asyan.org
добавить свой файл
1

Властивості рідин, газів і твердих тіл. 10 клас

Тема. Змочування. Капілярні явища

Мета уроку:

  1. закріпити знання про поверхневий натяг рідини (за принципом 7+/-2);

  2. розширити уявлення учнів про явище змочування і незмочування, капілярність;

  3. про значення капілярності в сільському господарстві, побуті, будівництві, медицині;

  4. розвивати логічне мислення учнів, творчу діяльність, інтерес до фізики як науки;

  5. виховувати дбайливе ставлення до навколишнього середовища.

Обладнання: комп’ютер, плазмовий телевізор, посудина з водою, пластинка зі скла, пружина, парафінова свічка, аркуш паперу, олія, капілярні трубки, мило, перець мелений, шовкова нитка, склянка з водою, чаша з ручкою, динамометр

Міжпредметні зв’язки: біологія, екологія, математика, хімія, фізика.

Тип уроку: комбінований

Демонстрації:

  1. Поверхневий натяг

  2. Явища змочування й незмочування.

  3. Капілярні явища.

План:

  1. Актуалізація опорних знань

  • перевірка д/з

  • перевірка знань (фронтальне опитування, робота в парах)

  • дослідне підтвердження поверхневого натягу рідини (експериментальні задачі)

  1. Мотивація навчальної діяльності

  2. Сприйняття й усвідомлення учнями нового матеріалу

  3. Праця над створенням гештальт-опори

  4. Підбиття підсумків. Повідомлення д/з

Перевірка д/з

  1. Чим пояснити, що поверхневий натяг розплавленого металу великий, а зрідженого газу – дуже малий?

  2. Яким є фізичне значення коефіцієнта поверхневого натягу?

  3. У якої води поверхневий натяг більший: у чистої чи у мильної? Чому?

  4. Про хід роботи творчої групи учнів над міні проектами: «Мильні бульбашки» та «Нафтові викиди у воду і їх наслідки» .

Учні переглядають 1-2 хвилини гештальт-опору, яку було підготовлено минулого уроку (зображення на екрані), а потім опрацьовують її у діалогах.

По закінченні проводиться фронтальне опитування:

Запитання

Відповідь

Властивості рідини, характерні твердим тілам

^ Зберігає об’єм, утворює поверхню, характеризується певною міцністю на розрив

Властивості рідини, характерні газам

^ Набуває форми посудини, в якій міститься

Властивості рідини, характерні тільки рідині

Нестисливі, спричиняють поверхневий (молекулярний) тиск,займають певний об’єм, що обумовлено міжмолекулярною взаємодією, текучі і набувають форму посудини, в’язкі, наявний ближній порядок розташування молекул

Які сили створюють поверхневий натяг?

^ Сили молекулярної взаємодії

Як діє і як напрямлена сила поверхневого натягу?

В площині поверхні рідини перпендикулярно до контуру, що обмежує вільну поверхню рідини

Що таке поверхневий натяг(ПН) рідини?

^ Величину, що є відношенням сили ПН, що діє на межу поверхневого шару певною довжиною, до цієї довжини

В яких одиницях вимірюється коефіцієнт поверхневого натягу

Н/м або Дж/м2

Від чого залежить ПН рідини?

^ Від природи рідин, від наявності домішок

Із збільшенням температури ПН зменшується, бо збільшується відстань між молекулами і сили міжмолекулярної взаємодії зменшуються

Де можна взнати коефіцієнти ПН для окремих речовин?

^ В таблиці сталих про коефіцієнти ПН

Розв’яжемо декілька експериментальних задач:

Дослід1.

Наливаємо в півпорційну тарілку води глибиною 1-1,5 см. Після того, як вона заспокоїться, насипаємо перцю густо по всій поверхні. Торкаємося куском мила до поверхні. Спостерігаємо, що перчинки втечуть вбік від мильної плями. (Пояснюємо дослід через зменшення ПН і перевагу сили, що діє з боку чистої води без мила).

