют собой длинные (в рост самого растения) полые  сосуды.  Учитель. Как называется система таких проводящих сосудов? (ксилемой или  древесиной). оо ео  — давление в проводящих сосудах корней растений, в основе Если в просвете сосудов ксилемы корня сконцентрировать минеральные вещества,  которые всосал корень из почвы, в ксилему из окружающих клеток корня  устремляется вода.  Корнев е давл ние которого лежит явление осмоса: клетки корня выделяют минеральные и  органические вещества в сосуды, что создаёт более высокое давление, чем в  почвенном растворе. Вместе с транспирацией корневое давление вызывает  поднятие воды и растворённых в ней питательных веществ вверх по стеблю  растения. Но осмотическое давление — не единственная причина, по которой вода в растениях движется снизу вверх. Среди других причин — транспирация, т. е.  испарение воды листьями. Отдав питательные вещества растениям, вода через  устьица листьев испаряется, а на ее место поступают новые порции воды из  корней. Учитель обсуждает с учащимися, что узнали нового, структурирует материал в  виде схемы (кластера): Саша: Ребята, давайте ещё раз назовём те факторы, с которыми связаны  капиллярные явления.                                    Капиллярные явления связаны с Родом жидкости Диаметром капилляров Силами  взаимодействия  между  молекулами      Подъёмом или  опусканием жидкости в капилляре Смачиванием и  несмачиванием  жидкостями  разных  поверхностей 2.  Применение нового знания Цель: применить знания в новой ситуации Деятельность учителя 1. Саша задает вопрос: – Какие свойства материала (ткани, бумаги, сплава металла)  необходимо учитывать для изготовления полотенец, салфеток,  писчей бумаги? ­ Для чего нужен фитиль в керосиновой лампе или спиртовке? Ответ: По капиллярам фитиля поднимаются керосин и спирт. 2. Света.  ­ Какую функцию выполняет тонкий жировой слой на перьях  водоплавающих птиц, например, уток? Деятельность учащихся Выполняют задание. Ответ: Перья и пух водоплавающих птиц всегда обильно смазаны  жировыми выделениями особых желёз, что объясняет их  непромокаемость. Толстый слой воздуха, заключённый между перьями  утки и не вытесняемый оттуда водой, не только защищает утку от потери тепла, но и чрезвычайно увеличивает её «запас плавучести», действуя  подобно спасательному поясу… ­ Какую роль в жизни растений играет восковый налёт на поверхности  листа? Ответ: Воскообразный налёт на листьях растений препятствует  заливанию так называемых устьиц, которое могло бы привести к  нарушению дыхания растений. Учитель подводит итог по решению основной задачи урока:  Ребята, какую учебную задачу мы решали на уроке? («Как объяснить  капиллярные явления в биологии и физике?»)  Отмечает наиболее правильные и удачные решения и учащихся,   предложивших наиболее верные ответы. Ставит оценки за урок. 3. Рефлексия Цель: формирование способности объективно оценивать меру своего продвижения к цели  урока. 1. Предлагает вспомнить тему урока, и оценить меру своего личного  продвижения к цели и успехи класса в целом Рефлексия ФИО _______________________________, Сегодня я узнал …… Я понял, что….. Меня удивило……. Урок дал мне для жизни……..   Определяют степень соответствия поставленной цели и результатов деятельности: называют   тему   и задачи урока, отмечают   наиболее трудные   и   наиболее понравившиеся эпизоды   высказывают оценочные суждения. Определяют степень своего   продвижения к цели. урока, 4. Домашнее задание (раздаётся каждому) Задача №1. За счёт какого источника энергии поднимается жидкость в капилляре? Как высота подъёма жидкости в капилляре зависит от его диаметра? Ответ: За счёт внутренней энергии жидкости. Высота подъёма жидкости в капилляре обратно пропорциональна диаметру капилляра. Задача   №2.   Почему   смачивающая   жидкость   образует   в   капиллярах   вогнутый   мениск,   а несмачивающая – выпуклый? Ответ: Смачивающая жидкость образует в капилляре вогнутый мениск, так как сила притяжения между   молекулами   жидкости   и  твёрдого  тела   больше   силы  притяжения   между   молекулами жидкости. А несмачивающая жидкость образует в капилляре выпуклый мениск, поскольку сила притяжения   между   молекулами   жидкости  и  твёрдого тела   меньше  силы  притяжения  между молекулами жидкости. Задача №3. Выясните опытном путём, смачивается ли водой резина, алюминий, чугун, стеарин (свеча), листья комнатных растений (герань, фиалки, фикусы…), органическое стекло, фарфор, пластилин и т.д. Самостоятельно сформируйте таблицу и занесите в неё полученные результаты. Поясните   результаты.   Будет   очень   замечательно,   если   данные   таблицы   вы   сопроводите рисунками.