Дослід 2.

У вірші «Печера Просперо» Лоуренс Дарелл описує нічну риболовлю острогою в лагунах біля гір Албанії. Ловити рибу острогою можна тільки в дуже прозорій і спокійній воді, бо легенький бриз навіть може завадити прицілюванню. А якщо влити кілька крапель оливкової олії, то можна заспокоїти воду. (Пояснюємо дослід з точки зору того, що на воду з боку плівки діє змінна сила опору, напрямлена перпендикулярно поверхні води. Хвилі затухають і поверхня води заспокоюється).

Дослід 3.

Покладемо чашу з ручкою (попередньо динамометром знайшовши її вагу) на поверхню води в склянці. Динамометром, зачепивши ручку, повільно піднімаємо чашу. Звертаємо увагу, що покази динамометра більші за вагу чаші. (Пояснюємо дослід так: сила поверхневого натягу утримує чашу і ми застосовуємо більшу силу, щоб подолати міжмолекулярну взаємодію).

Вчитель: Отже, як зменшити поверхневий натяг? …

Проблема зменшення поверхневого натягу через хімічні речовини і теплові забруднення є екологічною проблемою, тому що деякі види комах зникли через те, що вони жили на поверхні водойм.

Вчитель: Сьогодні на уроці продовжимо вивчати властивості рідини і ближче познайомимося з такими явищами, з якими зустрічались ще в 7 кл., як змочування, незмочування і капілярність.

Записуємо тему уроку(на дошці). На уроці ми повинні з’ясувати як відбуваються явища змочування і незмочування, чому можлива капілярність і яке значення ці явища мають у житті людини.

Дослід 4.

Візьмемо скляну пластинку і розтоплений парафін. Капнемо на них по черзі воду. Будемо спостерігати, що по склу вода розтеклась, а на парафіні тримається кулькою.

^ Отже, вода змочує скло і не змочує парафін.

Дослід 5.

Аркуш паперу опустимо в посудину з водою. Інший аркуш опустимо в посудину з олією, а потім у воду.

^ Таким чином, вода змочує папір і жирні тіла не змочуються водою.

Вчитель: Як же пояснити ці явища? Давайте подумаємо про сили притягання в рідині і проаналізуємо, в яких випадках вони сильніші…

Висновок такий: при змочуванні сили притягання між молекулами рідини менші, ніж між молекулами рідини і твердого тіла, а при незмочуванні навпаки.

А тепер розглянемо все ще детальніше. На межі дотику рідини з твердим тілом ми спостерігаємо викривлення вільної поверхні рідини біля твердої поверхні. Ця поверхня рідини, викривлена на межі називається меніском. А лінія, вздовж якої меніск перетинається з твердим тілом – периметр змочування. В цій точці ми розглядаємо крайовий кут θ.

Якщо 0о≤θ<90о, то спостерігаємо явище змочування (вода і скло, ртуть і цинк) якщо 90о < θ<180о, то явище незмочування(вода і парафін, ртуть і скло). При Θ=90о рідина має плоску рівну поверхню, при θ<90о маємо ідеальне змочування, при θ=180о – ідеальне незмочування.

^ Розглянемо це на екрані телевізора.

Для чого потрібно враховувати явище змочування? Явище змочування використовують під час склеювання, паяння, фарбування тіл, змазування тертьових деталей. Широко застосовується воно у флота­ційних процесах (збагачення руд цінною породою).

Явище змочування необхідно враховувати під час конструювання космічних апаратів, оскільки в стані невагомості змочуюча рідина роз­тікається по стінках посудини, в якій міститься, а незмочуюча — зби­рається великою краплею усередині посудини.

^ Великою проблемою є те, що багато водоплавних птахів гине при аварійному витіку нафти на поверхню води. Нафта просочує пір’я птахів

А зараз проробимо ще досліди для з’ясування такого фізичного явища, як капілярність. Капіляри – це вузькі циліндричні трубки діаметром близько 1мм і менші. Явище руху рідини в капілярі – це капілярність.

Дослід 6.

Зануримо 3 капіляри різного діаметра у воду. Спостерігаємо підйом рідини. Спостерігаємо, що вода піднялась вище рівня посудини і найвище в тоншому капілярі. (На екрані показуємо фото, адже трубки настільки маленькі, що явище чітко всім побачити важко).

Дослід 7.

Опустимо капіляр в посудину з олією. Побачимо, що рідина піднялась, але нижче рівня в посудині.

^ В першому випадку ми спостерігаємо змочування рідини, а в другому – незмочування.

Встановлено, що тиск під увігнутою поверхнею менший, а під опуклою — більший, ніж під плоскою. Це можна уявити собі так, що під опуклою поверхнею рідини створюється додатковий тиск, діючий вниз. Цей додатковий тиск, очевидно, залежить як від поверхневого натягу, так і від форми поверхні.

Позначимо р — тиск під кривою поверхнею; р0 — тиск під плоскою поверхнею. Різницю р - р0 = рк називають капілярним тиском. В обох випадках в капілярі рідина матиме сферичну форму, тобто існуватиме молекулярний тиск:

Рідина піднімається доти, поки гідростатичний тиск не компенсує цей додатковий молекулярний тиск і тоді.

^ Де застосовують капілярні явища? Капілярні явища надзвичайно поширені в природі, медицині, техніці, сільському господарстві й побуті:

  • коли ущільнюють ґрунт навесні, то зменшують діаметр капілярів, то волога краще проникає до рослин або ґрунт висушується через те, що волога піднімається вище до поверхні;

  • проникнення живильних речовин із ґрунту в рослини;

  • підйом вологи з глибоких шарів ґрунту;

  • змащене жиром пір’я водоплавних птахів допомагає їм утриматися на воді;

  • процес кровообігу пов'язаний з капілярністю судин;

  • будівельна практика (клеєння, паяння, фарбування, змащення тертьових поверхонь, смоління фундаментів);

  • воскова поверхня листків, фруктів і соломи запобігає гниттю;

  • застосування рушників, серветок, марлі, памперсів й т. п.

Запитання до учнів у ході викладення нового матеріалу

1. Наведіть приклади змочування й незмочування.

2. Чи повинні змащувальні рідини змочувати тертьові деталі?

3. Яку рідину можна налити в стакан вище за його краї?

4. Чи може ртуть витікати з тонкого скляного капіляра краплями?

Прослухавши тему, учні складають ґештальт-опору уроку. Групами по 4 чол. з використанням кольорових фломастерів, клею, конвертів (вчитель попередньо вкладає картки з малюнками і написами, що стосуються теми і лишні, які не стосуються теми, які учням потрібно відкинути) створюють кульмінаційний елемент уроку на аркуші А3.

^ Внизу: зображення готових ґештальт-опор кожної з груп









Вчитель переглядає учнівські роботи, оцінює їх, демонструє свою ґештальт-опору на екрані, видає перескановану по одній на парту. Діти шукають помилки в своїх ґештальтах і переносять в зошит ґештальт-опору вчителя.

^ Підсумовуємо вивчене:

  1. Якщо сили зчеплення частинок рідини й твердого тіла більші за сили зчеплення частинок рідини, рідина називається змочуючою дане твер­де тіло.

  2. Якщо сили зчеплення частинок рідини й твердого тіла менші за сили зчеплення частинок рідини, рідина називається незмочуючою це тіло. Вузькі циліндрові трубки з діаметром близько міліметра й менше називаються капілярами.

  3. Капілярний тиск пропорційний поверхневому натягу рідини й обер­нено пропорційний радіусу кривизни поверхні:

Гештальт-опора уроку:



Домашнє завдання

1. Опрацювати § 51 з ґештальт-опорою

2. Практичне завдання:

Якщо покласти шматок крейди на вологу губку, він просочиться водою; якщо ж після цього покласти його на суху губку, то залишиться сухим. Чому?

3. Творчій групі продовжувати роботу над проектами